Жылу машиналары жне оларды ПК-і. Карно циклі. Карно теоремасы

Жылу машиналары деп жйені ішкі энергиясыны бір блігін механикалы энергияа айналдыратын жне соны есебінен жмыс істейтін рылыларды айтады.

Барлы жылу машиналарында отынны энергиясы, алдымен жоары температураа дейін ыздырылан газды немесе буды ішкі энергиясына теді. лаю барысында газ сырты кштерге арсы жмыс атарады жне салындайды, яни оны ішкі энергиясы азаяды. Бл газды ішкі энергиясыны бір блігіні механикалы жмыса айналанын білдіреді. Газды ішкі энергиясыны механикалы энергияа айналмай алан блігі, салындатыш рлін атаратын тоазытыш деп аталатын сырты ортаа беріледі. Сонымен, барлы жылу машиналарыны рылымы ш негізгі бліктен трады: отынны энергиясы блініп шыатын ыздырыш; бу немесе газ болып табылатын жмыс денесі; пайдаланылмай алан жылу млшерін алатын суытыш. (9.3 суретті ара) жылу машиналары жмысы жрісіні сызбансасы келтірілген.

9.3 Сурет

Жмыс денесі ыздырыштан жылуды алып, салындатыша жылуды береді жне осы жылу млшерлеріні айырмасы пайдалы жмысты береді. Жылу озалтышыны тиімділігі оны пайдалы сер коэффициентімен сипатталады

. (9.1)

(9.1) рнегі жылу машиналарыны ПК-і рашан бірден кіші болатынын крсетеді. Бл орытынды термодинамиканы бірінші бастамасыны салдары болып табылмайды, ол негізгі задарды таы бір трі – термодинамиканы екінші заыны мазмнын сипаттап береді. Бл заны баса тжырымдамалары:

- тек ана жмыс ндіретін немесе бір жылулы резервуармен энергия алмасуын жасайтын циклдік процесс болуы ммкін емес (У.Томсон);

- екінші текті мгі озалтыш болуы ммкін емес (В.Оствальд);

- салын денеден ысты денеге жылу берілуі ммкін болатын циклдік процесс болуы ммкін емес (Р.Клаузиус).

Екінші бастаманы эмпирикалы тжырымдамалары математикалы трде тжырымдалмайды. Олар бір-біріне эквивалентті.

Карно циклі барлы дгелек процестерді ішінде ерекше орын алады. Ол бір ыздырыш пен бір салындатыш арылы арылы айтымды трде орындалатын бірден-бір цикл. Карно циклі екі изотерма жне екі адиабатадан трады. Жмыс денесін идеал газ деп алса, айтымды Карно циклі шін ПК-і

,

. (9.2)

Карно теоремасы:

- айтымды Карно цикліні ПК-і жмысты денені табиатына жне осы циклді жасайтын жйені рылысына туелсіз, ол тек ыздырыш пен салындатышты температуралары арылы аныталады;

- айтымсыз машиналарды ПК-і (айтымсыз цикл бойынша жмыс істейтін) айтымды машиналарды ПК-не араанда кіші, яни . Олай болса,

. (9.3)

Макрожйелерде наты айтымды процестер болуы ммкін емес, сондытан (9.2) рнегі асимптотикалы сипата ие, яни дл мнін крсету ммкін емес.

Карно теоремасы (9.3) термодинамиканы екінші заыны математикалы рнегін береді, ол бір ыздырышы мен бір салындатышы бар тйы процестер шін ана олданылады. (9.3)-гі тедік белгісі айтымды процестер шін, тесіздік белгісі – айтымсыз процестер шін ойылады.

Кез келген цикл жадайында Карно теоремасыны жалпылама трі Клаузиус тесіздігін береді (Клаузиус теоремасы)

. (9.4)