Досаева Б. Т., Койшыбаев Н., Жаугашева С. А
Жылу машиналары. Карно циклі
жүктеу/скачать 4.06 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Кельвин принципі
- Карно принципі
| Жылу машиналары. Карно циклі Тарихи тұрғыдан алған кезде термодинамиканың екінші бастамасының жылпылама тұжырымдамасын тағайындау жылу двигателдерін (немесе, ескі атымен атасақ, жылу машиналарын) зерттеу үстінде жүрді. Жылу машинасы дегеніміз жылу энергиясын механикалық жұмысқа айналдыратын қондырғы.
Кезкелген жылу машинасының негізінде, егер де жылуға температурасы жоғары болатын жерден температурасы төменірек болатын жерге өтуге мүмкіндік берілсе, онда механикалық энергия алуға болады деген идея жатыр, әрі осы процесс кезінде жылудың бір мөлшерін механикалық жұмысқа айналдыруға болады. Бұл жағдай жобаламалық түрде 2.37-суретте көрсетілген. Жоғарғы және төменгі температураларды жылу машинасының жұмыс температуралары деп атайды; бұл температураларды тұрақты және температураларда болатын екі термостат қамтамасыз етеді деп санаймыз. Біз тек жұмыс циклдерін периодтық түрде қайталап отыратын жылу машиналарын ғана қарастыратын боламыз (яғни, жүйе түгелдей периодты түрде бастапқы күйге қайтып оралып отырады), демек, олар үздіксіз жұмыс атқаратын болады. Машинаның жұмыс атқаруы процесі кезінде қыздырылатын және салқындатылатын зат жұмысшы дене деп аталады. Температурасы болатын және жылу мөлшерін беріп отыратын термостатты қыздырғыш, ал температурасы болатын және жылудың белгілі мөлшерін қабылдап отыратын термостатты суытқыш деп атайды. Егер дененің (жүйенің) күйі оның қысымы мен көлемі арқылы сипатталатын болса, онда оның күйі диаграммадағы графикте нүкте түрінде өрнектеледі. Мұндай диаграммада күйдің өзгерісі сызық түрінде, мысалға, 2.66-суреттегі 1,2,3 сызығы тәрізді, өрнектеледі. Дөңгелек процесс мұндай диаграммада тұйық сызықпен (мысалға, 1,2,3,4,1 сызығы) беріледі. Цикл ішінде атқарылатын жұмыс осы тұйық сызық қамтитын ауданға тең болады. Кельвин принципі. Мынандай сұрақ тууы мүмкін; циклдік процесс кезінде жылу көзінен алынған жылу мөлшеріне тең жұмыс атқаруға бола ма? Ойланбастан, неге болмасын дегің келетін секілді. Циклдің нәтижесінде жұмыс атқаратын дене өзінің бастапқы күйіне қайтып оралады, оның ішкі энергиясы өзгеріссіз қалады және атқарылған жұмыс пайдаланылған жылу мөлешеріне тең болу керек секілді. Бірақта, тәжірибе деректері қойылған сұраққа жоқ, болмайды деп жауап беруге итермелейді. Өткен ғасырда (1854 ж) В. Томсон (Кельвин) мынандай жалпылама принципті тұжырымдаған боатын: Жалғыз ғана нәтижесі қайсы-бір денеден алынған жылуды, басқа денеде немесе денелерде ешқандай өзгерістерсіз, механикалық жұмысқа айналдыру болып табылатын циклдік процесті өткізу мүмкін емес. Осы принцип бойынша (жылу машиналарына қатысты көптеген тәжірибелік деректерге сүйенетін) жылу көзінен алынған жылуды циклдік процесс кезінде жұмысқа айналдыру үшін осымен қатар басқа бір дененің немесе денелердің күйі де өзгеруі қажет. Демек, жылудың жұмысқа айналуы кезінде жылу беретін жылу көзімен және жылу беріліп, жұмыс атқаратын денемен қатар, процеске тағы үшінші бір дене араласуы қажет. Міне осы үшінші дене ролін температурасы қыздырғыштың (жылу көзінің) температурасынан төменірек болатын суытқыш атқарады. Циклдік машинада жұмыс атқару үшін түрліше температурадағы екі дене қажет болады деген тоқтам Карно принципі деп аталады. Циклдік дөңгелек процесс кезінде жұмысшы дене қыздырғыштан алынған жылудың есебінен ұлғайып, жұмыс атқарып, енді өзінің бастапқы күйіне қайтып оралуы тиіс. Егер жұмысшы дене, мысалға, ұлғайып, жұмыс атқара отырып, 1,2,3 сызығы бойымен бірқатар күйлерді өткен болса (2.66-сурет), ал енді ол өзінің бастапқы күйіне қайтып оралу үшін, оны сығу керек. Бұл үшін жұмысшы денеге жұмыс атқару керек. Ал бұл жұмыс жұмысшы дененің ұлғаю кезінде атөарған жұмысынан аз болу керек. Олай болмаса біз босқа арамтер болған болып шығамыз. Сығылу кезіндегі жұмыс ұлғаю кезіндегі жұмыстан аз болу үшін жұмысшы дене сығылу кезінде ұлғаю қисығның астында жататын қисық бойымен, мысалға, 2.66-суреттегі 3,2,1 қисығы бойымен бірқатар күйлерді өтуі тиіс. Ал диаграммадағы төменірек қисық төменірек температураға сәйкес келеді ғой. Демек, жұмысшы дене сығылар алдында салқындауы тиіс, яғни одан қайсы-бір жылу мөлшерін алып, оны суытқышқа беру керек. Міне, сондықтанда ешбір жылу машинасы тек қыздырғыш және жұмысшы дене екеуінің ғана көмегімен шектеле алмайды. Егерде тек жұмысшы дене мен жылу көзі ғана жеткілікті болса, онда жұмыс атқару үшін теңіздер мен мұхиттардың, Жер қабығының, Жер атмосферасының жылу көздерін пайдалануға болар еді, бұл дегеніміз таусылмайтын отын қоры болар еді. Бұлай жұмыс істейтін машиналар “мәңгі двигатель” болған болар еді (мұндай “қияли” машиналар екінші түрдегі мәңгі двигатель деп аталады). Энергияның сақталу заңы мұндай машиналарға тоқтам салмайды - жұмыс жылу есебінен атқарылып жатыр. Бірақ, тәжірибе мұндай машинаны жасауға болмайды дейді. Циклдік жылу машинасы жұмыс атқару үшін температурасы жылу көзінің температурасынан төмен болатын дене – суытқыш қажет. Көбіне атмосфера суытқыш ролін атқарады. жүктеу/скачать 4.06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|