Жылу және суытқыш машиналар

Жылуды механикалық жұмысқа айналдыру үшін оны ұлғая алатын денеге беру керек. Сонда жұмыс мынаған тең болады:

dA = Q - dU

Ең үлкен жұмыс изотермиялық процесте алынады, себебі ішкі энергия өзгермейді:

dA = Q

Бірақ техникада жылудың механикалық жұмысқа түрленуінің осы сияқты бірлік процесі қызығушылық тудырмайды. Жылуды жұмысқа түрлендіретін

нақты құрылғылар (бу машинасы, іштен жану двигательдер және т.с.с.) циклды түрде жұмыс істейді, яғни оларда болатын процестер периодты қайталанып отырады. Басқаша айтқанда, жүйе дөңгелек процесс жасауға тиісті. (сурет). Цикл ішіндегі атқарылатын жұмыс тұйық қисықпен шектелген ауданға тең.

Кельвин принципі: кейбір денеден тартып алынған жылуды механикалық жұмысқа түрлендіретін және сол кезде басқа денелерде ешқандай өзгерістерді тудырмайтын циклдық процесті жүргізу мүмкін емес.

Сөйтіп, жылу двигателі жұмыс істеу үшін суытқыш қажет (үшінші дене). Энергияның сақталу заңына сәйкес двигательдің атқаратын жұмысы мынаған тең:

A = Q 1 - Q 2

 

Двигательдің атқаратын A жұмысының, қыздырғыштан алатын

Q 1 (сурет)

жылу мөлшеріне қатынасын жылу двигателінің пайдалы әсер коэффициенті

(ПӘК) деп атайды:

 = A Q 1

= Q 1 - Q 2

Q 1

= 1 - Q 2

Q 1

Двигательдің атқаратын жұмысы мейлінше жоғары болу үшін Карно циклын сурет) пайдалану керек.

A = m RT

V 2 =

12 M

V

m

1 ln

Q 1,

A 23

= - CV (T 2- T 1),

M

V

A = m RT V 4 = -

 

34 M

m

2 ln Q 2,

A 41 = - M

CV (T 1- T 2) = - A 23

A = A 12 + A 23 + A 34 + A 41 = Q 1 + A 23 - Q 2 - A 23 = Q 1 - Q 2.

 

Адиабаталық процестер үшін мынаны жазуға болады:

TV -1 = TV -1, TV -1 = T V  -1,

немесе

1 2 2 3

1 1 2 4

 

 

V 2 = V 3.

V 1 V 4

Сонда ПӘК былайша табылады:

 

m RT ln V 2 - m RT ln V 3

Q - Q M 1 V M 2 V

T - T

 = 1 2

Q 1

= 1 4

m RT ln V 2

= 1 2

T 1

M V 1

Карно теоремалары:

1. Суытқыш пен қыздырғыштың берілген температурасында жұмыс істейтін жылулық машинаның ПӘК-і суытқышпен қыздырғыштың сол температурасындағы қайтымды Карно циклы бойынша жұмыс істейтін машинаның ПӘК-нен жоғары бола алмайды.

Карно циклының ПӘК-і жұмыстық дененің тегіне тәуелсіз.

 

Лекция НАҚТЫ ГАЗДАР

Егер газ идеалдық шарттарға бағынбаса оны нақты газ деп атайды. Нақты газдың күй теңдеуін алу үшін Голландия физигі Ван-дер-Ваальс Менделеев- Клапейрон теңдеуіне молекула өлшемдері мен олардың өзара тартылу күштерін ескеретін түзетулерді еңгізді.

 

Молекулалардың меншікті көлемін ескеру

Бір моль идеал газ үшін жазылған

pVM = RT

Менделеев-Клапейрон

теңдеуіндегі – VM

қозғалыстағы молекулаға берілген ыдыс көлемі. Нақты газ

үшін осы көлемнің кейбір b бөлігін молекулалардың өздері алады. Сондықтан

нақты газ молекулаларына шын мәнінде берілген көлем

VM - b –ға тең. Сонда

VM –дан кем және

M

p (V - b) = RT

Теориялық есептеулерге сәйкес бір моль газ молекулаларының өздері алып жатқан b көлемі жуықтап алғанда сол молекулалардың төрт еселенген меншікті көлеміне тең:

b» 4 NA