|
JÍLLÍLÍQTÍŃ MEXANIKALÍQ JUMÍSQA AYLANÍWÍ. CIKLLIK PROCESSLER HÁM CIKL JUMÍSÍ. TERMODINAMIKANÍŃ EKINSHI BAS NÍZAMÍ
|
| bet | 6/14 | | Sana | 19.12.2023 | | Hajmi | 0,9 Mb. | | #123799 |
Bog'liq Sabırov Raxat Kurs Jumısı2.6 JÍLLÍLÍQTÍŃ MEXANIKALÍQ JUMÍSQA AYLANÍWÍ. CIKLLIK PROCESSLER HÁM CIKL JUMÍSÍ. TERMODINAMIKANÍŃ EKINSHI BAS NÍZAMÍ
Bizge mexanikalıq energiyanıń jıllılıq energiyasına aylanıw procesi judá ápiwayı halda júzege keletuǵını belgili. Mexanikalıq energiyanıń hámmesinde tolıq jıllılıq energiyasına (máselen súykeliw nátiyjesinde) aylanıwı múmkin. Eger ΔWk – kinetikalıq energiyanıń kemeyip barıwı, ΔWp – potencial energiyanıń kemeiyip barıwı hám Q - bόlinip shıǵıp atırǵan jıllılıq muǵdarı bolsa, onda
Q = ΔWk + ΔWp
Jıllılıq hám mexanikalıq energiyalar xalıq aralıq (SI) όlshem birlikler sistemsında birdey όlshem birlik – Djoulda όlshenedi. Sonıń ushın ertede paydalanılǵan jıllılıqtıń mexanikalıq ekvivalentine zárúrlik bolmaǵan:
1 kal = 4,1868 Dj = 0,42693 kgc.m.
Jıllılıq energiyasın jumısqa aylandırıwshı qurılmalar: puw mashinaları, ishten janıw dvigatelleri hám taǵı basqa bul mashinalar ciklli (aylanbalı) ráwishte isleydi. Yaǵnıy, olarda jıllılıq uzatıw hám jumısqa aylandırıw processleri dáwirli tákirarlanıp turadı. Bunıń ushın jumıs atqarıp atırǵan dene derekten jıllılıq alǵannan soń jáne sonday processti qaytadan baslaw ushın όziniń dáslepki halına qaytıwı kerek. Bunday process cikl delinedi. Eger deneniń halı onın basımı hám kόlemi arqalı xarakterlense, onda onıń halı grafikalıq túrde P-V diagrammadaǵı AB noqatlar menen ańlatıladı. Bul diagrammada ciklli process tuyıq iymek sızıq penen súwretlenedi. Hallardıń όzgerisi (11-súwret) A hám B sızıq penen ańlatıladı. Aylanbalı process (cikl) tuyıq iymek sızıq Ab hám Ba menen kόrsetiledi.
Cikl dawamında atqarılǵan jumıs tuyıq iymek sızıq penen shegaralanǵan maydańǵa teń boladı. 1854 – jılı Tomson (Kelvin) bazı bir deneden alınǵan jıllılıq basqa bir qanday da dene yamasa denelerde όzgeristi payda etpeydi, tek ǵana mexanikalıq jumısqa aylandırıp beriwshi cikllik procesti ámelge asırıwı múmkin emes degen edi. Bul princip jıllılıq mashinalarınıń islewine tiyisli kόp sanlı tájiriibeler tiykarında dálillengen.
Birinshiden, jumıs atqarıwshı dene, ekinshiden, jıllılıq deregi, yaǵnıy qızdırǵısh, úshinshiden jıllılıq beretuǵın tόmenirek temperaturalı dene – suwıtqısh bul procestiń tiykarın quraydı.
11-súwret
Cikllik mashinada jumıs atqarıw ushın hár qıylı temperaturalı eki dene qatnasıwı shárt degen tastıyıqlaw Karno principi delinedi. Bul principke muwapıq jıllılıq mashinası tek ǵana jıllılıq deregi hám jumıslıq dene menen qanaatlanıp qalmaydı. Eger tek ǵana jumıslıq dene hám jıllılıq deregi menen qanaatlanıp qalıwı múmkin bolǵan da edi, onda jumıs atqarıw ushın teńiz hám okeanlardıń suwları jer qabatı, jer atmosferası sıyaqlı ámelde sheksiz jıllılıq muǵdarın alıw múmkin bolǵan “derekler”den paydalanıw múmkin bolar edi. Bunday dereklerdiń jıllılıǵı esabınan isleytuǵın hám hesh qanday janılǵı talap etpeytuǵın mashina, máńgi dvigatel sıyaqlı áhmiyetke iye bolar edi. Bunday mashina ekinshi túr máńgi dvigatel dep atalar edi. Biraq bunday mashinanı energiyanıń saqlanıw nızamı tastıyıqlaydı. Bunda jumıs jıllılıq esabınan atqarıladı. Biraq tájiriybe bunday mashinanıń jasalıwı múmkin emesligin kόrsetedi. Cikllik jıllılıq mashinasınıń islewi ushın suwıtqısh temperaturası jıllılıq dereginiń temperaturasınan tόmen bolǵan dene kerek boladı. Ádette atmosferanıń όzi suwıtqısh wazıypasın atqaradı.
Cikllik process ushın jıllılıq alatuǵın jıllılıq deregi (qızdırǵısh), jıllılıq beretuǵın suwıǵıraq dene (suwıtqısh) hám jıllılıqtın beriliwi hám jumıstıń orınlanıwında qatnas quralı bolǵan jumıshı dene bolıwı kerek.
Jumısshı denede ámelge asıratúǵın aylanbalı processti bul deneniń bazı bir basımǵa shekem qısılıp, qızdırǵısh penen kontaktte bolǵan paytınan, yaǵnıy onıń T0 ge teń temperaturaǵa iye bolǵan paytınan baslayıq (12-súwret A). Temperaturalardıń ayırması bolmaǵanı ushın bunda jıllılıq όtkizgishlik processi bolmaydı. Jumıs atqarılmastan jıllılıq beriw processi de bolmaydı. Biziń maqsetimiz maksimal jumıs alıw bolǵanlıǵı ushın ciklde bunday processler bolıwına jol qoymawımız kerek. Endi jumısshı denege qızdırǵısh penen konatkttı úzbegen halda keńeyiw hám bazı bir deneni, máselen, porshendi jıljıtıw ushın múmkinshilik beremiz. Demek, keńeyiwi izomermiyalıq keńeyiw boladı (8-súwrettegi AB iymek sızıq). Bunda jumıs atqarıladı. Bul jumıs qızdırǵıshtan alınǵan jıllılıq esabınan orınlanadı. Biraq qızdırǵıshtıń jıllılıq sıyımlılıǵı úlken bolǵanlıqtan, ol όziniń temperaturasın όzgertpeydi.
Jumısshı dene alǵań jıllılıqtı suwıtqıshqa beriwi kerek. Suwıtqıshqa bul jıllılıqtı jumısshı dene tikkeley suwıtqıshqa tiygizip ámelge asırıp bolmaydı. Sebebi izotermiyalıq keńeygen jumısshı denesiniń temperaturası suwıtqısh temperaturasınan joqarı boladı hám kontaktte jıllılıq berilgende paydalı jumıs atqarılmaydı. Sonıń ushın dáslep jumısshı deneni suwıtqısh temperaturasına shekem suwıtıw hám sońınan oǵan tiygiziw kerek. Jumısshı deneni suwıtıw ushın bolsa, ol qızdırǵıshtan izolyatciyalanıwı hám sońınan suwıtqısh temperaturasına teńleskenge shekem adibatalıq keńeyiwine (12-súwrette CD iymek sızıq) imkan beriw kerek.
Adiabatalıq keńeiyiwde deneler suwıydı. Bul ekinshi basqıshta dene keńeyip, máselen porshendi jıljıtıp qosımsha mexanikalıq jiumıs atqaradı. Usınday jol menen jumısshı dene suwıtılǵannan keyin ol suwıtqıshqa tiygiziledi. Usınıń menen cikildiń
birinshi yarımı tamam boladı, bunda dene qızdırǵıshtan alınǵan jıllılıq esabınan paydalı jumıs atqaradı.
12-súwret
Endi jumısshı deneni dáslepki halına qaytarıw, yaǵnıy dáslepki basım hám temperaturanı tiklew kerek. Demek jumısshı dene qısılıwı hám qaytadan qızdırǵısh penen kontaktte bolıwi kerek. Bul jaǵdayda da dáslepki basqıshqa qaytarıw processi eki basqıshta orınlanadı. Dáslep izotermiyalıq qısıladı – CD iymek sızıq, sońınan adiyabatalıq qısıladı AD – iymek sızıq hám cikl tamamlanadı.
Demek, aylanbalı process eki izotermiaylıq hám eki adiabatalıq keńeyiwden hám qısılıwdan ibarat boladı. Keńeyiwlerde jumıs denesi paydalı jumıs atqaradı. Al qısılıwlar bolsa, kerisinshe, sırtqı kúshler dene ústinen atqarılǵan jumıs esabınan boladı. Bul jaǵdayda pútin cikl qaytıwshańlıq jolı menen ámelge asırıladı (yaǵnıy, process júdá áste kvazistatikalıq boladı) bunday jumısshı dene ústinde orınlanǵan jumıstı 1824-jılı francuz alımı Sadi Karno birinshi bolıp bayan etedi. Sonıń ushın onıń húrmetine Karno cikli delinedi. Bunda jumısshı dene sıpatında ideal gaz alınǵan. Karno cikli tόrt basqıshlı izbe-iz orınlanatuǵın termodinamikalıq procesten ibarat:
I basqısh: Izotermiyalıq keńeyiw (1 – 2)
Bunda AB izotermiyalıq keńeyiwinde atqarılǵan jumıs:
A1 = RT0 ln (1)
boladı. Bunda Q0 – gazdıń qızdırǵıshtan alǵan jıllılıq muǵdarı
II basqısh: Adiabatalıq keńeyiw (2 – 3).
Bunda BC – adiabatalıq keńeyiwde T0 = T1 process toqtasa da, gaz keńeygende
T0 V1γ-1 = T1 V2γ-1 (2)
teńlik orınlı boladı. Sonday-aq
(3)
Bul teńlikten paydalanıp gazdıń atqarǵan jumısı A2 ni tabıw múmkin. II – basqıshta
A2= [1-( γ-1]= (4)
boladı.
III basqısh. Izotermiyalıq qısılıw (3 – 4). Bunda CD – izotermiaylıq qısılıwda, gazdıń kόlemi V2 den V3 ke shekem izotermiyalıq qısıladı. Gazdıń atqarǵan jumısı tόmendegishe boladı:
A3 = RT1 ln = - RT1 ln = - Q1 (5)
Demek, Q1 jıllılq muǵdarı ajıralıp shıǵadı. IV basqısh. Adiabatalıq qısılıw (4 – 1). Demek, Q1-jıllılıq ajıralıp shıǵadı. Bunda DA – gaz adiabatalıq qısılıwda dáslepki P0V0 halǵa qaytadı:
= teńliginen
T1 V3γ-1 = T0 V0γ-1
Cikldiń sońında IV basqısh ta adiabatalıq qısılıwda atqarılǵan jumıs
A4= = - (6)
ge teń boladı. Gazdıń izotermiyalıq hám adibatalıq keńeyiwlerinde jáne qısılıwlarında orınlanǵan ulıwma jumıs:
A = A1 + A2 + A3 + A4 (7)
boladı. Bul ańlatpanıń (1), (4), (5) hám (7) teńliklerinen paydalanıp, tόmendegige iye bolamız:
A= RT0ln + RT1ln - = RT0ln - RT1ln (8)
(3) hám (6) teńliklerdiń oń jaqları teń, sonın ushın = bunnan =
ekenligi kelip shıǵadı.
Bul qatnaslardı r arqalı belgileymiz. Onda,
ln = ln = lnr (9)
V1> V0 , V2> V3 bolǵanı ushın ulıwma jumıs
A = R(T0 – T1) lnr (10)
boladı. T0 > T1 bolǵanı ushın A > 0. Demek, jumısshı deneniń qızdırıǵıshtan alǵan Q0 jıllılıq muǵdarına teń emes. Qızdırǵısh bergen
Q0 =RT0 ln (11)
jıllılıq muǵdarınan
Q1 = RT1 lnr (12)
ge teń bolǵan jıllılıq muǵdarı gazdıń bir bόlegin V2 kόleminen V3 kόlemge shekem izotermiyalıq qısıwda suwıtqıshqa berilgen edi. Solay etip, alınǵan jıllılıqtıń
Q0 – Q1 = R(T0 – T1) lnr = A (13)
ǵa teń bolǵan bόlegin ǵana paydalı jumısqa aylanıwına erisiledi. Demek,
= R ln
teńlemeden
- = 0, = (14)
teńlik orınlı boladı.
Bunnan = teńlikke tiykarlanıp,
η = = (15)
Jıllılıq mashinalarınıń PJK in anıqlawǵa erisemiz. Hámme waqıt η < 1 boladı.
Francuz fizigi Sadi Karno 1824 – jılı όziniń «Jalınnıń háreketlendiriwshi kúshi haqqında pikirler» degen shıǵarmasında qanday sharayatta jıllılıq dvigateliniń paydalı jumıs koefficientiniń maksimal bolatuǵınıń anıqlaydı maqset etip qoydı. Ol bul shıǵarmasında ideal gaz ústinen atqarılǵan jumıs hám gaz koleminiń adiabatalıq hám izotermiyalıq όzgeriwlerinen ibarat bolǵan ayırma processte (eger suwıtqıshtıń temperaturası absolyut nolden joqarı bolsa) jıllııqtıń qızdırǵıshtan suwıtqıshqa berilmesligi múmkin emes, degen juwmaqqa keldi. Klauzius hám V.Tomson keyin ala S.Karnonıń juwmaqların tόmendegishe ulıwmalastıradı: bazı bir derekten bir márte alınǵan jıllılıq esabınan dáwirli islew múmkin emes degen jılılıq mashinası haqqındaǵı prinsipke (birden-bir nátiyjesi) dereklerdiń birewinen alınǵan jıllılıq esabınan jumıs payda etiwden ibarat bolǵan dáwirli processti payda etip bolmaydı. Bul princip termidinamikanıń II-bas nızamı degen at penen belgili. Termodinamikanıń II-bas nızamın pútkil álemge hám sheksiz uzaq waqıt aralıǵına ulıwmalastırıw qáte bolıp tabıladı
|
| |
