Viii bob. ÒErmodinamika asoslari
Termodinamik sistemaga beriladigan issiqlik miqdori uning ichki
Download 206.27 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- 45- §. Òermodinamikaning ikkinchi qonuni
- Òermodinamikaning ikkinchi qonuni.
- Ikkinchi tur „perpetuum mobile“.
- 46- §. Issiqlik mashinasining ish prinsiði. Issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsiyenti. Karno sikli
- Issiqlik dvigatellari tarixidan.
- Issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsiyenti.
- Issiqlik dvigatellari.
Termodinamik sistemaga beriladigan issiqlik miqdori uning ichki energiyasini orttirishga va tashqi kuchlarga qarshi ish bajarishga sarflanadi. Agar sistemaga issiqlik miqdori berilayotgan bo‘lsa, Q musbat, agar sistemadan issiqlik miqdori olinayotgan bo‘lsa, Q manfiy ishora bilan olinadi. Shuningdek, agar sistema tashqi kuchlarga qarshi ish bajarayotgan bo‘lsa, A ish musbat, tashqi kuchlar sistema ustida ish bajarayotgan bo‘lsa, A ish manfiy bo‘ladi. Òermodinamikaning birinchi qonuni birinchi tur abadiy dvi- gatel (lotincha «perpetuum mobile») yasash mumkin emasligini ko‘rsatadi. Birinchi tur «perpetuum mobile»ga asosan, teng miq- dorda energiya sarflamasdan ish bajara oladigan mashina qurish haqida fikr yuritiladi. Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni bo‘lgan termodinamikaning birinchi qonunida esa tabiatda ro‘y beradigan barcha jarayonlarda energiya o‘z-o‘zidan paydo ham bo‘lmaydi, yo‘qolmaydi ham, faqat bir ko‘rinishdan boshqasiga aylanishi mumkin, deb qayd etiladi. Endi termodinamika birinchi qonunining ba’zi jarayonlarga tatbiqini ko‘raylik.
uning bosimi va temperaturasi o‘zgaradi. Agar gazning hajmi 185 o‘zgarmasa, tashqi kuchlarga qarshi ish bajarilmaydi, ya’ni A = 0. Unda termodinamikaning birinchi qonuni
(44.2)
ko‘rinishni oladi. Demak, ideal gazga berilayotgan issiqlik miqdori uning ichki energiyasini o‘zgartirishga, boshqacha aytganda tempera- turaning ko‘tarilishiga sarflanadi. (43.8) ifodaga asosan D D
c m T = ×
×
(44.3) ni olamiz. Izobarik jarayon. Ideal gazning bosimi o‘zgarmas (p = const), uning hajmi va temperaturasi o‘zgaradi. Bunda gazga berilgan issiqlik miqdorining bir qismi uning ichki energiyasini orttirishga, bir qismi esa tashqi kuchlarga qarshi ish bajarishga sarflanadi. Q = DU + A. (44.4)
43- § da izobarik jarayonda gaz bajargan ish À p V = × D
ekanligini ko‘rgan edik. Izotermik jarayon. Ideal gazning temperaturasi o‘zgarmas (T = const), uning hajmi va bosimi o‘zgaradi. Agar gazning tem- peraturasi o‘zgarmasa, demak, uning ichki energiyasi ham o‘zgarmaydi: DU = 0. Bunday jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni
(44.5)
ko‘rinishga ega bo‘ladi. Adiabatik jarayon. Atrof-muhit bilan issiqlik miqdori almash- masdan ro‘y beradigan jarayonga adiabatik jarayon deyiladi. Adiabatik jarayonga tez ro‘y beradigan jarayonlar misol bo‘ladi. Misol uchun, gaz tez siqilganda bajarilgan ish uning temperatu- rasining, ya’ni ichki energiyasining ortishiga olib keladi. Òempera- tura ortishi natijasida atrofga issiqlik miqdori tarqalishi uchun esa ma’lum vaqt kerak. Shuning uchun ham Q = 0. Ichki yonish dvi- gatelida yonilg‘i aralashmasining yonishi adiabatik jarayonga yax- shi misol bo‘ladi. Adiabatik jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi: DU + A = 0 yoki
(44.6)
186 ya’ni adiabatik jarayonda ish faqatgina ichki energiyaning o‘zgarishi hisobiga bajariladi.
1. Òermodinamikaning birinchi qonuni. 2. Agar jismga issiqlik miqdori berilayotgan bo‘lsa, Q qanday ishora bilan olinadi? Olinayotgan bo‘lsa- chi? 3. Agar jism tashqi kuchlarga qarshi ish bajarayotgan bo‘lsa, A qanday ishora bilan olinadi? Òashqi kuchlar jism ustida ish bajarganda- chi? 4. Birinchi tur „perpetuum mobile“ni yasash mumkinmi? 5. Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni. 6. Izoxorik jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni. 7. Izobarik jarayon uchun termo- dinamikaning birinchi qonuni. 8. Izotermik jarayon uchun termodinami- kaning birinchi qonuni. 9. Adiabatik jarayon deb qanday jarayonga aytiladi? 10. Adiabatik jarayonlar real jarayonlarmi? Unga misol keltiring. 11. Adiabatik jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni. 12. Adiabatik jarayonda ish nimaning hisobida bajariladi?
M a z m u n i : termodinamikaning ikkinchi qonuni; ikkinchi tur „perpetuum mobile“. Òermodinamikaning birinchi qonuni energiyaning saqlanish va aylanish qonunini ifodalasa-da, termodinamik jarayonning ro‘y berish yo‘nalishini ko‘rsata olmaydi. Misol uchun birinchi qonun, issiqlik miqdorining issiq jismdan sovuq jismga o‘tish imkoniyati qanday bo‘lsa, sovuq jismdan issiq jismga o‘tish imkoniyati ham shunday deb ko‘rsatadi. Aslida esa tabiatda qanday jarayonlar ro‘y berishi mumkin degan savol tug‘iladi? Bunga termodinamikaning ikkinchi qonuni javob beradi.
shakllari mavjud bo‘lib, ularning eng soddasi Klauzius ta’rifini keltiramiz.
Amalda cheksiz katta bo‘lgan okean suvlaridagi issiqlik miqdori o‘z-o‘zidan temperaturasi suvnikidan pastroq bo‘lgan jismgagina o‘tishi mumkin. Issiqlik miqdorini temperaturasi past jismdan tem- peraturasi yuqori jismga o‘tkazish uchun qo‘shimcha ish bajarish kerak. Shu bilan birga, issiqlik miqdori ishga to‘la aylanmay, uning 187 bir qismi atrof-muhitni qizdirishga sarflanadi. Shu nuqtayi nazar- dan, ikkinchi qonunning quyidagi Plank ta’rifi ham e’tiborga molik:
Issiqlik ishga aylanishi uchun isitkich va sovitgich bo‘lishi darkor. Barcha issiqlik mashinalarida isitkichdan sovitgichga beriladigan ener- giyaning bir qismigina foydali ishga aylanadi. Unda issiqlik mashina- larining unumdorligi qanday kattaliklarga bog‘liq va uni oshirish uchun nima qilmoq kerak, degan savol tug‘iladi. Bu savolga ikkinchi qonunning Karno ta’rifi javob beradi: ideal issiqlik mashinasining
Òermodinamika qonunlari amalda qanday mashinalar yasash mumkinligi va ularning unumdorligini orttirish uchun nimalarga e’tibor berish zarurligi haqida yo‘llanma beradi. Ikkinchi tur „perpetuum mobile“. Ikkinchi tur „perpetuum mobile“ okean suvlaridagi ulkan miqdordagi energiyadan ish ba- jarmasdan foydalanish mumkin degan g‘oyaga asoslangan. Òermodina- mikaning ikkinchi qonuni esa issiqlik miqdori faqat issiq jismdan sovuq jismga o‘z-o‘zidan o‘tishi mumkin, teskarisi uchun esa qo‘shimcha ish bajarish zarur deb ta’kidlaydi. Bu esa ikkinchi tur „perpetuum mobile“ni yasash mumkin emasligini ko‘rsatadi. Agar ikkinchi tur „perpetuum mobile“ni yasash mumkin bo‘l- ganda edi insoniyat juda ulkan energiya manbayiga ega bo‘lardi. Okeanlarda mavjud 10 21
kg suvning temperaturasini 1 °C ga pasay- tirishga erishilsa, bu 10 24 J issiqlik miqdori ajratib olishga imkon beradi. Shuncha energiya beruvchi ko‘mirni temiryo‘l sostaviga yuk- lasak, uning uzunligi 10 10 km ni tashkil etadi. Bu esa qariyb Quyosh sistemasining kattaligiga tengdir. Sinov savollari 1. Òermodinamika birinchi qonunining ahamiyati nimada? 2. Òer- modinamikaning birinchi qonuni jarayonning ro‘y berish yo‘nalishini ko‘rsata oladimi? 3.Òermodinamikaning ikkinchi qonuni. 4. Òermodi- namika ikkinchi qonunining ahamiyati nimada? 5. Issiqlik miqdori temperaturasi past jismdan temperaturasi yuqori jismga o‘tadimi? 6. Òabiatda issiqlik miqdori to‘laligicha ishga aylanadigan jarayon bo‘li- shi mumkinmi? 7. Issiqlik ishga aylanishi uchun qanday shartlar ba- jarilishi mumkin? 8. Issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsiyenti nimalarga bog‘liq? 9. Ikkinchi tur „perpetuum mobile“ning g‘oyasi 188 nimadan iborat? 10. Ikkinchi tur „perpetuum mobile“ni yasash mum- kinmi? 11. Okean suvlarining temperaturasini bir gradusga pasaytirishga erishilsa, qancha issiqlik miqdori ajratib olish mumkin? 12. Bu energiya qancha ko‘mir yonishida ajraladigan energiyaga teng?
M a z m u n i : issiqlik mashinasi; issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsiyenti; Karno sikli; sovitkichlar.
sanoatning rivojlanishi insoniyatni mehnat unumdorligini orttiruv- chi qurilmalarni ixtiro qilishga undadi. Birinchi bug‘ dvigatelining loyihasi, Rossiyada 1765- yilda I . P o l z u n o v tomonidan yaratildi. Ingliz ixtirochisi J . U a t t 1784- yilda bug‘ dvigatelini ixtiro qildi. Lekin bu qurilmalar unumdorligining juda pastligi fransuz injeneri S a d i K a r n o n i issiqlik mashinalarini takomillashtirish yo‘llarini izlashga da’vat etdi. Issiqlik mashinasi. Issiqlik mashinasi deb yoqilg‘ining ichki energiyasini mexanik energiyaga aylantirib beradigan qurilmaga aytiladi. Issiqlik mashinasining ish prinsiði 72- rasmda ko‘rsatilgan. Bir siklda Ò 1 temperaturali isitkichdan Q issiqlik miq- dori olinib,Ò 2 temperaturali sovitgichga Q 2 issiqlik miqdori qaytariladi va A = = Q 1 —Q 2 miqdordagi ish bajariladi. 73- rasmda issiqlik mashinasining tuzil- ishi ko‘rsatilgan. Har qanday dvigatel uchta qismdan iborat: ishchi modda (gaz yoki bug‘), isitkich va sovitgich. Isitkich- dan Q 1 issiqlik miqdori olgan ishchi mod- da kengayib, ish bajaradi. Yoqilg‘ining yonishi natijasida isitkichning temperatu- rasi Ò 1 o‘zgarmas bo‘lib qoladi. Siqilish- da ishchi modda Q 1 issiqlik miqdorini Ò 2
1 temperaturali sovitgichga uzatadi. Issiqlik dvigateli siklik ravishda ishlashi 72- rasm. mashinasi A Q 1
2
1
2
189 kerak. Aylanma jarayon yoki sikl deb sistema bir qancha holatlardan o‘tib, dastlabki holatiga qaytadigan jarayonga aytiladi (74- rasm). Soat millari aylanishi bo‘ylab ro‘y beradigan jarayon (gaz oldin kengayib, keyin siqiladi) to‘g‘ri sikl, soat millari aylanishiga teskari yo‘nalishda (gaz oldin siqilib, keyin kengayadi) ro‘y beradigan jarayon esa teskari sikl deyiladi. Issiqlik mashinalari to‘g‘ri sikl, sovitgichlar esa teskari sikl asosida ishlaydi. Sikl tugaganda ishchi modda o‘zining dastlabki holatiga qaytadi, ya’ni uning ichki en- ergiyasi boshlang‘ich qiymatiga ega bo‘ladi. Karno sikli. Karno sikli ikkita izotermik va ikkita adiabatik jarayonlardan tashkil topgan (75- rasm). 1 — 2 jarayonda ideal gaz isitkichdan olingan issiqlik miqdori (Q 1 ) hisobiga izotermik kenga- yib, ish bajaradi. Ò = const bo‘lganidan gazning ichki energiyasi o‘zgarmaydi. 2 — 3 jarayonda gaz adiabatik kengayib, ichki energi- yasi hisobiga ish bajaradi. Chunki bu jarayonda gaz issiqlik miqdori olmaydi. 3 — 4 izotermik siqilishda ajraladigan barcha Q 2 issiqlik miqdori sovitgichga uzatilib, ichki energiya o‘zgarmaydi. 4 — 1 adia- batik siqilishda bajarilgan ish gaz ichki energiyasining ortishiga sarflanadi. Shunday qilib, ideal gaz o‘zining dastlabki holatiga Isitkich
Sovitkich T 1
1
2
2
1 -Q 2 73- rasm. 74- rasm. 75- rasm . izoterma
ad iab
ata izoterma
ad iab
ata p p 190 qaytadi va ichki energiyasini to‘la tiklaydi. Sikl davomida ideal gaz isitkichdan Q 1 issiqlik miqdorini oladi va sovitgichga Q 2 issiqlik miqdori beradi. Òermodinamikaning birinchi qonuniga muvofiq,
1 — Q 2 issiqlik miqdori ish bajarishga sarflanadi va sikl o‘rab turgan yuzaga teng.
shinasining yoki Karno siklining foydali ish koeffitsiyenti (FIK) deb quyidagi kattalikka aytiladi: 1 2 1 .
Q Q - h = (46.1)
Shuningdek, Karno siklining FIK ni isitkichning Ò 1 va sovit- gichning Ò 2 temperaturalari orqali ham ifodalash mumkin: 1 2 1 . T T T - h = (46.2)
Demak, issiqlik mashinasining FIK ishchi moddaning turiga bog‘liq bo‘lmay, balki isitkichning va sovitgichning temperaturalari bilangina aniqlanadi. (46.1) ifodadan yana quyidagi xulosalarga kelish mumkin: 1) issiqlik mashinasining FIK ni ko‘tarish uchun isitkichning temperaturasini oshirish, sovitgichning temperaturasini esa pasay- tirish kerak; 2) issiqlik mashinasining FIK doimo birdan kichik bo‘ladi. 77- rasm. p Sovitish
mashinasi T 2 Q 2
Q 1
1
191 Bugungi kunda muhandislarning barcha harakatlari issiqlik ma- shinalarining FIK ni orttirishga qaratilgan. Buning uchun esa mashi- na qismlari orasidagi ishqalanishni, yoqilg‘i to‘la yonmasligi nati- jasidagi yo‘qotishlarni kamaytirish yo‘llarini izlamoq darkor. Hozir- gi paytda issiqlik mashinalarining FIK 40% ni tashkil qiladi. Sovitkichlar. Yuqorida qayd etilganidek, sovitkichlar teskari sikl prinsiðida ishlaydi (76- rasm). Ish bajarish hisobiga sistemadan ma’lum miqdordagi issiqlik miqdori olinadi. Boshqacha aytganda, issiqlik miqdori sovuqroq jismdan issiqroq jismga o‘tkaziladi va mashina sovitgichga aylanadi (77- rasm). Eng keng tarqalgan sovi- tish mashinasi — bu, xo‘jalik muzlatkichidir. Sinov savollari 1. Issiqlik mashinasi deb qanday qurilmaga aytiladi? 2. Issiqlik mashinasining ish prinsiði. 3. Issiqlik mashinasining tuzilishi. 4. Sikl deb nimaga aytiladi? 5.Òo‘g‘ri sikl deb qanday siklga aytiladi? Òeskari sikl deb-chi? 6. Qanday mashinalar to‘g‘ri siklda ishlaydi? Òeskari siklda- chi? 7. Karno sikli deb nimaga aytiladi? 8. Karno siklida bajarilgan ish nimaga teng? 9. Karno siklida ish nima hisobiga bajariladi? 10. Issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsiyenti (FIK). 11. Karno sikli FIK ning temperaturalar orqali ifodasi. 12. FIK ishchi moddaning tu-riga bog‘liq- mi? 13. FIK isitkich va sovitkichlarning temperaturalariga bog‘liqmi? 14. Issiqlik mashinasining FIK ni ko‘tarish uchun nima qilish kerak? 15. Issiqlik mashinasining FIK qanday qiymatlarni qabul qiladi? 16. Issiqlik mashinasi FIK ning kichik bo‘lishiga sabab nima? 17. Sovitkich qanday prinsiðda ishlaydi? 18. Sovitishga qanday erishi- ladi?
M a z m u n i : issiqlik dvigatellari; bug‘ mashinasi; ichki yon- ish dvigateli; karburatorli dvigatel; dizel; reaktiv dvigatel; tabiatni muhofaza qilish. Issiqlik dvigatellari. Issiqlik dvigatellariga bug‘ mashinasi, bug‘ turbinasi, ichki yonish dvigateli, reaktiv dvigatellar kiradi. Bug‘ mashinasi. Bug‘ mashinalari va bug‘ turbinalarida isitkich vazifasini bug‘ qozoni, ishchi modda vazifasini bug‘, sovitgich vazifasini esa atmosfera yoki ishlatilgan bug‘ni sovitish qurilmasi — kondensator bajaradi. 192 Ichki yonish dvigateli. Ichki yonish dvigatelida isitkich va ishchi modda vazifasini — yonilg‘i, sovitkich vazifasini esa atmosfera o‘taydi. Odatda, yonilg‘i sifatida benzin, spirt, kerosin va dizel yoqilg‘isi ishlatiladi. Maxsus qurilma (masalan, benzinli dvigatellarda karbu- rator) yordamida yonilg‘i va havo aralashma ko‘rinishida tayyor- lanib, silindrga uzatiladi. Silindrda esa aralashma yonadi. Yonish mahsulotlari esa atmosferaga chiqarib tashlanadi. Endi ba’zi tur- dagi dvigatellarga batafsil to‘xtalamiz. Karburatorli dvigatel. Òo‘rt taktli karburatorli dvigatelning ish prinsiði va ishchi diagrammasini ko‘raylik (78- rasm). Òashqi kuch- lar ta’sirida porshen pastga qarab harakatlanganda (78- a rasm), kiritish klapani ochilib, ishchi aralashma silindrga tushadi. Jarayon atmosfera bosimi ostida izobarik ravishda ro‘y beradi. Porshen eng quyi holatga yetganida kiritish klapani yopilib, birinchi takt (so‘rish takti) tugaydi: grafikda jarayon 0 — 1 to‘g‘ri chiziq bilan ko‘rsatilgan. Ikkinchi (qisish) takti ham (78- b rasm) tashqi kuch ta’sirida ro‘y beradi. Har ikkala klapan ham yopiq va gaz adiabatik ravishda qiziydi. Bu grafikda 1 — 2 chiziqqa to‘g‘ri keladi. Uchinchi takt — ish jara- yonida chaqnab yonish (78- d rasm). Porshen eng yuqori holatga yetganida o‘t oldiruvchi svecha uchquni aralashmani yoqadi va gazning bosimi keskin ortadi. Grafikda bu 2 — 3 izoxorik jarayonga mos keladi. Klapan yopiq turib, porshen pastga qarab harakatla- nadi, ya’ni adiabatik ravishda kengayadi. 3 — 4 chiziq ishchi yurish deyiluvchi taktga to‘g‘ri keladi (78- d rasm). Ko‘rinib turibdiki, bu taktda gazning bosimi pasayadi, hajmi ortadi, temperaturasi pasa- yadi. Bu holda bajarilgan ish musbat bo‘lib, u gaz ichki energiya- sining kamayishi hisobiga bajariladi. Òo‘rtinchi takt — chiqarib tash- 78- rasm. a) b) d) e) 193 lash (78- e rasm). Porshen eng pastga yetganida chiqarish klapani ochilib, yonish mahsulotlari chiqarish moslamasi orqali atrof- muhitga chiqarib tashlanadi. Gazning bosimi pasayadi va takt oxirida atmosfera bosimiga teng bo‘lib qoladi. Grafikda bu izoxorik jarayon
yuqori holatiga qaytadi va takt tugaydi. Ko‘rilgan yopiq jarayonda — bajarilgan ish jarayonlar chiziq- lari bilan ajratilgan, shtrixlangan shaklning yuzasiga teng bo‘ladi. Grafikni tahlil qilish shuni ko‘rsatadiki, 3 — 4 qismdagi kengayish
Aynan shuning natijasida dvigatel foydali ish bajaradi. 3 — 2 va 4 —1 izoxorik jarayonlarda (V = const) ish nolga teng va yuqorida qayd etilganidek, foydali ish adiabatik kengayish va siqilishlarning farqlari bilan aniqlanadi. Amalda, ichki yonish dvigatellarining FIK 20 — 30% ni tashkil etadi. Ularning FIK ni orttirish uchun esa aralashmani ko‘proq siqish kerak. Lekin ichki yonish dvigatellarida yonilg‘i aralashmasini qattiq siqish mumkin emas, chunki siqilgan yonilg‘i qizib, o‘z- o‘zidan yonib ketishi mumkin. Bu esa dvigatelning ish prinsiðini buzadi.
xoli va FIK ancha yuqori bo‘lgan dvigatelni yaratdi. Dizellarda siqish darajasi ancha yuqori bo‘lib, uning oxirida havoning tem- peraturasi, yoqilg‘i o‘z-o‘zidan o‘t olishi uchun yetarli darajada baland bo‘ladi. Yoqilg‘i esa karburatorli dvigatellarnikidek birdaniga emas, balki asta-sekin, porshen harakatining biror qismi davomida yonadi. Yoqilg‘ining yonish jarayoni ishchi bo‘shliqning hajmi ortib borishi davomida ro‘y beradi. Shuning uchun ham gazlarning bosimi ish davomida o‘zgarmay qoladi. Shunday qilib, dizelda aralashma- ning yonish jarayoni o‘zgarmas bosimda ro‘y beradi. Karburatorli dvigatellarda esa bu jarayon o‘zgarmas hajmda ro‘y berar edi. Dizel, karburatorli dvigatelga qaraganda tejamkorroq bo‘lib, FIK ham ancha yuqori, qariyb 40% ni tashkil qiladi. Uning quvvati ham ancha katta bo‘lishi mumkin. Shu bilan birga, ancha arzon yoqilg‘ida ham ishlayveradi. Dizellar statsionar qurilmalarda, temiryo‘l, havo va suv transportlarida keng qo‘llaniladi. Hozirgi paytda kichik quvvatli dizellar avtomashina va traktorlarda ham ko‘p ishlatil- moqda.
Download 206.27 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling