TEXNIK TERMODINAMIKA ASOSLARI Reja: 1. Texnik termodinamika fani, rivojlanishi, maqsad va vazifalari. 2. Ishchi jism. Holat parametrlari. 3. Termodinamik tizim. 4. Ideal gaz qonunlari. 5. Real gazlar. «Texnik termodinamika» fani tabiiy manbalar energiyasini issiqlik, mexanik, elektr energiyasiga aylantirish nazariyasini va texnik vositalarini, hamda sanoat ehtiyojlari uchun issiqlikdan foydalanish nazariyasini va vositalarini o‘rganadi. «Texnik termodinamika» fani predmeti issiqlik energetikasi hisoblanadi, uning nazariy asosi esa texnik termodinamika va issiqlik-massa almashinuvi nazariyasidir. Issiqlik texnikasining asosiy uslubi termodinamik uslub hisoblanadi. Termodinamika (grekcha therme – issiqlik, kuch) – energiyaning aylanish (o‘zgarish) qonuniyatlari haqidagi fandir. “Texnik termodinamika” issiqlik va ishning o‘zaro aylanish qonuniyatlarini hamda issiqlik energiyasi yordamida ishlaydigan mashinalar nazariyasini o‘rganadi. Bugungi kunda sanoatning turli sohalarida yoqilg‘idan foydalanish darajasi 30- 35% dan ortmaydi. Shuning uchun hozirda texnologiya va energetika talablarini o‘zaro to‘ldiradigan energotexnologik qurilmalarni yaratish vazifalari ko‘ndalang bo‘lib turibdi. Energotexnologiyani ishlab chiqish, noanoanaviy usullarni yaratish va energiyani tejash tizimlarini takomillashtirish, ularning samaradorligini aniqlash termodinamik taxlil orqali amalga oshiriladi. Texnik termodinamika issiqlik va ishni o‘zaro aylanish qonunlarini o‘rganadi. «Issiqlik texnikasi» fanining asosiy vazifasi noenergetik yo‘nalishlari bo‘yicha ta’lim olayotgan talabalarga energetika asoslarini o‘rgatishdir. Energetika yoki yoqilg‘i-energetika majmui hozirgi zamon iqtisodining rivojlanishini asoslaridan biridir. Hozirgi kunda odamzot foydalanayotgan deyarli barcha energiya turlarining kelib chiqishi quyoshga borib taqaladi. Chunki barcha organik yoqilg‘ilar, tom maonoda olganda har-xil aylanish bosqichlarini bosib o‘tgan va bizga yuzlab million yillar orqali etib kelgan – quyosh energiyasidir. Shamol energiyasi, suv to‘lqini energiyasi ham shakli o‘zgargan quyosh energiyasidir. Faqat yadro energiyasini, ya’ni uran va toriyning parchalanish energiyasini, erning o‘zining hosil bo‘lish jarayonidan qolgan meros deb faraz qilish mumkin. Hozirgi kunda insoniyat iste’mol qilayotgan energiya turlari shartli ravishda – o‘rni qayta to‘ldirmaydigan va o‘rni qayta to‘ldiriladigan energiya manbalariga bo‘linadi. O‘rni qayta to‘ldirilmaydigan energiyalar: - neftg‘, tabiiy gaz, ko‘mir, yadro yoqilg‘isi (uran) bo‘lsa, o‘rni qayta to‘ldiriladiganlarga – quyosh energiyasi, gidroenergiya, shamol energiyasi, to‘lqin energiyasi, geotermal energiyalardir. Jaxon energetikasining 80% dan ortiqrog‘ini o‘rni to‘ldirilmaydigan energiya manbalari tashkil qiladi va ularning oxiri ko‘rinib qolgan. Ko‘rinib turibdiki, energiya jamiyatning «noni» bo‘lib xizmat qiladi. U o‘zining kuch-qudratini faqat shunga asoslanib oshirish mumkin. Ma’lumki, butun olam energiya saqlash qonuniga asosan energiya bordan yo‘q bo‘lmaydi, yo‘qdan bor bo‘lmaydi, u faqat bir turdan boshqa turga o‘tadi holos. Ayni paytda bir-biriga aylangan energiya turlari o‘rtasida miqdor bog‘liqligi mavjud. Ushbu qonunning texnikadagi xususiy ko‘rinishi – termodinamikaning 1-chi qonuni deb ataladi va uning taokidlashicha, yopiq (izolyasiyalangan) tizimning barcha turdagi energiyalarining yig‘indisi tizimning ichida ro‘y berayotgan har qanday jarayonlar davomida ham doimiy bo‘lib qolaveradi. Hozirgi kunda tabiatni o‘rganuvchi aniq fanlarning ichida faqat texnik termodinamikagina energiyaning bir turdan boshqa turga o‘tish jarayonlarini tushuntirib, asoslab va hisoblab berishga qodir nazariy fandir. Inson issiqlik energiyasidan ikkita maqsadda foydalanib kelmoqda: 1. Undan to‘g‘ridan-to‘g‘ri shaklini o‘zgartirmasdan foydalanish, ya’ni uylarni isitish, metallarga ishlov berish, jismlarni sovitish va hokazo. Bu jarayonlarni o‘rganuvchi fan – issiqlik almashish nazariyasi deyiladi. 2. Uni o‘ziga kerakli bo‘lgan energiyaning boshqa turlariga aylantirish, ya’ni issiqlikni mexanik ishga, issiqlikni – ishga va undan so‘ng elektr energiyasiga va hokazo. Bu jarayonlarni texnik termodinamika fani o‘rganadi. Ushbu ikki nazariy fanlar asosida bir qator amaliy fanlar: issiqlik elektr stansiyalari, sanoat issiqlik energetikasi, issiqlik va gaz ta’minoti, issiq suv ta’minoti, bioenergetika, geleotexnika va hokazo amaliy fanlar rivojlanmoqda. Hozirgi kunda ular birgalikda «Issiqlik texnikasi» fani deb ataladi. «Issiqlik texnikasi» fanining rivojlanishiga bir nazar tashlaylik. «Olovning harakatlantiruvchi kuchi» haqidagi fikrlar eramizdan avvalgi I asrda uchraydi. Bu paytda Geron Aleksandriyskiy turli xil bug‘ mashina-o‘yinchoqlarini yaratgan. Bularning eng mash’uri reaktiv-turbinali dvigatelga o‘xshagan Eolopil (Eol- shamol xudosi) hisoblangan. Eolopil metall sharchaning turli tomonlariga qotirilgan metall naychalardan iborat bo‘lgan. Naychalar turli tomonlarga bukilgan. SHarchaga suv quyilib, qaynaguncha isitilgan. Hosil bo‘lgan bug‘ reaktiv kuchlar hosil qilib sharni aylantirgan. Faqat XVII-XVIII asrlardagina, sanoatning rivojlanishi natijasida yana «olovning harakatlantiruvchi kuchi» ga e’tibor berila boshlandi. 1681 yili mexanik D. Papen bug‘ qozonini ixtiro qildi. Qozonda saqlagich klapani bo‘lib, u orqali bug‘ning bosimini o‘zgartirish mumkin bo‘lgan. O‘sha vaqtda tobora chuqurlashib borayotgan shaxtalardan suvni chiqarib olish asosiy muammolardan biri bo‘lgan. Shu muammoni hal qilish uchun 1712 yilda ingliz T.Npyukomen bug‘ porshenli nasosni taklif qilgan. Bunda bug‘ alohida qozonda tayyorlangan, porshenli dvigatel suvni tortib chiqargan. Klapanlar tizimi silindrga kelayotgan bug‘ va suv miqdorini boshqarib turgan. Lekin rivojlanib borayotgan sanoat uchun turli sharoitlarga bog‘liq bo‘lmagan universal dvigatel zarur edi. SHunday mashinani 1763 yili rus muhandisi I.I.Polzunov taklif qilgan va 1766 yili qurgan. Mashina ikki silindrdan iborat bo‘lib, bug‘ni taqsimlash avtomatik ravishda amalga oshirilgan. Biroq mashinani ishga tushirishdan oldin ixtirochi vafot etgan, mashina ishlamagan va esdan chiqarib yuborilgan. SHu sababli tarixda birinchi universal bug‘-porshenli dvigatelni yaratish ingliz D.Uatt nomi bilan bog‘langan. 1769 yili shunday mashina uchun u patent olgan. Mashinani takomillashtirib borib, uni sxemasini deyarli hozirga holga keltirgan. SHundan so‘ng turli hil dvigatellarni yaratish keskin ortgan. Bularning ichida anchagina «abadiy dvigatellar» ham taklif qilingan. 1775 yili Parij fanlar Akademiyasi bunday dvigatellarni ko‘rmasligini e’lon qilgan. 1801 yili fransuz F.Lebon gazda ishlaydigan porshenli dvigatelga patent oldi. 1805 yili ingliz olimi R.Sterling turli hil yoqilg‘ilarda ishlaydigan issiqlik mashinasiga patent oldi. 1824 yili termodinamikaning asoschisi S.Karno to‘rt taktli ichki yonuv dvigatelining (IYOD) ish siklini taklif etdi: 1-sikl – havoni so‘rish; 2-havoni siqish va siqish oxirida yoqilg‘ini uzatish va yoqilg‘ini yonishi; 3- yonish mahsulotlarini kengayishi; 4-ularni atmosferaga chiqarib yuborish. 1877 yili nemis ixtirochisi N.Otto uchqun bilan yondiriladigan to‘rt taktli IYOD ni ixtiro qildi, uning f.i.k. 16-20% edi. 1892-1897 yillarda nemis muhandisi R.Dizelg‘ kompressorli, havoni qattiq siqish orqali ishlaydigan IYOD ni yaratdi. 1884 yili ingliz olimi CH.Parsons ko‘p bosqichli bug‘ reaktiv turbinani ishlab chiqdi. 1889 yili shved muhandisi G.Lovalg‘ oqimning yuqori bosimlarini bug‘ning kinetik energiyasiga aylantira oladigan soploni ixtiro qildi. L.Galg‘vani (1791), A.Volpt, G.Devi (1801), A.Bekkerelg‘ (1833), U.Grov (1839) kabi olimlarning ishlari tufayli kimyoviy va issiqlik energiyalarini to‘g‘ridan- to‘g‘ri elektr energiyasiga aylantirish imkoniyati paydo bo‘ldi. 1883 yili V.Tomson (Lord Kelpvin) birinchi bo‘lib energiyaga to‘g‘ri ta’rif berdi. 1855-1865 yillar mobaynida Klauzius ishlari orqali qaytar va qaytmas jarayonlar va entropiya tushunchalari fanga kiritildi. 1906 yili Nernst termodinamikaning uchinchi qonuniga ta’rif berib, absolyut nolga yaqinlashgan sari molekulalarning issiqlik harakati va entropiya nolga intilishini taxmin qildi. Absolyut nolga etisha olmaslik Nernstning issiqlik teoremasidan chiqadigan xulosalardan biridir. XIX asrning oxirlarida J.Gyui va A.Stodola termodinamik tizimning ish bajara olish tushunchasini kiritdi. Bu kattalikka 1956 yili R.Pant «eksergiya» deb nom berdi. 1942 yilda AQSH da birinchi yadro reaktori ish boshladi. 1954 yili atom elektr stansiyasi ishga tushdi. SHunday qilib yadro energetikasi asri boshlandi. Bugungi kunda elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun 40-50% energiya zaxiralari sarflanmoqda. Ma’lumki, mamlakatni iqtisodiy rivojlantirish istiqbollari ko‘p jihatdan o‘z energetika bazasiga egaligi bilan belgilanadi. Bu jihatdan O‘zbekiston qudratli energetika tizimiga ega. O‘zbekiston noyob yoqilg‘i-energetika resurslariga ega. Qidirib topilgan gaz zaxiralari 2 trillion kubometrga yaqin, ko‘mir – 2 milliard tonnadan ortiq. 160 dan ortiq neftg‘ koni mavjud. O‘zbekiston energetika tizimining asosini yirik issiqlik elektrostansiyalari – Sirdaryo GRESi, Toshkent GRESi, Yangi Angren GRESi, Navoiy GRESi hamda 19 ta gidroelektrostansiya tashkil etadi. Ularning eng yirigi CHorvoq GESidir. O‘zbekistonning yoqilg‘i-energetika majmui uning energetika resurslariga doim ortib borayotgan ehtiyojini ta’minlabgina qolmaydi. O‘zbekiston ko‘p vaqtdan buyon boshqa mintaqalarga tabiiy gaz etkazib bermoqda. So‘nggi yillar ichida topilgan neftg‘ (Mingbuloq va Ko‘kdumaloq konlari) va gaz zaxiralari kelgusida respublikaning o‘z ehtiyojlarini ta’minlabgina qolmay, energiya manbalarini chetga sotishni ancha ko‘paytirishga ham imkon berdi. Markaziy Osiyo mintaqasidagi gaz kondensati zaxiralarining deyarli 74 foizi, neftning 31 foizi, tabiiy gazning 40 foizi va ko‘mirning 55 foizi O‘zbekiston ulushiga to‘g‘ri keladi. Tabiiy gaz qazib olish bo‘yicha O‘zbekiston ja’ondagi gaz qazib chiqaruvchi 10 ta eng yirik mamlakat qatoriga kiradi. O‘zbekiston kelajagi buyuk davlat, deb taokidlamoq uchun barcha asoslar bor. Respublikada hamma narsa: tabiiy boyliklar, unumdor er, qudratli, iqtisodiy va ilmiy-texnikaviy, insoniy va maonaviy salo‘iyat mavjud. Eng muhimi – bu diyorda mehnatsevar va iste’dodli halq yashaydi. 2. Ishchi jism. Holat parametrlari Termodinamikada ishchi jism sifatida shunday jism qabul qilinadiki, u orqali issiqlik va ish o‘zaro aylanadi. Masalan, bug‘ turbinalarida ishchi jism suv hisoblanadi, gaz turbinalarida – gaz, sovitish qurilmalarida esa freonlar, ammiak va boshqalar. Ichki yonuv dvigatellarida benzin bug‘i bilan havo aralashmasi ishchi jism hisoblanadi. Ishchi jism hisobiga issiqlik hosil qilinadi, uzatiladi va ortiqchasi sovitkichga chiqariladi, hamda ma’lum miqdorda ish bajariladi. Moddalar, odatda, quyidagi uchta asosiy holatning bittasida bo‘ladi: gaz, suyuqlik va qattiq jism ko‘rinishida. Plazma deb ataluvchi ionlangan gazni baozan moddaning to‘rtinchi holatidan iborat deb hisoblaydilar. Bitta jismni o‘zi turli sharoitlarda turli holatlarda bo‘lishi mumkinligi muqarrardir. Tekshirilayotgan jism berilgan o‘zgarmas sharoitlarda har doim bitta holatdagina bo‘ladi, masalan, suv atmosfera bosimi va 200S temperaturada faqat bug‘ ko‘rinishida bo‘ladi. Tekshirilayotgan modda holatini aniqlash uchun modda holatining holat parametrlari deb yuritiladigan qulay tavsifnomalari kiritiladi. Moddaning xossasi intensiv va ekstensiv bo‘lishi mumkin. Tizimdagi modda miqdoriga bog‘liq bo‘lmagan xossalar intensiv xossalar deb ataladi (bosim, temperatura va boshqalar). Modda miqdoriga bog‘liq bo‘lgan xossalar ekstensiv xossalar deb ataladi. Solishtirma, ya’ni modda miqdori birligiga nisbatan olingan ekstensiv xossalar intensiv xossalar maonosiga ega bo‘lib qoladi. Masalan, solishtirma hajm, solishtirma issiqlik sig‘imi va shunga o‘xshashlar intensiv xossalar sifatida tekshiriladi. Termodinamikaviy tizimlarning holatini belgilovchi intensiv xossalar tizim holatining termodinamikaviy parametrlari deb ataladi. Holat parametrlaridan eng ko‘p tarqalgani jismning absolyut temperaturasi, absolyut bosimi va solishtirma hajmidir. Temperatura Eng muhim parametrlardan biri absolyut temperaturadir. Temperatura jismning issiqlik holatini tavsiflaydi. Issiqlikning faqat ko‘proq qizdirilgan jismdan kamroq qizdirilgan jismgagina, ya’ni yuqori temperaturali jismdan past temperaturali jismga o‘tishi tajribadan juda yaxshi ma’lum. SHunday qilib, jismlar temperaturasi bu jismlar orasida issiqlikning o‘z-o‘zidan o‘tishi mumkin bo‘lgan yo‘nalishni aniqlaydi. Temperatura, masalan, termometrlar yordamida o‘lchanadi. Temperaturani o‘lchash uchun foydalaniladigan har qanday asbob qatoiy belgilangan temperatura shkalasiga muvofiq graduslarga bo‘lingan bo‘lishi kerak. Hozir turli temperatura shkalalari – Selpsiy, Farangeyt, Reomyur va Renkin shkalalaridan foydalaniladi. Bu shkalalar orasidagi nisbat 1-1 jadvalda keltirilgan. Termodinamikaviy tadqiqotlarda 1848 yilda buyuk ingliz olimi Kelpvin taklif etgan shkaladan foydalaniladi. Kelpvin shkalasining noli sifatida ideal gaz molekulalarining tartibsiz harakati to‘xtaydigan temperatura qabul qilingan: bu temperatura absolyut nolg‘ deyiladi. Absolyut nolg‘ Selpsiy shkalasi bo‘yicha – 273,15S temperaturaga muvofiq keladi. Kelpvin shkalasi bo‘yicha hisoblanadigan temperatura doimo musbat bo‘ladi. U absolyut temperatura yoki Kelpvin bo‘yicha temperatura deyiladi va K bilan belgilanadi. Turli temperatura shkalalari orasidagi nisbat 1.1- jadval. Shkalalarning nomi Selsiy shkalasi, t,C Renkin shkalasi, T,Ra Farangeyt shkalasi, t, Reomyur shkalasi, t,R Selpciy shkalasi, S - ,15 273 9 5 ТRa − 8,1 t − 32 1,25t0R Renkin shkalasi, Ra 1,8(tC+ +273,15) - t+459,67 1,8(1,25t R+ +273,15) Farangeyt shkalasi  1,8tC+32 tRa–459,67 - 4 tR 9 Reomyur shkalasi, R 0,8tC ,15) 273 9 (5 8,0 − ТRa− 32) 9 ( 4 t − - Absolyut shkala bo‘yicha olingan temperatura bilan Selpsiy shkalasi (tC) bo‘yicha olingan temperatura orasidagi bog‘lanish quyidagi formula bo‘yicha aniqlanadi: T K =273,15+tC. Absolyut bosim U jism sirtiga normal bo‘yicha taosir etuvchi va bu sirtning yuza birligiga nisbatan olingan kuchdan iborat. Bosimni o‘lchash uchun turli birliklar: Paskalp (Pa), bar, atmosfera (1 kg/sm2), suv yoki simob ustuni millimetri ishlatiladi. Bosimning turli o‘lchov birliklari orasidagi nisbat 1.2 - jadval Birliklar Pa Bar kgk/sm2 mm simob ust. mm suv ust. 1 Pa 1 10-5 1,02.10-5 7,5024.10-3 0,102 1 bar 105 1 1,02 7,5024.102 1,02.104 1 kgk/sm2 9,8067.104 0,98067 1 735 104 1 mm sim.ust. 133 1,33.10-3 1,36.103 1 13,6 1 mm suv ust. 9,8067 9,8067.10-5 10-4 7,35.10-2 1 Bosimlar, odatda atmosfera bosimiga, ortiqcha bosimga va vakuumga ajratiladi. Dengiz sathidagi atmosfera havosi bosimiga atmosfera bosimi deyiladi. Atmosfera bosimi 760 mm. sim.ust.ga teng. Atmosfera bosimlaridan katta bo‘lgan bosimlarga ortiqcha bosim, past bosimlarga vakuum deyiladi. Atmosfera bosimini o‘lchash uchun barometrlar, ortiqcha bosimni o‘lchash uchun manometrlar va vakuumni o‘lchash uchun vakuummetrlar qo‘llaniladi. Holat parametri sifatida absolyut bosim qabul qilinadi. Ma’lumki, Ra=Rb+Rm, Ra=Rb – Rv, bu yerda: Ra – absolyut bosim; Rb – barometrik bosim; Rm – manometrik bosim; Rv – vakuumdagi bosim. Bosimni suyuqlikning isishidan kengayishiga asoslangan asboblardan foydalanib aniqlashda, suyuqlikning hajmiy kengayishini e’tiborga olish lozim, ya’ni suyuqlik ustuni balandligini 0 oC ga keltirish kerak: ho=h(l-t) bu erda: ho – 0 oC ga keltirilgan barometr (manometr) ko‘rsatishi; h - toC dagi suyuqlik ustuni balandligi;  - suyuqlikning hajmiy kengayish koeffitsiyenti (simob uchun = 0,000172 oC-1). Gazning o‘zi turgan idish devorlariga bosim berish xossasi uning asosiy xususiyatlaridan biridir. Uning xuddi ana shu xususiyati gazdan energiyani bir turdan ikkinchi turga aylantirish jarayonlarida ish jismi sifatida foydalanishga imkon beradi. Hajm Moddaning solishtirma hajmi moddaning zichlik birligi egallagan hajmdan iborat. Solishtirma hajm  jism massasi m va uning hajmi V bilan quyidagi nisbat bilan bog‘langan. m  = V (1.1) Moddaning solishtirma hajmi, odatda, m3/kg yoki sm3/g hisobida o‘lchanadi. Zichlik 1   = = V m (1.2) odatda, kg/m3 yoki g/sm3 hisobida o‘lchanadi. Sof moddaning har qanday uchta holat parametri (R,V va T) o‘zaro bir qiymat bilan bog‘langan. Bu moddalarni o‘zaro bog‘laydigan tenglama ayni moddaning holat tenglamasi deb ataladi va uni quyidagi ko‘rinishda ifodalash mumkin. F(R,V,T)=0 (1.3) Holat parametrlari orasidagi bog‘lanishni r,v va T koordinatalar tizimida termodinamikaviy yuza ko‘rinishida tasvirlash mumkin. Koordinatalarning bunday turi, odatda moddalarning holat diagrammasi deb ataladi. Yuqorida ko‘rib o‘tilgan holat parametrlari termodinamik parametrlar deb aytiladi. 3. Termodinamik tizim Ham o‘zaro, ham atrofdagi muhit bilan taosirlashib turuvchi material jismlar to‘plamini termodinamikaviy tizim deb ataymiz, ko‘rib chiqilayotgan tizim chegarasidan tashqarida bo‘lgan boshqa barcha material jismlarni tashqi muhit deb atash qabul qilingan. Silindrda joylashgan va tashqi muhitdan porshen bilan ajratilgan ish jismi termodinamik tizimga misol bo‘la oladi. Termodinamik tizim muvozanatdagi va muvozanatdagimas holatlarda bo‘lishi mumkin. Tizimning barcha nuqtalaridagi holat parametrlari va fizik xossalari (bosim, temperatura, solishtirma hajm va h.k.) bir xil bo‘lsa tizim muvozanat holatida deb aytiladi. Tashqi muhit bilan issiqlik hamda ish almashmaydigan tizimga izolyasiyalangan tizim deb aytiladi. Tashqi muhit bilan issiqlik va ish almashadigan tizimga izolyasiyalanmagan tizim deb aytiladi. Agar tizim, tashqi muhit bilan issiqlik almashmasa, bunday tizim adiabatik deb aytiladi. Jarayonda parametrlarning o‘zgarishini tasvirlovchi 1-2 chiziq (1.1-rasm) jarayonning egri chizig‘i deb ataladi. Jarayon egri chizig‘ining har qaysi nuqtasi tizimning muvozanatdagi holatini tavsiflaydi. Faqat tizim muvozanatdagi holatlarining uzluksiz ketma-ketligidan iborat jarayonlar, ya’ni muvozanatdagi jarayonlarnigina grafikaviy tasvirlash mumkin. 1.1-rasm. tizim muvozanatda bo‘ganda uzluksiz ketma-ketlik Jarayonning egri chiziqlari tekis holat diagrammalari tarzida ham tasvirlanishi mumkinligi tushunarlidir. 1-1 rasm, b,v va g larda r,v – r,T, va v,T – diagrammalar tasvirlangan bo‘lib, ularga 1-1 rasm, a dagi holat sirtidan jarayon egri chizig‘i 1-2 proeksiyalangan. Butun jarayon davomida tizimning temperaturasi o‘zgarmasdan qoladigan muvozanatdagi jarayon izotermik jarayon deb ataladi. Toza suvning ochiq idishda qaynash jarayoni izotermik jarayonga misol bo‘la oladi: to idishdagi suv qaynab tugamaguncha suv temperaturasi amalda o‘zgarmasdan qoladi (agar qaynash jarayonida atmosfera bosimi o‘zgarmasa). O‘zgarmas bosimda sodir bo‘ladigan muvozanatdagi jarayon izobarik jarayon deb ataladi. Ochiq idishdagi suvning isitilishini izobarik jarayonga misol qilib keltirish mumkin; bu holda suvning bosimi o‘zgarmaydi va atmosfera bosimiga teng bo‘lib qolaveradi, holbuki, suvning temperaturasi ortadi va uning solishtirma og‘irligi o‘zgaradi. O‘zgarmas hajmda sodir bo‘ladigan muvozanatlashgan jarayon izoxorik jarayon deb ataladi. Suvning germetik yopiq idishda isitilishi izoxorik jarayonga misol bo‘la oladi. Isitish jarayonida idishning hajmi amalda o‘zgarmasdan qoladi (agar isitish natijasida idishning bir oz kengayishi hisobga olinmasa) holbuki, idishdagi suvning temperaturasi ortadi va suvning bosimi ko‘tarila boshlaydi. Termodinamikaviy tizimga atrofidagi muhitdan issiqlik keltirilmaydigan (va atrofdagi muhitga issiqlik berilmaydigan) muvozanatdagi jarayon adiabatik jarayon deb ataladi; bu jarayonda tizim bilan atrofidagi muhit orasida issiqlik almashinuvi bo‘lmaydi. Tizim izolyasiyasining issiqlik o‘tkazuvchanligi qanchalik oz bo‘lsa, jarayon adiabatik jarayonga shunchalik ko‘p yaqinlashadi. Izotermik jarayonning egri chizig‘i izoterma deb, izobarik jarayonning egri chizig‘i izobara deb, izoxorik jarayonning egri chizig‘i izoxora deb, adiabatik jarayonning egri chizig‘i adiabata deb ataladi. Keyinchalik biz bir qancha boshqa termodinamikaviy jarayonlar bilan tanishib chiqamiz. Agar holat parametrlaridan loaqal bittasi o‘zgarsa, u holda tizimning holati o‘zgaradi, ya’ni tizimda termodinamikaviy jarayon sodir bo‘ladi. Termodinamikaviy tizimda sodir bo‘ladigan barcha jarayonlarni muvozanatdagi va muvozanatdagimas, qaytar va qaytmas jarayonlarga bo‘lish mumkin. Muvozanatdagi jarayon tizimning barcha qismlari bir xil temperaturaga va bir xil bosimga ega ekanligi bilan tavsiflanadi. Jarayonning o‘tish jarayonida tizimning turli qismlari har xil temperatura, bosim, zichlik va hokazolarga ega bo‘lsa, bunday jarayon muvozanatdagimas jarayon deb ataladi. Har qanday real jarayon ma’lum darajada muvozanatdagimas holatda bo‘ladi. Bundan keyin «jarayon» deganda biz muvozanatdagi jarayonni tushunamiz. Termodinamikaning eng muhim tushunchalaridan biri qaytar va qaytmas jarayonlar haqidagi tushunchadir. Termodinamikaviy jarayon termodinamikaviy tizimning uzluksiz o‘zgarib turadigan holatlari to‘plamidan iboratdir. Tizimning har qanday ikkita holati 1 va 2 oralig‘ida bitta yo‘lning o‘zidan o‘tadigan ikkita jarayonni tasavvur etishi mumkin: holat 1 dan holat 2 ga va aksincha holat 2 dan holat 1 ga; bunday jarayonlar to‘g‘ri va teskari yo‘nalishdagi jarayonlar deb aytiladi. To‘g‘ri va teskari yo‘nalishdagi jarayon natijasida termodinamikaviy tizim dastlabki holatiga qaytadigan jarayonlar qaytar jarayonlar deb ataladi. To‘g‘ri va teskari yo‘nalishlarda o‘tkazilganda tizim dastlabki holatiga qaytmaydigan jarayonlar qaytmas jarayonlar deb ataladi. Tajribadan ma’lumki, o‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan barcha tabiiy jarayonlar qaytmas bo‘ladi; tabiatda qaytar jarayonlar bo‘lmaydi. Tizimda o‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan har qanday jarayon va binobarin, qaytmas jarayon tizimda muvozanat qaror topmaguncha davom etadi. Tajriba 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 kelmaganiga qadargina ish bajara oladi. 4.Ideal va real gaz qonunlari XVII – XIX asrlarda atmosfera bosimiga yaqin bosimlarda gazlar o‘zini qanday tutishini tekshirgan tadqiqotchilar emperik yo‘l bilan bir qancha muhim qonuniyatlarni ochdilar. Boylp–Mariott qonuni: o‘zgarmas temperaturada gazning berilgan massasi uchun absolyut bosimning hajmga ko‘paytmasi o‘zgarmas kattalikdir. r =const (1.4) Sharl qonuni: hajm va massa o‘zgarmas bo‘lganda gaz bosimi absolyut temperaturalarning o‘zgarishiga to‘g‘ri proporsional ravishda o‘zgaradi. 2 1 2 1 T T p р = (1.5) Bu bog‘lanishni quyidagi ko‘rinishda ifodalash mumkin: r=r0(1+t) (1.6) Bu erda r0 – gazning 0 C temperaturadagi bosimi,  - gazning hajmiy kengayishining temperaturaviy koeffitsiyenti. Bosim etarlicha kichik bo‘lganda, turli gazlar bir xil hajmiy kengayish temperaturaviy koeffitsiyentiga ega bo‘ladi. Bu koeffitsiyent taxminan =1/273=0,003661 C-1 ga teng. Gey -Lyussak qonuni: bosim va massa o‘zgarmas bo‘lganda gaz hajmi absolyut temperaturalarning o‘zgarishiga to‘g‘ri proporsional ravishda o‘zgaradi: 2 1 2 1 T T V V = (1.7) yoki V=V0 (1+t) (1.8) bu erda V0 va V – gazning tegishlicha 0 va t C temperaturalardagi hajmi. Bu qonunlardan foydalanib, ideal gazning holat tenglamasini keltirib chiqarish mumkin: Massasi 1 kg ga teng bo‘lgan biror gaz P1, V1 va T1 bilan tavsif- lanadigan holatdan P2, V2 va T2 bilan tavsiflanadigan boshqa holatga o‘tadi deb faraz qilaylik. Bu o‘zgarish dastlab oraliq hajm V1 gacha o‘zgarmas temperatura T1 da, so‘ngra esa oxirgi hajm V2 gacha o‘zgarmas bosim P2 sodir bo‘lsin. Boylp – Mariott qonuniga ko‘ra T=const bo‘lganda: 1 2 1 1   р р = bundan 2 1 1 1 р  =   р Gey –Lyussak qonuniga ko‘ra P=const bo‘lganda 2 1 2 1 T = T   bundan 2 1 2 1 T  T  = Topilgan ifodalarni  1 uchun taqqoslasak, quyidagini olamiz: 2 1 2 2 1 1 T T р р   = Bu tenglamani o‘zgartirib shunday yozish mumkin: 2 2 2 1 1 1 const T р T р = =   yoki const T р  = (1.9) ya’ni gazning absolyut bosimi bilan hajmi ko‘paytmasining absolyut temperaturaga nisbati o‘zgarmaydi. 1 kg gaz uchun bu o‘zgarmas kattalik gaz doimiysi deyiladi va R harfi bilan belgilanadi. R T р  = yoki RT р  = (1.10) Bu tenglama ideal gazning holat tenglamasi deyiladi. Bu teng- lama ko‘pincha uni taklif etgan olimning nomi bilan Klapeyron tenglamasi deyiladi. (1.10) tenglamaga qatoiy bo‘ysungan gaz ideal gaz deb ataladi, (1.10) tenglamasi esa ideal gazning holat tenglamasi deb yuritiladi. Gaz zichligi qanchalik kam bo‘lsa, real gaz o‘zining xossalariga ko‘ra ideal gazga shunchalik yaqin bo‘ladi. Agar gaz molekulalari material nuqtalardan iborat, molekulalar orasida o‘zaro tortishi yo‘q deb faraz qilsak, (1.10) tenglamani gazlarning kinetik nazariyasi uslublari yordamida chiqarish mumkin. Bu xulosa, odatda, umumiy fizika kurslarida keltiriladi. Shunday qilib ideal gaz to‘g‘risidagi tasavvur quyidagilarga asoslangan: ideal gaz Klapeyron tenglamasiga qatoiy bo‘ysunadi (ideal gazning asosiy ta’rifi); ideal gaz – bu real gazning r→0 bo‘lgandagi chegaraviy holati; ideal gaz – molekulalariga material nuqtalar kabi qaraladigan va bu material nuqtalarning o‘zaro bir-biriga taosiri urilish bilan cheklangan gazdir. Real gazning zichligi qanchalik katta bo‘lsa, u ideal gazdan shunchalik ko‘p farq qiladi. Molekulyar-kinetik nuqtai nazardan gazning «noidealligi»ga sabab, molekulalarda xususiy hajmning bo‘lishi va juda murakkab xarakterga ega bo‘lgan molekulalararo o‘zaro taosirning mavjudligidir. Ideal gaz tushunchasini kiritishning nima foydasi bor? Birinchidan kichik bosim ostida bo‘lgan gazlar bilan amalda tez-tez ish ko‘rishga to‘g‘ri keladi va bunday bosimlarda o‘tadigan turli xildagi gazoviy jarayonlarga oid texnikaviy hisoblashlarni ideal gazning holat tenglamasidan foydalanib ancha yuqori aniqlikda bajarish mumkin. Ikkinchidan, ideal gaz haqidagi tushuncha va ideal gaz qonunlari real gaz qonunlari chegarasi sifatida foydalidir. Gaz doimiysining birligi quyidagicha bo‘ladi. [𝑅] = [𝑝𝑣 𝑇 ] = [ 𝐽 𝑘𝑔 ⋅ 𝑔𝑟𝑎𝑑] Binobarin, gaz doimiysi R, 1 kg gazning 1 isitilganda bajargan kengayish solishtirma ishidir. m kg gaz uchun holat tenglamasi quyidagicha: Pv=mRT (1.11) Mol gaz uchun holat tenglamasi. Gaz holati tenglamasining uchinchi shakli bir molg‘ uchun yoziladi. SHuni eslatib o‘tamizki, gazning molekulyar og‘irligiga son jihatdan teng bo‘lgan kilogrammlar miqdori mol, boshqacha aytganda kilogramm-molekula deyiladi yoki kilomolg‘ deb aytiladi. Masalan kislorod (O2) kilomoli 32 kg ga, karbonat angidrid (SO2) kilomoli 44 kg ga teng va hokazo. Avogadro qonuniga ko‘ra bir xil temperatura va bosimdagi turli gazlarning teng hajmlarida molekulalar soni bir xil bo‘ladi. Bu ta’rifga asoslanib, bir xil temperatura va bosimlarda olingan turli gaz mollarining hajmi o‘zaro teng deb xulosa chiqarish mumkin. Agar  –gazning solishtirma hajmi, –gazning molekulyar massasi bo‘lsa, u holda molyar hajmi  ga teng. Ideal gazlar uchun:  =const (1.12) Avagadro soni (N) eksperimental yo‘l bilan aniqlangan N= 6,0221191026 kmolg‘-1. Normal sharoitlarda (r=760mm sim. ust. va t=0S) / 22 4, м3 кмоль  v = (1.13)     =  =  = 371 273,15 101325 T р R (1.14) Solishtirma hajm qiymatini (1.13) tenglamadan olib (1.14) tenglamaga qo‘yganimizdan so‘ng quyidagiga ega bo‘lamiz:  R = 8314 (1.15) 8314T p   = (1.16)    V v T v р =  = 8314 (1.17) R R R T pV   = = 0 0 (1.18) (1.18) tenglama bitta kilomolg‘ uchun ideal gazning holat tenglamasi deb aytiladi. −  = = К кмоль Ж R R 8314 0  universal gaz konstantasi deb aytiladi. (1.18) tenglama Klapeyron – Mendeleev tenglamasi deyiladi. 5. Real gazlar Oldin Klapeyron tenglamasiga bo‘ysunadigan ideal gazlar ko‘rib chiqilgan edi. Real moddalarning gazsimon va suyuq fazalardagi holat diagrammalari ideal gazning holat diagrammalaridan keskin farq qiladi. Bunga sabab shuki, real va ideal gazlarning fizikaviy tabiatlari turlicha bo‘ladi. Ideal gazlarda molekulalar o‘zaro taosirlashmaydi va o‘z hajmiga ega bo‘lmaydi deb hisoblansa, real moddalarda esa, molekulalar o‘z hajmiga ega bo‘lib o‘zaro taosirlashadi va buning natijasida real gazning holat tenglamasi Klapeyron tenglamasidan farq qiladi. Bu sohada ma’lum bo‘lgan birinchi harakatlardan biri Gollandiya fizigi YA. Van-der-Vaalps tomonidan 1873 yilda real gazning holat tenglamasini ishlab chiqish bo‘lgan. Asosan mulo‘aza yuritib hosil qilingan xulosalar asosida chiqarilgan Van- der-Vaalps tenglamasi quyidagi ko‘rinishga ega: RT в a p = − + ) )( ( 2   (1.19) bu erda a va v –gaz konctantasi bo‘lish bilan bir qatorda moddaning individual xossalarining tavsiflovchi konstantalar. Van-der-Vaals tenglamasi Klapeyron tenglamasidan, birinchidan, p kattalik o‘rniga p larning yig‘indisi va a/ 2 kattalik bo‘lish bilan; ikkinchidan bu tenglamada solishtirma hajm o‘rniga ( -v) ayirma bilan farq qiladi. Klapeyron tenglamasiga muvofiq p → da ideal gazning solishtirma hajmi nolga intiladi. Van-der-Vaalps tenglamasidan p → da  →v ekanligi kelib chiqadi. Binobarin, v kattalikni molekulalarning o‘zi egallagan hajm kabi izo‘lash mumkin. Bu kattalik tashqi bosimga bog‘liq bo‘lmagan konctantadan iborat, solishtirma hajmning o‘zgaruvchi qismi esa ( -v) ga teng. a/ 2 kattalikka kelsak, Van-der- Vaals mulo‘azalar asosida molekulalar orasida taosir etadigan tortish kuchlari solishtirma hajm  kattaligi kvadratiga teskari proporsional ekanligini ko‘rsatdi; binobarin a/ 2 ‘ad gaz molekulalarining o‘zaro taosir etishini hisobga oladi. Shunday qilib, Van-Der-Vaals tenglamasi gazning real xossalarini – gazlarda molekulalarning o‘zaro ta’sir etish va molekulalarning o‘z hajmi borligini hisobga oladi. Real gaz holatining yetarlicha keng sohasi uchun to‘g‘ri bo‘lgan, nazariy jihatdan asoslangan holat tenglamasini chiqarish bo‘yicha qilingan juda ko‘p harakatlar ma’lum. Bu yo‘nalishda 1937-1946 yillarda amerikalik fizik J. Mayer va rus matematigi N.I. Bogolyubov o‘z ishlarida juda olg‘a ketdilar. Mayer va Bogolyubov statistikaviy fizika uslublari yordamida real gaz tenglamasi eng umumiy ko‘rinishda quyidagicha bo‘lishini ko‘rsatdilar: ) 1 ( 1  = + − = k k k k k кT I p    (1.20) bu yerda: k – faqat temperatura funksiyasi bo‘lgan koeffitsiyentlar (virial koeffitsiyentlar). Mayer-Bogolyubov - tenglamasining o‘ng qismidagi qavs ichidagi ifoda 1/  darajalari bo‘yicha qatordan iborat. Gazning solishtirma hajmi  ning kattaligi qanchalik katta bo‘lsa, yetarli darajada aniq natija olish uchun qator hadlaridan shunchalik kam sonni hisobga olish kerakligi ko‘rinib turibdi. (1.20) tenglama  → da darajali qatorning barcha hadlari nolga aylanadi va bunda tenglama quyidagi ko‘rinishga ega bo‘lishi kelib chiqadi: P = RT ya’ni, xuddi kutilganidek, zichligi kam soha uchun Mayer-Bogolyubov tenglamasi Klapeyron tenglamasiga aylanadi. Nazorat savollar: 1. Issiqlik energetikasi vazifasi va maqsadi nimadan iborat? 2. GES, IES, AES stansiyalarning vazifalari nimadan iborat? 3. Issiqlik energiyasini mexanik energiyasiga aylantirish jarayoni qanday? 4. Energetik zahiralari ekalogik muvozanatga qanday aloqasi bor? 5. Atom energetikasi, gelio, gidro, shamol va boshqalar energiyalar qanday ishlatilmoqda? 6. Issiqlik energetikasi qanday bo‘limlarga bo‘linadi? 7. TES stansiyaning asosiy ish prinsipi? 8. AES va IES stansiyaning farqi nima? 9. Issiqlik energiya TES da qanday hosil bo‘ladi? 10. AES stansiyada issiqlik qanday hosil bo‘ladi? 11. Texnik termodinamika fanining maqsad va vazifalari. 12. Asosiy termodinamik parametrlarni aytib bering. 13. Termodinamik tizim deb nimaga aytiladi? 14. Absolyut nol temperatura nima? 15. Termodinamik jarayonga ta’rif bering. 16. Nima uchun ideal gaz tushunchasi kiritilgan? 17. Boyl-Mariot qonuni. 18. Gey-Lyussak qonuni. 19. Sharl qonuni 20. Mendeleev-Klapeyron tenglamasi.