Досаева Б. Т., Койшыбаев Н., Жаугашева С. А
жүктеу/скачать 4.06 Mb.
|
| Карно циклі. Енді қайсы-бір денеден (қыздырғыштан) алынған жылуды жұмысқа айналдыратын, әрі ең тиімді түрде айналдыратын, яғни атқарылған жұмыс мүмкіндігінше ең максималь болатын, дөңгелек процесті қарастырайық.
Бұл процесті іске асыру үшін бізге үш дененің қажет болатындығын білеміз: жылумен қамтамасыз ететін жылу көзі (қыздырғыш), жылуды беруге болатын салқынырақ дене (суытқыш), жылуды беруді қамтамасыз ететін және жұмыс атқаратын жұмысшы дене. Сонымен қатар, қыздырғыш пен суытқыштың жылусыйымдылықтары соншалықты үлкен, олардың біреуінен жылудың алынып жатқанын және екіншісіне жылудың беріліп жатқанын олар байқамайды да, бұл олардың температуралары ешбір өзгермейді дегенді білдіреді. Енді қандай шарттар орындалған кезде жұмысшы дененің, шын мәнісінде, қыздырғыштан алынған жылудың есебінен жұмыс атқара алатындығын қарастырайық. Жұмысшы денемен процесті оның қайсы-бір қысымға дейін сығылып, қыздырғышпен жанасып тұрған күйін қарастырудан бастайық, олай болса, бұл кезде оның температурасы қыздырғыштың температурасындай болады. Бұл жерде жылу алмасу жоқ, себебі температуралар бірдей. Демек, жұмыс атқарылмайтын түрде өтетін жылу беру де жоқ. Енді жұмысшы денеге қыздырғышпен жанасуын үзбей отырып, ұлғаюға мүмкіндік берейік. Демек, ұлғаю изотермиялық түрде өтеді. Осы кезде жұмыс атқарылады. Жұмыс қыздырғыштан алынған жылу есебінен атқарылады, бірақ, қыздырғыш-термостаттың жылусыйымдылығы соншалықты зор болғандықтан, бұдан оның температурасы еш өзгермейді. Енді жұмысшы дене алған жылуды суытқышқа беру керек. Жылу беруді жұмысшы денені тікелей суытқышпен жанастыру арқылы беруге болмайды, себебі изотермиялық түрде ұлғайған жұмысшы дененің температурасы суытқыштың температурасынан жоғары, сондықтан мұндай түрде жылу қайтаратын болсақ, пайдалы жұмыс атқарылмайды. Сондықтан жұмысшы денені әуелі суытқыштың температурасына дейін суыту керек, сосын барып оны суытқыш-термостатпен жанастыруға болады. Бұл үшін әуелі жұмысшы денені қыздырғыштан оқшаулап, сосын барып оған адиабаттық түрде суытқыштың температурасына дейін салқындағанша ұлғаюға мүмкіндік берейік. Осы кездегі ұлғаю үстінде жұмысшы дене қосымша жұмыс атқарады. Ұлғаю кезінде салқындаған денені енді термостатқа жанастырады. Сөйтіп, жұмысшы дене циклдің бірінші жартысында қыздырғыштан алынған жылудың есебінен пайдалы жұмыс атқарады. Енді жұмысшы денені бастапқы күйіне алып келу керек, яғни бастапқы қысым мен температураны қалпына келтіру қажет. Бұл дегеніміз – жұмысшы денені қайтадан сығып, оны қыздырғышпен жанастыру керек деген сөз. Бірақ жанастыруды тағы да жұмысшы дененің температурасы қыздырғыштың температурасынан кем болатын кезде іске асыруға болмайды. Сондықтан жұмысшы дененің бастапқы күйге келтіруді де екі сатылап іске асыру керек болады. Әуелі жұмысшы денені оның суытқышпен жанасуын тоқтатпай, яғни изотермиялық түрде, сосын барып жұмысшы денені суытқыштан оқшаулап, температурасы қыздырғыштың температурасына дейін көтерілгенше адиабатты түрде сығады. Денені адиабаттық сығу кезінде ол сырттан атқарылған жұмыс есебінен қызады. Адиабаттыққ сығу процесі кезінде жұмысшы дененің температурасы қыдырғыштың температурасымен теңеседі, осыдан кейін, ол қыздырғышпен жанастырылып, цикл аяқталады: жұмысшы дене бастапқы күйде, процесті қайтадан бастауға болады. Қарастырылған процесс сонымен екі изотермиялық және екі адиабаттық ұлғаю мен сығылудан тұрады екен. Ұлғаю кездерінде жұмысшы дене пайдалы жұмыс атқарады: сығылу, керісінше, жұмысшы денеге сыртқы күштердің атқарған жұмысы есесінен болады. Қарастырылған процестің барлық кезеңдері кезінде температуралары түрліше болатын екі дене бір-біріне ешкезде де жанаспайды, яғни жылу өткізгіштік түрінде өтетін қайтымсыз еш процеске мүмкіндік берілмейді. Басқаша айтқанда, процесс тұтастай, қайтымды түрде өткізіледі. Осы цикл тұңғыш қарастырған француз ғалымы С.Карноның есімімен аталады. Енді осы процестің сандық сипаттамасын берейік. Ол үшін жұмысшы денесі ретінде идеал газды пайдаланамыз. Жұмысша дене дегеніміз идеал газдың бір молі болсын және оның бастапқы күйі қысым және температурамен сипатталатын болсын. Газдың температурасы келісілген шарт бойынша қыздырғыштың температурасына тең болады. Суытқыштың температурасын деп белгілейік. Демек, Бастапқы күйде жұмысшы дененің температурасы қыздырғыштың температурасына тең және ол изотермиялық түрде көлемге дейін ұлғаяды да, оның қысымы мәніне дейін түседі. Газдың ұлғайған кезде атқаратын пайдалы жұмысы (2.106) мұндағы – газдың қыздырғыштан алған жылу мөлшері. Осы жылудың есебінен жұмыс атқарылады. Екінші сатыда газ қыздырғыштан ағытылып (оқшауланып), енді ол одан әрі адиабатты түрде ұлғаяды, осының арқасында газ салқындайды. Адиабаттық процесс газ температурасы суытқыштың температурасына дейін жеткен кезде тоқтайды. Газдың адиабаттық ұлғаю кезінде жеткен көлемін төмендегі теңдеуден табуға болады: (2.107) (2.108) Циклдік процестің үшінші сатысында газ изотермиялық түрде сыртқы күштердің арқасында суытқыштың температурасы кезінде көлемнен көлемге дейін сығылады. Осы кезде газға атқарылған жұмыс (2.109) Осы жұмыс кезінде жылу мөлшері бөлініп шығып, ол газ жанасып тұрған суытқышқа беріледі. Енді газды бастапқы қысымы мен көлемі болатын күйге алып келу үшін, оны адиабатты түрде, температурасы шамамсына жеткенше сығамыз. Осы процесс кезінде мына теңдеу орындалады: (2.110) Енді газ бастапқы күйге келді, Карно циклі аяқталды, газ жаңа циклді бастауға дайын. Циклдің жалпы нәтижесі қандай? Қыздырғыштан алынған жылу мөлшері есебінен қандай механикалық жұмыс атқарылады? Жалпы жұмыс (2.108) және (2.109) теңдеулерден немесе екендіктері шығады. Демек, (2.111) Жылуды жұмысқа айналдыратын бұл процесс керісінше жұмысты жылуға айналдыратын процестен өзгеше. Механикалық жұмысты белгілі жағдайларда толығынан жылуға айналдыруға болады. Ал жылу болатын болса, оны түгелдей жұмысқа айналдыруға болмайды. (2.106) және (2.109) теңдіктерін былайша жазуға болады: Оларды қосып, мынаған келеміз: немесе, (2.112) Карноның дөңгелек циклінің келтірілген талдауынан оның көмегімен қыздырғыштан алынған жылу мөлшерін толық механикалық энергияға айналдыруға болмайтындығы шығады. Бұл жылудың бір бөлігі суытқышқа-температурасы қыздырғыштың температурасынан төмен болатын денеге беріледі. жүктеу/скачать 4.06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|