Termodinamikaning ikkinchi qonuni

4.Issiqlik mashinalarining sikllari

Ish bajariladigan siklik jarayonlar turli issiqlik mashinalarida amalga oshiriladi. Ish issiqlikka aylanadigan aylanma jarayonlar (sikllar) ni amalga oshiruvchi uzluksiz ishlaydigan tizim issiqlik dvigateli deb ataladi. Holatining o‘zgarishi hisobiga siklda ish hosil qilinadigan modda ishchi jism deb ataladi.

Issiqlik mashinasidan foydali ish olish uchun quyidagidek shartlarni bajarish lozim:

1. 
   Ishchi jism bo‘lishi lozim. Bu jism orqali issiqlik va ish o‘zaro aylanadi.
   
2. 
   Kamida turli temperaturali ikki manba – temperaturasi yuqori bo‘lgan isitkich va temperaturasi past bo‘lgan sovitkich bo‘lishi lozim.
   
3. 
   Issiqlik mashinasining ishi siklik bo‘lishi, ya’ni ishchi jism bir necha jarayonlardan so‘ng boshlang‘ich holatiga qaytishi lozim.
   

5.1-rasmda tasvirlangan issiqlik mashinasining aylanma siklini ko‘rib chiqaylik.



5.1-rasm. Issiqlik mashinasining aylanma sikli
1-a-2 kengayish jarayonida T₁ temperaturali isitkichdan ishchi jismga q₁ issiqlik keltiriladi.
Bu holda s-1-a-2-d yuzaga son jihatidan teng bo‘lgan foydali ish bajariladi.
2-v-1 siqish jarayonida ishchi jismdan sovitkichga q₂ issiqlik uzatiladi.
Bu jarayonda s-1-v-2-d yuzaga teng bo‘lgan ish (manfiy ish) sarflanadi.
1-a-2 va 2-v-1 jarayonlar uchun termodinamikaning birinchi qonuni tenglamasi quyidagicha bo‘ladi.
(5.1)
(5.2)
Ma’lumki, aylanma siklda ichki energiya o‘zgarmaydi. Yuqoridagi tenglamalarni qo‘shsak:
q₁-q₂= (5.3)
hosil bo‘ladi.
Bu erda -1-a-2-v-1 siklning ishi. Sikldan foydali ish olish uchun, 2-v-1 siqish jarayonida sarflangan ish, 1-a-2 kengayish ishidan kichik bo‘lishi kerak . Bunga erishish uchun ishchi jismni siqish bilan birgalikda, undan q₂ issiqlikni olish lozim. Siqish jarayonida ishchi jism sovitilmasa, siqish jarayoni 2-a-1 yo‘l bo‘yicha kechadi va natijada kengayish ishiga teng bo‘lgan ish sarflanadi.
Natijada siklning foydali ishi nolga teng bo‘lib qoladi.
Shunday qilib, issiqlik keltiriladigan va olib ketiladigan 1-a-2-v-1 siklni ketma-ket takrorlab, davriy ishlaydigan issiqlik mashinasini olish mumkin. Siklning termik foydali ish koeffitsiyenti (f.i.k.) deb ataladigan koeffitsiyent haqidagi yangi tushunchani kiritamiz. Sikl ishining ish jismiga siklda berilgan issiqlik miqdoriga nisbati siklning termik f.i.k. deb ataladi. Siklning termik f.i.k.ni bilan belgilab va aytilgan ta’rifga muvofiq quyidagini hosil qilamiz:
(5.4)
Siklning termik f.i.k. bironta siklning takomillashganlik darajasini tavsiflaydi: termik f.i.k. qanchalik katta bo‘lsa, sikl shunchalik takomillashgan bo‘ladi.
Siklda ish jismiga aynan bir xilda issiqlik miqdori q₁ berilganda si katta bo‘lgan siklda ko‘p ish bajariladi.
Issiqlik mashinalarining termik f.i.k. har doim 1 (yoki 100%) dan kichik bo‘ladi, chunki ishchi jismga keltirilgan q₁ issiqlikning barchasi foydali ishga aylanmaydi. Bu issiqlikning bir qismi (q₂) sovitkichga (atrof-muhitga) beriladi.
Yuqoridagini e’tiborga olib, termodinamikaning ikkinchi qonunini yana bir talqinini berish mumkin: “Issiqlik mashinasi orqali issiqlikni to‘laligicha ishga aylantirib bo‘lmaydi”.
Keltirilgan issiqlikni to‘laligicha ishga aylantiradigan issiqlik dvigatelining ikkinchi tur abadiy dvigateli deb aytiladi.
Yuqorida aytib o‘tilganidek, ikkinchi tur abadiy dvigatelining mavjud bo‘lishi termodinamikaning birinchi qonuniga zid bo‘lmaydi. Biroq bunday mashinaning bo‘lishi termodinamikaning ikkinchi qonuniga ziddir, chunki keltirilgan issiqlikning bir qismi sovitkichga berilishi kerak.
Agar siklni siqish chizig‘i kengayish chizig‘idan yuqorida joylashadigan qilib amalga oshirilsa, bu holda siqish ishi kattaligi jihatidan kengayish ishidan katta bo‘lganligidan bunday siklni amalga oshirish uchun birorta tashqi manbadan ish keltirish kerak.
Teskari siklning amalga oshirilishi natijasida issiqlik sovuq manbadan olinib, issiq manbaga beriladi; agar to‘g‘ri sikldagiga o‘xshab sovuq manbadan olingan issiqlikni q₂ orqali, issiq manbaga beriladigan issiqlikni esa q₁ orqali belgilasak, u holda q₁=q₂+l bo‘lishi muqarrardir. Teskari siklda issiq manbaga sovuq manbadan olinadigan issiqlik q₂ bilan siklda keltirilgan ish l ga ekvivalent bo‘lgan issiqlikning yiьindisiga teng bo‘lgan q₁ issiqlik beriladi. Shunday qilib, teskari siklni amalga oshirish natijasida sovuq manbaning sovishi sodir bo‘ladi. Teskari sikl sovuqlik mashinasining siklidan iboratdir.
Teskari siklning takomillashganlik darajasi siklning sovitish koeffitsiyenti orqali aniqlanadi.
(5.5)