Газдарды жылусыйымдылыы. Траты клем жне траты ысым кезіндегі мольдік жылусыйымдылытар. Майер тедеуі.

Затты жылулы асиеттерін сипаттайтын негізгі параметрлерді бірі оны жылусыйымдылыы. Затты жылусыйымдылыы – денені температурасын 1K-ге згертуге ажет жылу млшеріне те физикалы шама:

. Затты жылусыйымдылыы оны массасына, химиялы рамына, термодинамикалы кйіне жне оан жылу беру процесіне туелді. Жылусыйымдылы меншікті ( ) (бірлік массаны жылусыйымдылыы) жне мольдік ( ) (1 моль затты жылусыйымдылыы) болып ажыратылады:

жне ,

мндаы: – зат млшері; – заты мольдік массасы.

Меншікті жне мольдік жылусыйымдылытарды лшем бірліктері – жне . Газдарды жылусыйымдылыы траты клемдегі жне траты ысымдаы жылусыйым- дылытар болып блінеді.

 

38. Адиабатты процесс. Пуассон тедеуі.

Адиабатты процесс. Пуассон тедеуі.Сырты ортамен жылу алмасусыз жретін процесті адиабатты деп атайды. Осы процесс шін Адиабатты процесс газды клемі тез кеейген немесе сыылан кезде пайда болады. Адиабатты процесс шін термодинамиканы бірінші заы былай жазылады:

(10.16)

яни ішкі энергияны кемуі нтижесінде жйе жмыс істейді. Бір моль идеал газ шін

(10.17)

Егер газ адиабатты кеейетін болса, онда жне яни газ суынады. Керісінше газ адиабатты сыылан кезде жне яни газ ызады.

Кй тедеуі (10.2) формула бойынша

Осы тедеуді (10.17)-ге бліп (10.13) ескерсек, шыатыны:

1+ немесе , (10.18)

мндаы . (10.19)

(10.18)-ші тедеуіні шешімі: (10.20) Осы формуланы Пуассон тедеуі деп атайды. (10.12) мен (10.20) формулалардан:

. (10.21)

39. айтымды жне айтымсыз термодинамикалы процестер. Дгелек процестер (циклдер). Жылу машиналары жне оларды ПК-і.

айтымды процесстер деп, кері баытьта ткізуге болатын процессті тура баытта ткізгенде жйе андай кйден тсе кері де сондай кйлер тізбегінен тетін процессті айтады.Тепе-те емес процесстер рашан да айтымсыз процесс, дэлдеп айтанда наты процесстер айтымсыз процесстерболады.

Дгелек процесс немесе цикл деп жйе бірнеше кйден тіп барып бастапы кйге айта оралу процесін айтады. Циклді диаграммасы тйы исы. Идеал газды циклін 2 процеске блуге болады.

1. Газды лаюы (1-2);

2. Газды сыылуы (2-1).

Газ лайан кезде жасалан жмыс о dV >0, яни жмыс 1а2V₂ V₁1 фигураны ауданына те болады, ал сыылу жмысы теріс dV<0 болады да, 2в1V₁V₂2 фигураны ауданымен аныталады. Демек, цикл ішінде газды жасаан жмысы тйы исыты ауданымен аныталады.

Сурет 1 Тура цикл.

Егер цикл ішінде о жмыс жасалса A = >0, онда цикл саат тілімен баыттас жреді, тура цикл деп аталады (сурет 1). Ал егер цикл ішінде жасалатын жмыс теріс A = <0 болса, цикл саат тіліне арсы баытта болады да, кері цикл деп аталады (сурет 2).

 

 

 

 

 

Сурет 2 Кері цикл

Тура цикл жылу двигательдерінде олданылады. Жылу двигательдері деп жмысты сырттан алынан жылу арылы периодты трде жасайтын двигательдерді айтады. Кері цикл салындатыш машиналарда олданылады. Салындатыш машиналар деп сырты кштерді жмысы арылы жылу температурасы тмен денеден жоары денеге берілетін машиналарды айтады.

Дгелектік процесс нтижесінде жйе бастапы кйіне айта оралады, яни ішкі энергияны толы згерісі нульге те. Дгелек процесс шін термодинамиканы 1 заын жазайы:

Q = U + А, U = 0, бдан Q = А,

Демек цикл ішінде жасалан жмыс сырттан берілген жылуа те.

Біра цикл нтижесінде жйе жылуды алуы да, беруі де ммкін, сондытан

Q = Q₁ - Q₂,

Q₁ - жйені алан жылу млшері,

Q₂ - жйені берген жылу млшері.

Дгелек процесс шін термиялы пайдалы сер коэффициенті

Термодинамикалы жйе 1 кйден 2 кйге ткен кезде бір параметрді мні згеретін процесті термодинамикалы процесс деп атайды.

Егер термодинамикалы процесс кезінде жйе 1 кйден 2 кйге, яни i – кйлерден тсін делік, жйе i – кйлерден жне 2 кйден тіп, 1 кйге айта айналып келсе, жйеде жне оны оршаан ортада ешандай згеріс байалмаса, ондай процесті айтымды процесс деп атайды.

Егер жйе бір кйден екінші кйге ткенде жйені зінде, не болмаса оршаан ортада згеріс болса, ондай процесті айтымсыз процесс деп атайды. мірдегі процестерді брі айтымсыз процесс болып саналады.

Энтропия. Энтропия тсінігін алаш енгізген Клаузиус. Оны физикалы мнін арастыру шін изотермиялы процесс кезіндегі жылу млшеріні Q жылу беруші денені температурасына Т атынасын арастырады. атынасын келтірілген жылу млшері деп атайды. Процесті те кіші блігіндегі келтірілген жылу млшері а те. Кез-келген айтымды процесс кезінде денеге берілетін келтіріген жылу млшері нольге те:

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)

40. Энтропия. Клаузиус тесіздігі.

Термодинамиканы екінші заыны барлы аралан тжырымдамалары процесті ммкіндіктерін талдау шін энергия млшеріні саталуыны жеткіліксіз екенін крсетеді. Энергия санды трде ана емес, сапалы трде де сипатталуы ажет. Энергияны сапасын анытайтын жне термодинамиканы екінші заындаы шектеулерді санды трде сипаттайтын шама S энтропия болып табылады.

Термодинамиканы екінші заыны жалпылама тжырымдамасы энтропия ымымен байланысты. Егер жйе ошауланан болса, яни оршаан ортамен жылу алмаспайтын болса ондай жйені энтропиясы:

, . (9.5)Барлы наты процестерді барлыы айтымсыз боландытан ошауланан жйеде энтропия рдайым артады. Энтропияны артуы жйені ытималдылыы аз кйден ытималдылыы кп кйге, яни тепе-тедік кйге ауысуын крсетеді.

Біра флуктуациялар да болуы ммкін. Ошауланан жйедегі энтропияны арту заы статистикалы сипата ие.

(9.5) –да математикалы трде рнектелген термодинамиканы екінші заы оан дейін арастырылан тжырымдамалармен астасады.

Жылу машиналарыны жмысын талдаса, жйеге dQ жылу трінде берілген барлы энергияны dA жмыса айналдыру шін оны андай да бір блігі жеткілікті , жне нерлым аз болса, сорлым энтропия кп болады. Бл жадай энтропияны жмыс істеу абілетіні лшемі деп сипаттауа ммкіндік береді. Жйені энтропиясыны артуы табии процестерді ерекше белгісі болып табылады жне энергия сапасыны тмендеуіне алып келеді.

Кез келген айтымды цикл шін Клаузиус теоремасын (9.4) жазайы

. (9.6)

(9.6) интегралды нлге те болуы шамасы андай да бір S кй функциясыны толы дифференциалын береді. Сондытан

жне . (9.7)

(9.7) формуласын термодинамикадаы энтропияны анытамасы ретінде арастыруа болады.

(9.7) анытамадан туындайтын энтропияны кейбір асиеттері:

- жйені энтропиясы - аддитивті шама Мны мнісі: жйе энтропиясы оны жеке бліктеріні энтропияларыны осындысына те;

- жылу алмасусыз жретін айтымды процесте – адиабаталы процесте- энтропия траты болады;

- процесті энтропиясы андай да бір траты шамаа дейінгі длдікпен аныталуы ммкін.

айтымды процестегі энтропияны згерісі (9.1) жне (9.2) атынастары негізінде есептеледі

. ( 9.8)Жылулы процестерді талдау шін координат осьтері ретінде T жне S кй функциялары алынатын TS – диаграммасы олданылады..Жйеде тетін дгелек процесс квазистатикалы болсын. Клаузиус тесіздігі осындай процесті де сипаттайды

Тек бл жадайда Т оршаан ортаны емес жйені температурасы, себебі бл екі температура бірдей мнге ие болады. Квазистатикалы процесс тек тар маынада айтымды болады. Демек, мндай процесс кері баытта да жреді. Кері процесс шін де Клаузиус тесіздігі орындалады:

мндаы -кері процесте аз аралытарда жйе алатын элементар жылу млшерлері. Бл жадайда жйе тура сол тепе-те кйлерден кері баытта тетін боландытан болады, сондытан болады. Бл атынас алашы атынаспен тек тедік белгісі ойыланда сйкес болады. Осылай квазистатикалы процесс шін Клаузиус тесіздігі тедікке айналады:

41. Термодинамиканы екінші бастамасы.

Термодинамиканы бірінші бастамасы энергияны саталу жне трлену задарын сипаттаанымен, термодинамикалы процестерді жру баытын анытауа ммкіндік бермейді. Бл бастама нтижесі андай да бір денеден алынан жылуды толыымен жмыса айналдыратын процесті ммкіндігін жоа шыармайды. Мысалы, термодинамиканы бірінші бастамасы бойынша белгілі жылу кзін суыту арылы периодты жмыс істейтін (мхиттарды ішкі энергиясы есебінен) машина жасауа болады. Мндай озалтыш екінші текті мгі озалтыш деп аталады.

Кптеген эксперименттерді нтижелерін талдай отырып, алымдар екінші текті мгі озалтыш жасау ммкін емес деген тжырыма келді. Бл тжырымдама термодинамиканы екінші бастамасы деген аталды.

Термодинамиканы екінші бастамасыны зара эквивалент бірнеше тжырымдама бар. Келесі екі тжырымдаманы талдайы:

жылуды толыымен жмыса айналдыратын периодты жылу машинасын жасау ммкін емес

; (9.15)

жылу здігінен температурасы жоары денеден температурасы тмен денеге ана туі ммкін

. (9.16)

Бірінші формула екі тжырымдаманы да тсіндіреді. Егер болса (машина суытыша жылу бермесе), онда , яни, T₂ = 0, біра абсолюттік нлге те температура алу ммкін емес.

Егер болса (жмыс денесі ыздырыштан алан жылу млшерін толыымен суытыша берсе), онда , яни, жне . Блай болуы ммкін емес.

Термодинамиканы екінші бастамасы бірінші бастама секілді барлы жадайда орындалатын мбебап за емес. Термодинамиканы бірінші бастамасы жылулы процестерге арналан энергияны саталу заы болаандытан, оны кез-келген жйе шін олдануа болады. Ал термодинамиканы екінші бастамасын лшемдері шектеулі ошауланан жйелерге ана олдануа болады.

 

42. Карно циклі

Карно циклі деп тепе-тедіктегі екі изотермиялы жне екі адиабаталы лаюлар мен сыылулардан тратын айтымды дгелек процесті айтады. Карноны идеал жылулы машинасы жылуошаулаыш тсенішке орнатылан жмыс денесімен (газбен) толтырылан цилиндрден, температурасы ыздырыштан жне температурасы суытыштан трады. Карно цикліне талдау жасайы.

1) Кй параметрлері , жне (9.2–сурет, диаграммадаы нкте) цилиндр ішіндегі газды клемін цилиндрді ыздырыша ойып, одан алынан жылу есебінен -ге дейін те баяу, изотермиялы діспен сіреді.

 

2) Цилиндрді жылуошаулаыш тсенішке ойып, газды адиабаталы трде лайтады. Газ жмысты ішкі энергия есебінен жасайтындытан, оны температурасы суытышты температурасына дейін тмендейді. исыы газды адиабаталы лаюын сипаттайды.