Texnik termodinamika asoslari

1-MA’RUZA
TEXNIK TERMODINAMIKA ASOSLARI
Reja:
1. Texnik termodinamika fani, rivojlanishi, maqsad va vazifalari.
2. Ishchi jism. Holat parametrlari.
3. Termodinamik tizim.
4. Ideal gaz qonunlari.
5. Real gazlar.

«Texnik termodinamika» fani tabiiy manbalar energiyasini issiqlik, mexanik, elektr energiyasiga aylantirish nazariyasini va texnik vositalarini, hamda sanoat ehtiyojlari uchun issiqlikdan foydalanish nazariyasini va vositalarini o‘rganadi.

«Texnik termodinamika» fani predmeti issiqlik energetikasi hisoblanadi, uning nazariy asosi esa texnik termodinamika va issiqlik-massa almashinuvi nazariyasidir. Issiqlik texnikasining asosiy uslubi termodinamik uslub hisoblanadi.
Termodinamika (grekcha therme – issiqlik, kuch) – energiyaning aylanish (o‘zgarish) qonuniyatlari haqidagi fandir.
“Texnik termodinamika” issiqlik va ishning o‘zaro aylanish qonuniyatlarini hamda issiqlik energiyasi yordamida ishlaydigan mashinalar nazariyasini o‘rganadi.
Bugungi kunda sanoatning turli sohalarida yoqilg‘idan foydalanish darajasi 30-35% dan ortmaydi. Shuning uchun hozirda texnologiya va energetika talablarini o‘zaro to‘ldiradigan energotexnologik qurilmalarni yaratish vazifalari ko‘ndalang bo‘lib turibdi.
Energotexnologiyani ishlab chiqish, noanoanaviy usullarni yaratish va energiyani tejash tizimlarini takomillashtirish, ularning samaradorligini aniqlash termodinamik taxlil orqali amalga oshiriladi.
Texnik termodinamika issiqlik va ishni o‘zaro aylanish qonunlarini o‘rganadi. «Issiqlik texnikasi» fanining asosiy vazifasi noenergetik yo‘nalishlari bo‘yicha ta’lim olayotgan talabalarga energetika asoslarini o‘rgatishdir.
Energetika yoki yoqilg‘i-energetika majmui hozirgi zamon iqtisodining rivojlanishini asoslaridan biridir.
Hozirgi kunda odamzot foydalanayotgan deyarli barcha energiya turlarining kelib chiqishi quyoshga borib taqaladi. Chunki barcha organik yoqilg‘ilar, tom maonoda olganda har-xil aylanish bosqichlarini bosib o‘tgan va bizga yuzlab million yillar orqali etib kelgan – quyosh energiyasidir.
Shamol energiyasi, suv to‘lqini energiyasi ham shakli o‘zgargan quyosh energiyasidir.
Faqat yadro energiyasini, ya’ni uran va toriyning parchalanish energiyasini, erning o‘zining hosil bo‘lish jarayonidan qolgan meros deb faraz qilish mumkin.
Hozirgi kunda insoniyat iste’mol qilayotgan energiya turlari shartli ravishda – o‘rni qayta to‘ldirmaydigan va o‘rni qayta to‘ldiriladigan energiya manbalariga bo‘linadi. O‘rni qayta to‘ldirilmaydigan energiyalar: - neftg‘, tabiiy gaz, ko‘mir, yadro yoqilg‘isi (uran) bo‘lsa, o‘rni qayta to‘ldiriladiganlarga – quyosh energiyasi, gidroenergiya, shamol energiyasi, to‘lqin energiyasi, geotermal energiyalardir. Jaxon energetikasining 80% dan ortiqrog‘ini o‘rni to‘ldirilmaydigan energiya manbalari tashkil qiladi va ularning oxiri ko‘rinib qolgan.
Ko‘rinib turibdiki, energiya jamiyatning «noni» bo‘lib xizmat qiladi. U o‘zining kuch-qudratini faqat shunga asoslanib oshirish mumkin.
Ma’lumki, butun olam energiya saqlash qonuniga asosan energiya bordan yo‘q bo‘lmaydi, yo‘qdan bor bo‘lmaydi, u faqat bir turdan boshqa turga o‘tadi holos. Ayni paytda bir-biriga aylangan energiya turlari o‘rtasida miqdor bog‘liqligi mavjud.
Ushbu qonunning texnikadagi xususiy ko‘rinishi – termodinamikaning 1-chi qonuni deb ataladi va uning taokidlashicha, yopiq (izolyasiyalangan) tizimning barcha turdagi energiyalarining yig‘indisi tizimning ichida ro‘y berayotgan har qanday jarayonlar davomida ham doimiy bo‘lib qolaveradi.
Hozirgi kunda tabiatni o‘rganuvchi aniq fanlarning ichida faqat texnik termodinamikagina energiyaning bir turdan boshqa turga o‘tish jarayonlarini tushuntirib, asoslab va hisoblab berishga qodir nazariy fandir.
Inson issiqlik energiyasidan ikkita maqsadda foydalanib kelmoqda:

1. 
   Undan to‘g‘ridan-to‘g‘ri shaklini o‘zgartirmasdan foydalanish, ya’ni uylarni isitish, metallarga ishlov berish, jismlarni sovitish va hokazo. Bu jarayonlarni o‘rganuvchi fan – issiqlik almashish nazariyasi deyiladi.
   
2. 
   Uni o‘ziga kerakli bo‘lgan energiyaning boshqa turlariga aylantirish, ya’ni issiqlikni mexanik ishga, issiqlikni – ishga va undan so‘ng elektr energiyasiga va hokazo. Bu jarayonlarni texnik termodinamika fani o‘rganadi.
   

Ushbu ikki nazariy fanlar asosida bir qator amaliy fanlar: issiqlik elektr stansiyalari, sanoat issiqlik energetikasi, issiqlik va gaz ta’minoti, issiq suv ta’minoti, bioenergetika, geleotexnika va hokazo amaliy fanlar rivojlanmoqda.
Hozirgi kunda ular birgalikda «Issiqlik texnikasi» fani deb ataladi.
«Issiqlik texnikasi» fanining rivojlanishiga bir nazar tashlaylik.
«Olovning harakatlantiruvchi kuchi» haqidagi fikrlar eramizdan avvalgi I asrda uchraydi.
Bu paytda Geron Aleksandriyskiy turli xil bug‘ mashina-o‘yinchoqlarini yaratgan.
Bularning eng mash’uri reaktiv-turbinali dvigatelga o‘xshagan Eolopil (Eol-shamol xudosi) hisoblangan.
Eolopil metall sharchaning turli tomonlariga qotirilgan metall naychalardan iborat bo‘lgan. Naychalar turli tomonlarga bukilgan. SHarchaga suv quyilib, qaynaguncha isitilgan. Hosil bo‘lgan bug‘ reaktiv kuchlar hosil qilib sharni aylantirgan.
Faqat XVII-XVIII asrlardagina, sanoatning rivojlanishi natijasida yana «olovning harakatlantiruvchi kuchi» ga e’tibor berila boshlandi.
1681 yili mexanik D. Papen bug‘ qozonini ixtiro qildi. Qozonda saqlagich klapani bo‘lib, u orqali bug‘ning bosimini o‘zgartirish mumkin bo‘lgan.
O‘sha vaqtda tobora chuqurlashib borayotgan shaxtalardan suvni chiqarib olish asosiy muammolardan biri bo‘lgan. Shu muammoni hal qilish uchun 1712 yilda ingliz T.Npyukomen bug‘ porshenli nasosni taklif qilgan.
Bunda bug‘ alohida qozonda tayyorlangan, porshenli dvigatel suvni tortib chiqargan. Klapanlar tizimi silindrga kelayotgan bug‘ va suv miqdorini boshqarib turgan.
Lekin rivojlanib borayotgan sanoat uchun turli sharoitlarga bog‘liq bo‘lmagan universal dvigatel zarur edi.
SHunday mashinani 1763 yili rus muhandisi I.I.Polzunov taklif qilgan va 1766 yili qurgan. Mashina ikki silindrdan iborat bo‘lib, bug‘ni taqsimlash avtomatik ravishda amalga oshirilgan. Biroq mashinani ishga tushirishdan oldin ixtirochi vafot etgan, mashina ishlamagan va esdan chiqarib yuborilgan.
SHu sababli tarixda birinchi universal bug‘-porshenli dvigatelni yaratish ingliz D.Uatt nomi bilan bog‘langan.
1769 yili shunday mashina uchun u patent olgan. Mashinani takomillashtirib borib, uni sxemasini deyarli hozirga holga keltirgan. SHundan so‘ng turli hil dvigatellarni yaratish keskin ortgan. Bularning ichida anchagina «abadiy dvigatellar» ham taklif qilingan.
1775 yili Parij fanlar Akademiyasi bunday dvigatellarni ko‘rmasligini e’lon qilgan.
1801 yili fransuz F.Lebon gazda ishlaydigan porshenli dvigatelga patent oldi.
1805 yili ingliz olimi R.Sterling turli hil yoqilg‘ilarda ishlaydigan issiqlik mashinasiga patent oldi.
1824 yili termodinamikaning asoschisi S.Karno to‘rt taktli ichki yonuv dvigatelining (IYOD) ish siklini taklif etdi: 1-sikl – havoni so‘rish; 2-havoni siqish va siqish oxirida yoqilg‘ini uzatish va yoqilg‘ini yonishi; 3- yonish mahsulotlarini kengayishi; 4-ularni atmosferaga chiqarib yuborish.
1877 yili nemis ixtirochisi N.Otto uchqun bilan yondiriladigan to‘rt taktli IYOD ni ixtiro qildi, uning f.i.k. 16-20% edi.
1892-1897 yillarda nemis muhandisi R.Dizelg‘ kompressorli, havoni qattiq siqish orqali ishlaydigan IYOD ni yaratdi.
1884 yili ingliz olimi CH.Parsons ko‘p bosqichli bug‘ reaktiv turbinani ishlab chiqdi. 1889 yili shved muhandisi G.Lovalg‘ oqimning yuqori bosimlarini bug‘ning kinetik energiyasiga aylantira oladigan soploni ixtiro qildi.
L.Galg‘vani (1791), A.Volpt, G.Devi (1801), A.Bekkerelg‘ (1833), U.Grov (1839) kabi olimlarning ishlari tufayli kimyoviy va issiqlik energiyalarini to‘g‘ridan-to‘g‘ri elektr energiyasiga aylantirish imkoniyati paydo bo‘ldi.
1883 yili V.Tomson (Lord Kelpvin) birinchi bo‘lib energiyaga to‘g‘ri ta’rif berdi.
1855-1865 yillar mobaynida Klauzius ishlari orqali qaytar va qaytmas jarayonlar va entropiya tushunchalari fanga kiritildi.
1906 yili Nernst termodinamikaning uchinchi qonuniga ta’rif berib, absolyut nolga yaqinlashgan sari molekulalarning issiqlik harakati va entropiya nolga intilishini taxmin qildi.
Absolyut nolga etisha olmaslik Nernstning issiqlik teoremasidan chiqadigan xulosalardan biridir.
XIX asrning oxirlarida J.Gyui va A.Stodola termodinamik tizimning ish bajara olish tushunchasini kiritdi. Bu kattalikka 1956 yili R.Pant «eksergiya» deb nom berdi.
1942 yilda AQSH da birinchi yadro reaktori ish boshladi.
1954 yili atom elektr stansiyasi ishga tushdi.
SHunday qilib yadro energetikasi asri boshlandi.
Bugungi kunda elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun 40-50% energiya zaxiralari sarflanmoqda.
Ma’lumki, mamlakatni iqtisodiy rivojlantirish istiqbollari ko‘p jihatdan o‘z energetika bazasiga egaligi bilan belgilanadi.
Bu jihatdan O‘zbekiston qudratli energetika tizimiga ega. O‘zbekiston noyob yoqilg‘i-energetika resurslariga ega. Qidirib topilgan gaz zaxiralari 2 trillion kubometrga yaqin, ko‘mir – 2 milliard tonnadan ortiq. 160 dan ortiq neftg‘ koni mavjud.
O‘zbekiston energetika tizimining asosini yirik issiqlik elektrostansiyalari – Sirdaryo GRESi, Toshkent GRESi, Yangi Angren GRESi, Navoiy GRESi hamda 19 ta gidroelektrostansiya tashkil etadi. Ularning eng yirigi CHorvoq GESidir. O‘zbekistonning yoqilg‘i-energetika majmui uning energetika resurslariga doim ortib borayotgan ehtiyojini ta’minlabgina qolmaydi. O‘zbekiston ko‘p vaqtdan buyon boshqa mintaqalarga tabiiy gaz etkazib bermoqda.
So‘nggi yillar ichida topilgan neftg‘ (Mingbuloq va Ko‘kdumaloq konlari) va gaz zaxiralari kelgusida respublikaning o‘z ehtiyojlarini ta’minlabgina qolmay, energiya manbalarini chetga sotishni ancha ko‘paytirishga ham imkon berdi.
Markaziy Osiyo mintaqasidagi gaz kondensati zaxiralarining deyarli 74 foizi, neftning 31 foizi, tabiiy gazning 40 foizi va ko‘mirning 55 foizi O‘zbekiston ulushiga to‘g‘ri keladi.
Tabiiy gaz qazib olish bo‘yicha O‘zbekiston ja’ondagi gaz qazib chiqaruvchi 10 ta eng yirik mamlakat qatoriga kiradi.
O‘zbekiston kelajagi buyuk davlat, deb taokidlamoq uchun barcha asoslar bor. Respublikada hamma narsa: tabiiy boyliklar, unumdor er, qudratli, iqtisodiy va ilmiy-texnikaviy, insoniy va maonaviy salo‘iyat mavjud.
Eng muhimi – bu diyorda mehnatsevar va iste’dodli halq yashaydi.