TERMODINAMIKANING IKKINCHI QONUNI

Yuklangan vaqt

2024-09-23

Yuklab olishlar soni

1

Sahifalar soni

12

Faytl hajmi

146,7 KB


TERMODINAMIKANING IKKINCHI QONUNI Reja: 1. Termodinamikaning ikkinchi qonuni va uning asosiy talqinlari 2. Qaytar va qaytmas jarayonlar 3. Muvozanatli va muvozanatsiz jarayonlar 4. Issiqlik mashinalarining sikllari 5. Karno sikli. 1. Termodinamikaning ikkinchi qonuni va uning asosiy talqinlari Termodinamikaning birinchi qonuni energiyaning saqlanish va aylanish jarayonini miqdoriy tomondan tavsiflaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni bu jarayonlarning sifat tomonini tavsiflaydi. Termodinamikaning birinchi qonuni bironta jarayonning energetik balansini tuzish uchun zarur bo‘lgan barcha ma’lumotlarni beradi, lekin u, bironta jarayonning sodir bo‘lishi yoki bo‘lmasligi haqida hech qanday ma’lumot bermaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni ham, birinchi qonun kabi tajriba asosida ta’riflanganligini taokidlab o‘tish lozim. Termodinamikaning ikkinchi qonunini umumiy ko‘rinishda quyidagicha ta’riflash mumkin: O‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan har qanday jarayon qaytmas jarayondir. Ikkinchi qonunning barcha boshqa ta’riflari bu umumiy ta’rifning xususiy hollaridan iborat. Bir qancha olimlar termodinamikaning ikkinchi qonuniga turlicha ta’rif berganlar. TERMODINAMIKANING IKKINCHI QONUNI Reja: 1. Termodinamikaning ikkinchi qonuni va uning asosiy talqinlari 2. Qaytar va qaytmas jarayonlar 3. Muvozanatli va muvozanatsiz jarayonlar 4. Issiqlik mashinalarining sikllari 5. Karno sikli. 1. Termodinamikaning ikkinchi qonuni va uning asosiy talqinlari Termodinamikaning birinchi qonuni energiyaning saqlanish va aylanish jarayonini miqdoriy tomondan tavsiflaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni bu jarayonlarning sifat tomonini tavsiflaydi. Termodinamikaning birinchi qonuni bironta jarayonning energetik balansini tuzish uchun zarur bo‘lgan barcha ma’lumotlarni beradi, lekin u, bironta jarayonning sodir bo‘lishi yoki bo‘lmasligi haqida hech qanday ma’lumot bermaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni ham, birinchi qonun kabi tajriba asosida ta’riflanganligini taokidlab o‘tish lozim. Termodinamikaning ikkinchi qonunini umumiy ko‘rinishda quyidagicha ta’riflash mumkin: O‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan har qanday jarayon qaytmas jarayondir. Ikkinchi qonunning barcha boshqa ta’riflari bu umumiy ta’rifning xususiy hollaridan iborat. Bir qancha olimlar termodinamikaning ikkinchi qonuniga turlicha ta’rif berganlar. Shu ta’riflar haqida qisqacha ma’lumot beraylik. 1. Sadi Karno (1824 yilda) quyidagi ta’rifni berdi: “Termodinamik tizim ish bajara olishi uchun kamida turli temperaturali ikki manba zarur. Issiqlik dvigatellari F.I.K. >1 bo‘la olmaydi”. 2. R. Klauzius (1850 yilda) quyidagi ta’rifni taklif etdi: “Issiqlik ancha sovuq jismdan ancha issiq jismga o‘z-o‘zidan o‘ta olmaydi”. 3. V. Tomson (Lord Kelpvin) 1851 yilda quyidagi ta’rifni taklif etdi: “Jonsiz material agent yordamida moddaning qandaydir massasidan uni atrofdagi predmetlardan eng sovuьining temperaturasidan past temperaturagacha sovitish yo‘li bilan mexanikaviy ish olib bo‘lmaydi”. 4. M. Plank quyidagi ta’rifni taklif etdi: “Barcha ishi bironta yukni ko‘tarish va issiqlik manbaini sovitishdan iborat bo‘lgan davriy ishlaydigan mashina qurib bo‘lmaydi”. 5. V.F. Osvold quyidagi ta’rifni taklif etdi: “Ikkinchi tur abadiy dvigatelni, (faqatgina bitta issiqlik manbai hisobiga ishlaydigan) qurib bo‘lmaydi”. Shuni aytib o‘tish lozimki, ikkinchi tur abadiy dvigatelining mavjud bo‘lishi termodinamikaning birinchi qonuniga qarshi bo‘lmaydi. Haqiqatan ham bu dvigatelda ish hech narsadan emas, balki issiqlik manbaining ichki energiyasi hisobiga bajarilgan bo‘lur edi. Issiqlik jarayonlarining o‘ziga xos muhim xususiyatini ta’kidlab o‘tish zarur. Mexanik ishni, elektrik ishni, magnit kuchlarining ishini va hokazolarini qoldiqsiz, batamom to‘la issiqlikka aylantirish mumkin. Issiqlikka kelsak, davriy takrorlanadigan jarayonda uning bir qismigina mexanik va boshqa turlardagi ishga aylanishi mumkin: uning boshqa qismi muqarrar ravishda sovuq manbaga berilishi kerak. 2. Qaytar va qaytmas jarayonlar Termodinamikaning eng muhim tushunchalaridan biri qaytar va qaytmas jarayonlar haqidagi tushunchadir. Termodinamikaviy jarayon termodinamikaviy tizimning uzluksiz o‘zgarib turadigan holatlari to‘plamidan iborat. Shu ta’riflar haqida qisqacha ma’lumot beraylik. 1. Sadi Karno (1824 yilda) quyidagi ta’rifni berdi: “Termodinamik tizim ish bajara olishi uchun kamida turli temperaturali ikki manba zarur. Issiqlik dvigatellari F.I.K. >1 bo‘la olmaydi”. 2. R. Klauzius (1850 yilda) quyidagi ta’rifni taklif etdi: “Issiqlik ancha sovuq jismdan ancha issiq jismga o‘z-o‘zidan o‘ta olmaydi”. 3. V. Tomson (Lord Kelpvin) 1851 yilda quyidagi ta’rifni taklif etdi: “Jonsiz material agent yordamida moddaning qandaydir massasidan uni atrofdagi predmetlardan eng sovuьining temperaturasidan past temperaturagacha sovitish yo‘li bilan mexanikaviy ish olib bo‘lmaydi”. 4. M. Plank quyidagi ta’rifni taklif etdi: “Barcha ishi bironta yukni ko‘tarish va issiqlik manbaini sovitishdan iborat bo‘lgan davriy ishlaydigan mashina qurib bo‘lmaydi”. 5. V.F. Osvold quyidagi ta’rifni taklif etdi: “Ikkinchi tur abadiy dvigatelni, (faqatgina bitta issiqlik manbai hisobiga ishlaydigan) qurib bo‘lmaydi”. Shuni aytib o‘tish lozimki, ikkinchi tur abadiy dvigatelining mavjud bo‘lishi termodinamikaning birinchi qonuniga qarshi bo‘lmaydi. Haqiqatan ham bu dvigatelda ish hech narsadan emas, balki issiqlik manbaining ichki energiyasi hisobiga bajarilgan bo‘lur edi. Issiqlik jarayonlarining o‘ziga xos muhim xususiyatini ta’kidlab o‘tish zarur. Mexanik ishni, elektrik ishni, magnit kuchlarining ishini va hokazolarini qoldiqsiz, batamom to‘la issiqlikka aylantirish mumkin. Issiqlikka kelsak, davriy takrorlanadigan jarayonda uning bir qismigina mexanik va boshqa turlardagi ishga aylanishi mumkin: uning boshqa qismi muqarrar ravishda sovuq manbaga berilishi kerak. 2. Qaytar va qaytmas jarayonlar Termodinamikaning eng muhim tushunchalaridan biri qaytar va qaytmas jarayonlar haqidagi tushunchadir. Termodinamikaviy jarayon termodinamikaviy tizimning uzluksiz o‘zgarib turadigan holatlari to‘plamidan iborat. Tizimning har qanday ikkita holati 1 va 2 oralig‘ida bitta yo‘lning o‘zidan o‘tadigan ikkita jarayonni tasavvur etish mumkin: holat 1 dan holat 2 ga va aksincha, holat 2 dan holat 1 ga; bunday jarayonlar to‘g‘ri va teskari jarayonlar deb aytiladi. To‘g‘ri va teskari yo‘nalishlardagi jarayon natijasida termodinamikaviy tizim dastlabki holatiga qaytadigan jarayonlar qaytar jarayonlar deb aytiladi; buning natijasida atrof muhitda hech qanday o‘zgarish bo‘lmaydi. To‘g‘ri va teskari yo‘nalishlarda jarayon o‘tkazilganda tizim dastlabki holatiga qaytmaydigan jarayonlar qaytmas jarayon deb aytiladi. Amaliyotdan ma’lumki, birinchidan o‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan barcha tabiiy jarayonlar qaytmas bo‘ladi; tabiatda qaytar jarayonlar bo‘lmaydi; ikkinchidan, muvozanatga erishgan tizim keyinchalik shunday holatda qolaveradi, ya’ni holatini o‘zicha o‘zgartira olmaydi, bu esa o‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan har qanday jarayon qaytmasligi to‘g‘risidagi bundan oldin ta’riflangan daovoga mos keladi. Yuqorida aytib o‘tilganlar asosida quyidagi natijaga kelish qiyin emas: tizim faqat muvozanat holatiga kelmaganiga qadargina ish bajara oladi. ‘aqiqatan ham, har qanday issiqlik dvigatelida kamida ikkita issiqlik manbai – issiq va sovuq manbalar bo‘lgandagina ish olish mumkin. Agar issiq va sovuq manbalar temperaturalari tenglashsa, ya’ni issiq manba, ish jismi va sovuq manbadan iborat tizim issiqlik muvozanatiga kelsa, u holda issiqlik ko‘chishi to‘xtaydi va ish bajarilmaydi. 3. Muvozanatli va muvozanatsiz jarayonlar Termodinamik tizimga kirgan jismlarning holati uzoq vaqt o‘zgarmasa, u holda tizim termodinamik muvozanatda bo‘ladi. Agar termodinamik tizimda jismlar bir xil holatda bo‘lmasa va ular bir-biri bilan issiqlik izolyatsion va absolyut qattiq to‘siqlar bilan ajratilgan bo‘lmasa, bu tizimda biror muddat vaqt o‘tishi bilan (ertami-kechmi) turg‘un termodinamik muvozanat hosil bo‘ladi. Termodinamik muvozanatda tizim tarkibidagi jismlar o‘zaro issiqlik almashmaydi va bir-biriga nisbatan harakatda bo‘lmaydi, ya’ni issiqlik va mexanik muvozanat sodir bo‘ladi. Tizimning har qanday ikkita holati 1 va 2 oralig‘ida bitta yo‘lning o‘zidan o‘tadigan ikkita jarayonni tasavvur etish mumkin: holat 1 dan holat 2 ga va aksincha, holat 2 dan holat 1 ga; bunday jarayonlar to‘g‘ri va teskari jarayonlar deb aytiladi. To‘g‘ri va teskari yo‘nalishlardagi jarayon natijasida termodinamikaviy tizim dastlabki holatiga qaytadigan jarayonlar qaytar jarayonlar deb aytiladi; buning natijasida atrof muhitda hech qanday o‘zgarish bo‘lmaydi. To‘g‘ri va teskari yo‘nalishlarda jarayon o‘tkazilganda tizim dastlabki holatiga qaytmaydigan jarayonlar qaytmas jarayon deb aytiladi. Amaliyotdan ma’lumki, birinchidan o‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan barcha tabiiy jarayonlar qaytmas bo‘ladi; tabiatda qaytar jarayonlar bo‘lmaydi; ikkinchidan, muvozanatga erishgan tizim keyinchalik shunday holatda qolaveradi, ya’ni holatini o‘zicha o‘zgartira olmaydi, bu esa o‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan har qanday jarayon qaytmasligi to‘g‘risidagi bundan oldin ta’riflangan daovoga mos keladi. Yuqorida aytib o‘tilganlar asosida quyidagi natijaga kelish qiyin emas: tizim faqat muvozanat holatiga kelmaganiga qadargina ish bajara oladi. ‘aqiqatan ham, har qanday issiqlik dvigatelida kamida ikkita issiqlik manbai – issiq va sovuq manbalar bo‘lgandagina ish olish mumkin. Agar issiq va sovuq manbalar temperaturalari tenglashsa, ya’ni issiq manba, ish jismi va sovuq manbadan iborat tizim issiqlik muvozanatiga kelsa, u holda issiqlik ko‘chishi to‘xtaydi va ish bajarilmaydi. 3. Muvozanatli va muvozanatsiz jarayonlar Termodinamik tizimga kirgan jismlarning holati uzoq vaqt o‘zgarmasa, u holda tizim termodinamik muvozanatda bo‘ladi. Agar termodinamik tizimda jismlar bir xil holatda bo‘lmasa va ular bir-biri bilan issiqlik izolyatsion va absolyut qattiq to‘siqlar bilan ajratilgan bo‘lmasa, bu tizimda biror muddat vaqt o‘tishi bilan (ertami-kechmi) turg‘un termodinamik muvozanat hosil bo‘ladi. Termodinamik muvozanatda tizim tarkibidagi jismlar o‘zaro issiqlik almashmaydi va bir-biriga nisbatan harakatda bo‘lmaydi, ya’ni issiqlik va mexanik muvozanat sodir bo‘ladi. Termodinamik muvozanatda tizimni tashkil qilgan barcha jismlar bosimi va temperaturasi atrof-muhit bosimi va temperaturasiga teng bo‘ladi. Tashqi muhit o‘zgarishi bilan termodinamik tizimning holati o‘zgaradi ya’ni u muvozanatli holatdan muvozanatsiz holatga o‘tadi. Bu o‘zgarish atrof-muhit va tizimning bosimi va temperaturasi tenglashguncha, ya’ni turьun muvozanat qaror topguncha davom etadi. Amaliyot shuni ko‘rsatadiki, muvozanatga erishgan tizim keyinchalik shunday holatda qolaveradi, ya’ni holatini o‘zicha o‘zgartira olmaydi. Yuqorida aytib o‘tilganlar asosida quyidagi natijaga kelish qiyin emas: tizim faqat muvozanat holatiga kelmaguniga qadargina ish bajara oladi. Haqiqatan ham, har qanday issiqlik dvigatelida kamida ikkita issiqlik manbai - issiq va sovuq manbalar bo‘lgandagina ish olish mumkinligini bundan oldin qayd qilib o‘tilgan edi. Agar issiq va sovuq manbalar temperaturalari tenglashsa, ya’ni issiq manba, ish jismi va sovuq manbadan iborat tizim issiqlik muvozanatiga kelsa, u holda issiqlik ko‘chishi to‘xtaydi va ish bajarilmaydi. Ko‘rib chiqilgan barcha misollardan ko‘rinib turibdiki, tizimda muvozanatning bo‘lmasligi tizimda baozi bir o‘ziga xos kattaliklar ayirmasining mavjudligi bilan tavsiflanadi. Agar jarayonni amalga oshirish tezligi nolga intilsa, har qanday muvozanatdagimas jarayon muvozanatdagi jarayon bo‘lib qoladi. SHu bilan bir vaqtda har qanday muvozanatdagimas jarayon qaytmas va har qanday muvozanatdagi jarayon qaytar bo‘ladi. 4.Issiqlik mashinalarining sikllari Ish bajariladigan siklik jarayonlar turli issiqlik mashinalarida amalga oshiriladi. Ish issiqlikka aylanadigan aylanma jarayonlar (sikllar) ni amalga oshiruvchi uzluksiz ishlaydigan tizim issiqlik dvigateli deb ataladi. Holatining o‘zgarishi hisobiga siklda ish hosil qilinadigan modda ishchi jism deb ataladi. Issiqlik mashinasidan foydali ish olish uchun quyidagidek shartlarni bajarish lozim: 1. Ishchi jism bo‘lishi lozim. Bu jism orqali issiqlik va ish o‘zaro aylanadi. Termodinamik muvozanatda tizimni tashkil qilgan barcha jismlar bosimi va temperaturasi atrof-muhit bosimi va temperaturasiga teng bo‘ladi. Tashqi muhit o‘zgarishi bilan termodinamik tizimning holati o‘zgaradi ya’ni u muvozanatli holatdan muvozanatsiz holatga o‘tadi. Bu o‘zgarish atrof-muhit va tizimning bosimi va temperaturasi tenglashguncha, ya’ni turьun muvozanat qaror topguncha davom etadi. Amaliyot shuni ko‘rsatadiki, muvozanatga erishgan tizim keyinchalik shunday holatda qolaveradi, ya’ni holatini o‘zicha o‘zgartira olmaydi. Yuqorida aytib o‘tilganlar asosida quyidagi natijaga kelish qiyin emas: tizim faqat muvozanat holatiga kelmaguniga qadargina ish bajara oladi. Haqiqatan ham, har qanday issiqlik dvigatelida kamida ikkita issiqlik manbai - issiq va sovuq manbalar bo‘lgandagina ish olish mumkinligini bundan oldin qayd qilib o‘tilgan edi. Agar issiq va sovuq manbalar temperaturalari tenglashsa, ya’ni issiq manba, ish jismi va sovuq manbadan iborat tizim issiqlik muvozanatiga kelsa, u holda issiqlik ko‘chishi to‘xtaydi va ish bajarilmaydi. Ko‘rib chiqilgan barcha misollardan ko‘rinib turibdiki, tizimda muvozanatning bo‘lmasligi tizimda baozi bir o‘ziga xos kattaliklar ayirmasining mavjudligi bilan tavsiflanadi. Agar jarayonni amalga oshirish tezligi nolga intilsa, har qanday muvozanatdagimas jarayon muvozanatdagi jarayon bo‘lib qoladi. SHu bilan bir vaqtda har qanday muvozanatdagimas jarayon qaytmas va har qanday muvozanatdagi jarayon qaytar bo‘ladi. 4.Issiqlik mashinalarining sikllari Ish bajariladigan siklik jarayonlar turli issiqlik mashinalarida amalga oshiriladi. Ish issiqlikka aylanadigan aylanma jarayonlar (sikllar) ni amalga oshiruvchi uzluksiz ishlaydigan tizim issiqlik dvigateli deb ataladi. Holatining o‘zgarishi hisobiga siklda ish hosil qilinadigan modda ishchi jism deb ataladi. Issiqlik mashinasidan foydali ish olish uchun quyidagidek shartlarni bajarish lozim: 1. Ishchi jism bo‘lishi lozim. Bu jism orqali issiqlik va ish o‘zaro aylanadi. 2. Kamida turli temperaturali ikki manba – temperaturasi yuqori bo‘lgan isitkich va temperaturasi past bo‘lgan sovitkich bo‘lishi lozim. 3. Issiqlik mashinasining ishi siklik bo‘lishi, ya’ni ishchi jism bir necha jarayonlardan so‘ng boshlang‘ich holatiga qaytishi lozim. 5.1-rasmda tasvirlangan issiqlik mashinasining aylanma siklini ko‘rib chiqaylik. 5.1-rasm. Issiqlik mashinasining aylanma sikli 1-a-2 kengayish jarayonida T1 temperaturali isitkichdan ishchi jismga q1 issiqlik keltiriladi. Bu holda s-1-a-2-d yuzaga son jihatidan teng bo‘lgan 1l foydali ish bajariladi. 2-v-1 siqish jarayonida ishchi jismdan sovitkichga q2 issiqlik uzatiladi. Bu jarayonda s-1-v-2-d yuzaga teng bo‘lgan l2 ish (manfiy ish) sarflanadi. 1-a-2 va 2-v-1 jarayonlar uchun termodinamikaning birinchi qonuni tenglamasi quyidagicha bo‘ladi. l q u 1 1    (5.1) l q u 2 2      (5.2) Ma’lumki, aylanma siklda ichki energiya o‘zgarmaydi. Yuqoridagi tenglamalarni qo‘shsak: q1-q2= l l l  ц  2 1 (5.3) hosil bo‘ladi. 2. Kamida turli temperaturali ikki manba – temperaturasi yuqori bo‘lgan isitkich va temperaturasi past bo‘lgan sovitkich bo‘lishi lozim. 3. Issiqlik mashinasining ishi siklik bo‘lishi, ya’ni ishchi jism bir necha jarayonlardan so‘ng boshlang‘ich holatiga qaytishi lozim. 5.1-rasmda tasvirlangan issiqlik mashinasining aylanma siklini ko‘rib chiqaylik. 5.1-rasm. Issiqlik mashinasining aylanma sikli 1-a-2 kengayish jarayonida T1 temperaturali isitkichdan ishchi jismga q1 issiqlik keltiriladi. Bu holda s-1-a-2-d yuzaga son jihatidan teng bo‘lgan 1l foydali ish bajariladi. 2-v-1 siqish jarayonida ishchi jismdan sovitkichga q2 issiqlik uzatiladi. Bu jarayonda s-1-v-2-d yuzaga teng bo‘lgan l2 ish (manfiy ish) sarflanadi. 1-a-2 va 2-v-1 jarayonlar uchun termodinamikaning birinchi qonuni tenglamasi quyidagicha bo‘ladi. l q u 1 1    (5.1) l q u 2 2      (5.2) Ma’lumki, aylanma siklda ichki energiya o‘zgarmaydi. Yuqoridagi tenglamalarni qo‘shsak: q1-q2= l l l  ц  2 1 (5.3) hosil bo‘ladi. Bu erda цl -1-a-2-v-1 siklning ishi. Sikldan foydali ish olish uchun, 2-v-1 siqish jarayonida sarflangan ish, 1-a-2 kengayish ishidan kichik bo‘lishi kerak  1  2 l  l . Bunga erishish uchun ishchi jismni siqish bilan birgalikda, undan q2 issiqlikni olish lozim. Siqish jarayonida ishchi jism sovitilmasa, siqish jarayoni 2-a- 1 yo‘l bo‘yicha kechadi va natijada kengayish ishiga teng bo‘lgan l1 ish sarflanadi. Natijada siklning foydali ishi nolga teng bo‘lib qoladi. Shunday qilib, issiqlik keltiriladigan va olib ketiladigan 1-a-2-v-1 siklni ketma-ket takrorlab, davriy ishlaydigan issiqlik mashinasini olish mumkin. Siklning termik foydali ish koeffitsiyenti (f.i.k.) deb ataladigan koeffitsiyent haqidagi yangi tushunchani kiritamiz. Sikl ishining ish jismiga siklda berilgan issiqlik miqdoriga nisbati siklning termik f.i.k. deb ataladi. Siklning termik f.i.k.ni t bilan belgilab va aytilgan ta’rifga muvofiq quyidagini hosil qilamiz: 1 2 1 2 1 1 q q q q q q ц t        (5.4) Siklning termik f.i.k. bironta siklning takomillashganlik darajasini tavsiflaydi: termik f.i.k. qanchalik katta bo‘lsa, sikl shunchalik takomillashgan bo‘ladi. Siklda ish jismiga aynan bir xilda issiqlik miqdori q1 berilganda t si katta bo‘lgan siklda ko‘p ish lц bajariladi. Issiqlik mashinalarining termik f.i.k. har doim 1 (yoki 100%) dan kichik bo‘ladi, chunki ishchi jismga keltirilgan q1 issiqlikning barchasi foydali ishga aylanmaydi. Bu issiqlikning bir qismi (q2) sovitkichga (atrof-muhitga) beriladi. Yuqoridagini e’tiborga olib, termodinamikaning ikkinchi qonunini yana bir talqinini berish mumkin: “Issiqlik mashinasi orqali issiqlikni to‘laligicha ishga aylantirib bo‘lmaydi”. Keltirilgan issiqlikni to‘laligicha ishga aylantiradigan issiqlik dvigatelining ikkinchi tur abadiy dvigateli deb aytiladi. Yuqorida aytib o‘tilganidek, ikkinchi tur abadiy dvigatelining mavjud bo‘lishi termodinamikaning birinchi qonuniga zid bo‘lmaydi. Biroq bunday mashinaning Bu erda цl -1-a-2-v-1 siklning ishi. Sikldan foydali ish olish uchun, 2-v-1 siqish jarayonida sarflangan ish, 1-a-2 kengayish ishidan kichik bo‘lishi kerak  1  2 l  l . Bunga erishish uchun ishchi jismni siqish bilan birgalikda, undan q2 issiqlikni olish lozim. Siqish jarayonida ishchi jism sovitilmasa, siqish jarayoni 2-a- 1 yo‘l bo‘yicha kechadi va natijada kengayish ishiga teng bo‘lgan l1 ish sarflanadi. Natijada siklning foydali ishi nolga teng bo‘lib qoladi. Shunday qilib, issiqlik keltiriladigan va olib ketiladigan 1-a-2-v-1 siklni ketma-ket takrorlab, davriy ishlaydigan issiqlik mashinasini olish mumkin. Siklning termik foydali ish koeffitsiyenti (f.i.k.) deb ataladigan koeffitsiyent haqidagi yangi tushunchani kiritamiz. Sikl ishining ish jismiga siklda berilgan issiqlik miqdoriga nisbati siklning termik f.i.k. deb ataladi. Siklning termik f.i.k.ni t bilan belgilab va aytilgan ta’rifga muvofiq quyidagini hosil qilamiz: 1 2 1 2 1 1 q q q q q q ц t        (5.4) Siklning termik f.i.k. bironta siklning takomillashganlik darajasini tavsiflaydi: termik f.i.k. qanchalik katta bo‘lsa, sikl shunchalik takomillashgan bo‘ladi. Siklda ish jismiga aynan bir xilda issiqlik miqdori q1 berilganda t si katta bo‘lgan siklda ko‘p ish lц bajariladi. Issiqlik mashinalarining termik f.i.k. har doim 1 (yoki 100%) dan kichik bo‘ladi, chunki ishchi jismga keltirilgan q1 issiqlikning barchasi foydali ishga aylanmaydi. Bu issiqlikning bir qismi (q2) sovitkichga (atrof-muhitga) beriladi. Yuqoridagini e’tiborga olib, termodinamikaning ikkinchi qonunini yana bir talqinini berish mumkin: “Issiqlik mashinasi orqali issiqlikni to‘laligicha ishga aylantirib bo‘lmaydi”. Keltirilgan issiqlikni to‘laligicha ishga aylantiradigan issiqlik dvigatelining ikkinchi tur abadiy dvigateli deb aytiladi. Yuqorida aytib o‘tilganidek, ikkinchi tur abadiy dvigatelining mavjud bo‘lishi termodinamikaning birinchi qonuniga zid bo‘lmaydi. Biroq bunday mashinaning bo‘lishi termodinamikaning ikkinchi qonuniga ziddir, chunki keltirilgan issiqlikning bir qismi sovitkichga berilishi kerak. Agar siklni siqish chizig‘i kengayish chizig‘idan yuqorida joylashadigan qilib amalga oshirilsa, bu holda siqish ishi kattaligi jihatidan kengayish ishidan katta bo‘lganligidan bunday siklni amalga oshirish uchun birorta tashqi manbadan ish keltirish kerak. Teskari siklning amalga oshirilishi natijasida issiqlik sovuq manbadan olinib, issiq manbaga beriladi; agar to‘g‘ri sikldagiga o‘xshab sovuq manbadan olingan issiqlikni q2 orqali, issiq manbaga beriladigan issiqlikni esa q1 orqali belgilasak, u holda q1=q2+l bo‘lishi muqarrardir. Teskari siklda issiq manbaga sovuq manbadan olinadigan issiqlik q2 bilan siklda keltirilgan ish l ga ekvivalent bo‘lgan issiqlikning yiьindisiga teng bo‘lgan q1 issiqlik beriladi. Shunday qilib, teskari siklni amalga oshirish natijasida sovuq manbaning sovishi sodir bo‘ladi. Teskari sikl sovuqlik mashinasining siklidan iboratdir. Teskari siklning takomillashganlik darajasi siklning sovitish koeffitsiyenti orqali aniqlanadi. 2 l   q (5.5) 5. Karno sikli (5.5) formulaning ta’lilidan ko‘rinib turibdiki, q1 ortishi yoki q2 ni kamayishi bilan t ortadi. Demak, kengayish va siqish jarayonlarini mos ravishda tanlab f.i.k.ni o‘zgartirish mumkin. Shu tufayli quyidagidek savol tug‘iladi – f.i.k. eng yuqori bo‘lgan siklni yaratish mumkinmi? Xuddi shunday siklni Sadi Karno taklif qilgan. Fransuz muhandisi Karno Nikola Leonar Sadi 1824 yilda “Olovning harakatlantiruvchi kuchi haqida mulohazalar” nomli asarida issiqlik dvigatellari nazariyasiga asos soldi. Karno o‘zining bu ishida issiqlik dvigatellarining termodinamikasi uchun alohida ahamiyatga ega bo‘lgan siklini (keyinchalik uning nomi bilan atalgan) ko‘rib chiqdi. bo‘lishi termodinamikaning ikkinchi qonuniga ziddir, chunki keltirilgan issiqlikning bir qismi sovitkichga berilishi kerak. Agar siklni siqish chizig‘i kengayish chizig‘idan yuqorida joylashadigan qilib amalga oshirilsa, bu holda siqish ishi kattaligi jihatidan kengayish ishidan katta bo‘lganligidan bunday siklni amalga oshirish uchun birorta tashqi manbadan ish keltirish kerak. Teskari siklning amalga oshirilishi natijasida issiqlik sovuq manbadan olinib, issiq manbaga beriladi; agar to‘g‘ri sikldagiga o‘xshab sovuq manbadan olingan issiqlikni q2 orqali, issiq manbaga beriladigan issiqlikni esa q1 orqali belgilasak, u holda q1=q2+l bo‘lishi muqarrardir. Teskari siklda issiq manbaga sovuq manbadan olinadigan issiqlik q2 bilan siklda keltirilgan ish l ga ekvivalent bo‘lgan issiqlikning yiьindisiga teng bo‘lgan q1 issiqlik beriladi. Shunday qilib, teskari siklni amalga oshirish natijasida sovuq manbaning sovishi sodir bo‘ladi. Teskari sikl sovuqlik mashinasining siklidan iboratdir. Teskari siklning takomillashganlik darajasi siklning sovitish koeffitsiyenti orqali aniqlanadi. 2 l   q (5.5) 5. Karno sikli (5.5) formulaning ta’lilidan ko‘rinib turibdiki, q1 ortishi yoki q2 ni kamayishi bilan t ortadi. Demak, kengayish va siqish jarayonlarini mos ravishda tanlab f.i.k.ni o‘zgartirish mumkin. Shu tufayli quyidagidek savol tug‘iladi – f.i.k. eng yuqori bo‘lgan siklni yaratish mumkinmi? Xuddi shunday siklni Sadi Karno taklif qilgan. Fransuz muhandisi Karno Nikola Leonar Sadi 1824 yilda “Olovning harakatlantiruvchi kuchi haqida mulohazalar” nomli asarida issiqlik dvigatellari nazariyasiga asos soldi. Karno o‘zining bu ishida issiqlik dvigatellarining termodinamikasi uchun alohida ahamiyatga ega bo‘lgan siklini (keyinchalik uning nomi bilan atalgan) ko‘rib chiqdi. Karno taklif qilgan sikl ikki adiabata va ikki izotermadan iborat bo‘lib, shu sikl bo‘yicha ishlagan issiqlik dvigatelining f.i.k. eng yuqori bo‘ladi. Jarayondagi barcha sikllar qaytar deb qabul qilinadi. Ish olish nuqtai nazaridan izotermik va adiabatik jarayonlar eng maoqul hisoblanadi, chunki izotermik jarayonda ishchi jismga keltirilgan issiqlikning barchasi ishga aylanadi, adiabatik jarayonda esa issiqlik almashinmaydi. Karno siklini barcha jarayonlarini ko‘rib chiqaylik (5.2. va 5.3-rasmlar). 1-2 jarayonda ishchi jismga temperaturasi T1 bo‘lgan isitkichdan q1 issiqlik keltirilishi natijasida u izotermik kengayadi. Bu jarayonda bajarilgan 1l ish keltirilgan issiqlik q1 ga teng bo‘ladi. (izotermik jarayon).       2 1 2 1 1 2 1 1 1 1 ln v v v v v v RT v dv RT pdv q l (5.6) 1l ishning qiymati v1-1-2-v2 yuzaga teng. 2-3 – jarayonda ishchi jism adiabatik kengayib v2-2-3-v3 yuzaga teng bo‘lgan ishni bajaradi. Adiabatik jarayon uchun   1 2 1 2    k T R T  (5.7) bo‘ladi., bu yerda: k – adiabata ko‘rsatkichi. 3-4 jarayonda ishchi jism izotermik siqiladi va temperaturasi T2 bo‘lgan sovitkichga q2 issiqlik uzatiladi. Karno taklif qilgan sikl ikki adiabata va ikki izotermadan iborat bo‘lib, shu sikl bo‘yicha ishlagan issiqlik dvigatelining f.i.k. eng yuqori bo‘ladi. Jarayondagi barcha sikllar qaytar deb qabul qilinadi. Ish olish nuqtai nazaridan izotermik va adiabatik jarayonlar eng maoqul hisoblanadi, chunki izotermik jarayonda ishchi jismga keltirilgan issiqlikning barchasi ishga aylanadi, adiabatik jarayonda esa issiqlik almashinmaydi. Karno siklini barcha jarayonlarini ko‘rib chiqaylik (5.2. va 5.3-rasmlar). 1-2 jarayonda ishchi jismga temperaturasi T1 bo‘lgan isitkichdan q1 issiqlik keltirilishi natijasida u izotermik kengayadi. Bu jarayonda bajarilgan 1l ish keltirilgan issiqlik q1 ga teng bo‘ladi. (izotermik jarayon).       2 1 2 1 1 2 1 1 1 1 ln v v v v v v RT v dv RT pdv q l (5.6) 1l ishning qiymati v1-1-2-v2 yuzaga teng. 2-3 – jarayonda ishchi jism adiabatik kengayib v2-2-3-v3 yuzaga teng bo‘lgan ishni bajaradi. Adiabatik jarayon uchun   1 2 1 2    k T R T  (5.7) bo‘ladi., bu yerda: k – adiabata ko‘rsatkichi. 3-4 jarayonda ishchi jism izotermik siqiladi va temperaturasi T2 bo‘lgan sovitkichga q2 issiqlik uzatiladi. Siqish uchun v4-4-3-v3 yuzaga son jihatdan teng bo‘lgan 3  ish sarflanadi. 4 3 2 2 3 ln v v RT q l    (5.8) 4-1 adiabatik siqish jarayonida ishchi jism temperaturasi T1 gacha ko‘tariladi. Bu jarayonda v1-1-4-v4 yuzaga son jihatidan teng bo‘lgan 4  ish sarflanadi. 1 ) ( 2 1 4     k T R T  (5.9) 1-2-3-4 siklning ц foydali ishi siklning jarayonlaridagi ishlarning algebraik yig‘indisiga teng. Siklning barcha jarayonlari uchun ish formulalarini qo‘shsak quyidagini hosil qilamiz: 1 ) ( ln 1 ) ( ln 2 1 4 3 2 2 1 1 2 1         k T T R v v RT k T T R v v RT ц yoki         4 3 2 1 2 1 ln ln v v T v v R T ц bo‘ladi. (5.10) Ma’lumki, har qanday issiqlik mashinasining termik f.i.k. quyidagi formula yordamida aniqlanadi: 1q ц t    (5.11) Bundan Karno sikli uchun: 1 2 1 4 3 2 1 2 1 ln ln ln v v T v v T v v T t    (5.12) 2-3- va 4-1 adiabatik jarayonlar uchun: ; 1 3 2 1 2 1    k k T v T v (5.13) ; 1 4 2 1 1 1    k k T v T v nisbat o‘rinlidir. Birinchi tenglamani ikkinchisiga bo‘lsak 1 4 3 1 1 2                k k v v v v (5.14) Siqish uchun v4-4-3-v3 yuzaga son jihatdan teng bo‘lgan 3  ish sarflanadi. 4 3 2 2 3 ln v v RT q l    (5.8) 4-1 adiabatik siqish jarayonida ishchi jism temperaturasi T1 gacha ko‘tariladi. Bu jarayonda v1-1-4-v4 yuzaga son jihatidan teng bo‘lgan 4  ish sarflanadi. 1 ) ( 2 1 4     k T R T  (5.9) 1-2-3-4 siklning ц foydali ishi siklning jarayonlaridagi ishlarning algebraik yig‘indisiga teng. Siklning barcha jarayonlari uchun ish formulalarini qo‘shsak quyidagini hosil qilamiz: 1 ) ( ln 1 ) ( ln 2 1 4 3 2 2 1 1 2 1         k T T R v v RT k T T R v v RT ц yoki         4 3 2 1 2 1 ln ln v v T v v R T ц bo‘ladi. (5.10) Ma’lumki, har qanday issiqlik mashinasining termik f.i.k. quyidagi formula yordamida aniqlanadi: 1q ц t    (5.11) Bundan Karno sikli uchun: 1 2 1 4 3 2 1 2 1 ln ln ln v v T v v T v v T t    (5.12) 2-3- va 4-1 adiabatik jarayonlar uchun: ; 1 3 2 1 2 1    k k T v T v (5.13) ; 1 4 2 1 1 1    k k T v T v nisbat o‘rinlidir. Birinchi tenglamani ikkinchisiga bo‘lsak 1 4 3 1 1 2                k k v v v v (5.14) hosil bo‘ladi. Oxirgi nisbatni logarifmlasak 4 3 1 2 ln ln v v v v  (5.15) hosil bo‘ladi. (5.14) formulani e’tiborga olib (5.15) formulani quyidagicha yozish mumkin: 1 2 1 2 1 1 T T T T T t      (5.16) (5.16) formuladan quyidagidek xulosalar qilish mumkin: 1) Karno siklining termik F.I.K. ishlatilayotgan ishchi jismning xossasiga bog‘liq bo‘lmasdan, faqat issiqlik manbalari absolyut temperaturalarining quyi va yuqori qiymatlariga bog‘liq bo‘lar ekan. (Karno teoremasi). 2) Karno siklining termik F.I.K. isitkich temperaturasi o‘sishi va sovitkich temperaturasi kamayishi bilan ortadi. 3) Karno siklining termik F.I.K. har doim birdan kichik bo‘lib, birga teng bo‘lishi mumkin emas. Termik F.I.K. birga teng bo‘lishi uchun T2/T1=0, ya’ni T1= yoki T2=0 bo‘lishi kerak. Tushunarliki, ikkala shartni ham amalga oshirib bo‘lmaydi. 4). Karno siklining termik F.I.K. T1=T2 bo‘lganda nolga teng, ya’ni tizimdagi barcha jismlar temperaturasi teng bo‘lsa, issiqlikni ishga aylantirib bo‘lmaydi. Shuni esda tutish lozimki, Karno siklini termik F.I.K. ni aniqlash formulasi (5.16) faqat qaytar aylanma jarayonlar uchun to‘g‘ridir. Ma’lumki, barcha real jarayonlar ishqalanish, issiqlik almashinish va h.k. lar tufayli qaytmasdir. Shuning uchun qaytmas Karno siklinining termik F.I.K. T 1 T2 dan kichik bo‘ladi. Karno siklini faqat to‘g‘ri yo‘nalishdagina emas, balki, teskari yo‘nalishda ham amalga oshirish mumkin. 5.4-rasmda Karno teskari sikli tasvirlangan. hosil bo‘ladi. Oxirgi nisbatni logarifmlasak 4 3 1 2 ln ln v v v v  (5.15) hosil bo‘ladi. (5.14) formulani e’tiborga olib (5.15) formulani quyidagicha yozish mumkin: 1 2 1 2 1 1 T T T T T t      (5.16) (5.16) formuladan quyidagidek xulosalar qilish mumkin: 1) Karno siklining termik F.I.K. ishlatilayotgan ishchi jismning xossasiga bog‘liq bo‘lmasdan, faqat issiqlik manbalari absolyut temperaturalarining quyi va yuqori qiymatlariga bog‘liq bo‘lar ekan. (Karno teoremasi). 2) Karno siklining termik F.I.K. isitkich temperaturasi o‘sishi va sovitkich temperaturasi kamayishi bilan ortadi. 3) Karno siklining termik F.I.K. har doim birdan kichik bo‘lib, birga teng bo‘lishi mumkin emas. Termik F.I.K. birga teng bo‘lishi uchun T2/T1=0, ya’ni T1= yoki T2=0 bo‘lishi kerak. Tushunarliki, ikkala shartni ham amalga oshirib bo‘lmaydi. 4). Karno siklining termik F.I.K. T1=T2 bo‘lganda nolga teng, ya’ni tizimdagi barcha jismlar temperaturasi teng bo‘lsa, issiqlikni ishga aylantirib bo‘lmaydi. Shuni esda tutish lozimki, Karno siklini termik F.I.K. ni aniqlash formulasi (5.16) faqat qaytar aylanma jarayonlar uchun to‘g‘ridir. Ma’lumki, barcha real jarayonlar ishqalanish, issiqlik almashinish va h.k. lar tufayli qaytmasdir. Shuning uchun qaytmas Karno siklinining termik F.I.K. T 1 T2 dan kichik bo‘ladi. Karno siklini faqat to‘g‘ri yo‘nalishdagina emas, balki, teskari yo‘nalishda ham amalga oshirish mumkin. 5.4-rasmda Karno teskari sikli tasvirlangan. Sikl qaytar jarayonlardan iboratligi uchun, siklni o‘zi ham qaytardir. Ishchi jism 1-holatdan adiabata 1-4 bo‘yicha kengayib, temperaturasi T1 dan T2 gacha kamayadi. Shundan so‘ng ishchi jism izoterma 4-3 bo‘yicha kengayishni davom ettirib, temperaturasi T2 bo‘lgan sovitgichdan q2 issiqlikni oladi. Ishchi jism keyin 3-2 adiabata bo‘yicha siqilib, temperaturasi T2 dan T1 gacha ko‘tariladi. Oxirgi jarayonda ishchi jism 2-1 bo‘yicha izotermik siqiladi va isitkichga q1 issiqlik uzatiladi. Shunday qilib, teskari siklni amalga oshirish uchun l ish sarflab, isitkichga q1=q2+l (5.17) issiqlik uzatiladi. Teskari sikl bo‘yicha ishlaydigan mashinalar sovitish mashinalari deb aytiladi. Sovitish mashinalarining sovitish koeffitsiyenti: / ) /( 2 2 1 1 l q q q q     (5.18) yoki teskari Karno sikli uchun ) /( 2 1 2 T T T    (5.19) Xullas, Karno teoremasiga muvofiq ikkita issiq manba orasida amalga oshiriladigan har qanday qaytar siklni termik F.I.K. ning kattaligi bu siklda ishlatiladigan ishchi jism xossalariga bog‘liq bo‘lmaydi. NAZORAT SAVOLLAR: 1. Siklning ishi nimadan iborat? 2. Issiqlik dvigatellar siklini ko‘rsating. 3. Termik F.I.K. formulasini aytib bering. 4. Termodinamika II-qonuni formulasini ezib bering. 5.4-rasm. Karno teskari sikli Sikl qaytar jarayonlardan iboratligi uchun, siklni o‘zi ham qaytardir. Ishchi jism 1-holatdan adiabata 1-4 bo‘yicha kengayib, temperaturasi T1 dan T2 gacha kamayadi. Shundan so‘ng ishchi jism izoterma 4-3 bo‘yicha kengayishni davom ettirib, temperaturasi T2 bo‘lgan sovitgichdan q2 issiqlikni oladi. Ishchi jism keyin 3-2 adiabata bo‘yicha siqilib, temperaturasi T2 dan T1 gacha ko‘tariladi. Oxirgi jarayonda ishchi jism 2-1 bo‘yicha izotermik siqiladi va isitkichga q1 issiqlik uzatiladi. Shunday qilib, teskari siklni amalga oshirish uchun l ish sarflab, isitkichga q1=q2+l (5.17) issiqlik uzatiladi. Teskari sikl bo‘yicha ishlaydigan mashinalar sovitish mashinalari deb aytiladi. Sovitish mashinalarining sovitish koeffitsiyenti: / ) /( 2 2 1 1 l q q q q     (5.18) yoki teskari Karno sikli uchun ) /( 2 1 2 T T T    (5.19) Xullas, Karno teoremasiga muvofiq ikkita issiq manba orasida amalga oshiriladigan har qanday qaytar siklni termik F.I.K. ning kattaligi bu siklda ishlatiladigan ishchi jism xossalariga bog‘liq bo‘lmaydi. NAZORAT SAVOLLAR: 1. Siklning ishi nimadan iborat? 2. Issiqlik dvigatellar siklini ko‘rsating. 3. Termik F.I.K. formulasini aytib bering. 4. Termodinamika II-qonuni formulasini ezib bering. 5.4-rasm. Karno teskari sikli 5. R.Klazius tariflashi bo‘yicha termodinamika II-qonuning tushunchalarini aytib o‘ting. 6. Karno sikli nimadan iborat? 7. Izotermik jarayonida F.I.K. nechaga teng? 8. Termik F.I.K. Karno siklida nechaga teng? 9. Termodinamikaning II – qonunini qanday tushunasiz? 10. R. Klauzius fikri bo‘yicha issiqlik nimadan iborat? 11. Aylanma siklda keltirilgan barcha issiqlikni ishga aylantirib bo‘ladimi? 12. Karno va Klauzius ta’riflari. 13. Issiqlikni ishga muntazam aylantirish uchun qanday shartlarni bajarish lozim? 14. Qaytar va qaytmas jarayonlar. 15. Muvozanatli va muvozanatsiz jarayonlar. 16. Plank va Osvald ta’riflari. 5. R.Klazius tariflashi bo‘yicha termodinamika II-qonuning tushunchalarini aytib o‘ting. 6. Karno sikli nimadan iborat? 7. Izotermik jarayonida F.I.K. nechaga teng? 8. Termik F.I.K. Karno siklida nechaga teng? 9. Termodinamikaning II – qonunini qanday tushunasiz? 10. R. Klauzius fikri bo‘yicha issiqlik nimadan iborat? 11. Aylanma siklda keltirilgan barcha issiqlikni ishga aylantirib bo‘ladimi? 12. Karno va Klauzius ta’riflari. 13. Issiqlikni ishga muntazam aylantirish uchun qanday shartlarni bajarish lozim? 14. Qaytar va qaytmas jarayonlar. 15. Muvozanatli va muvozanatsiz jarayonlar. 16. Plank va Osvald ta’riflari.