Термодинамиканың 1 бастамасы

Осыны Карно циклы деп атайды. Сонымен Карно циклы екі изотермиялық және екі адиабаттық процестерден тұрады. Қыздырғыштан жұмысшы денеге жылу мөлшерінің берілуі Т₁-температурасы кезінде , ал жылу денесінен мұздатқышқа берілуі Т₂- температура кезінде жүреді. Карно циклының пайдалы әсер коэффиценті қыздырғыш және мұздатқыштың температурасына байланысты болады Т₁ және Т₂:

 

 

 

 

 

6 Энтропия.

Жүйедегі ретсіздік өлшемін энтропия деп атайды. Егер жүйеде толық тәртіп орнаса, онда энтропия минимум болады. Ретсіздік артқан сайын энтропия өсе түседі. Жүйеде  толық хаос орнаса, онда энтропия ең жоғарғы мәнге (максимумға) ие болады. Қатты дене, сұйық және газ алайық. Осы үшеуінің атомдарының қозғалысын қарастырайық. Қайсысының атомдары ең жоғары энтропияға ие болады деген сұрақ қойсақ, онда сұйық атомдарының қатты дене атомдарына қарағанда ретсіз, жүйесіз қозғалыста болатынын білеміз. Олай болса сұйықтағы энтропия қатты денеге қарағанда көп болады, энтропия S-пен белгіленеді. Біз жоғарыда екенін тапқан едік. Осыдан немесе табамыз. Бұл жерде Q₂ жұмысшы дененің тоңазытқышқа берген жылуы. Сондықтан да ол теріс. Олай болса (1) деп жазуға болады. Жалпы алғанда шамасы жылудың келтірілген мөлшері деп аталады. Процестің өте аз бөлігінде денеге берілген жылудың келтірілген мөлшері мынаған тең: .

Кез келген қайтымсыз процесс  үшін жылудың келтірілген мөлшерінің қосындысы нольге тең болады. Сонда  (1) теңдеу жалпы түрде былайша  жазылады:

Интеграл астында тұрған дегеніміз қайсібір функцияның толық дифференциалы болып есептеледі. Ол функция тек қана жүйенің күйімен анықталады. Бұл функция мынаған тең:

Осы функцияны энтропия деп  атайды да, оны S деп белгілейді. Бұл  функцияны енгізген Клаузиус болатын. Жүйедегі ретсіздік өлшемі энтропия болғандықтан, оны формула түрінде  былайша  өрнектеледі: S=klnW. Мұндағы k-Больцман тұрақтысы, W-жүйе күйінің термодинамикалық ықтималдығы. Бұл Больцман формуласы деп аталады. Жүйе белгілі бір макро күйге түсу үшін бірнеше микро күйден өтеді. Жүйені макрокүйге түсіру қанша микро күйден өткенін көрсететін санды жүйе күйінің термодинамикалық ықтималдығы деп атайды.

Егер организмнің энергияның жаңа көзі болып саналмайтыны, екіншіден  организмге келіп түскен тамақтың тотығуы  нәтижесінде организмнің жұмыс  істеуіне қажетті энергия бөлініп  шығатыны дәлелденсе, онда термодинамиканың бірінші бастамасын тірі организмге қолдануға болады екен. Бұл мәселені дәлелдеу үшін сонау XVIII ғасырдан бастап көптеген тәжірибелер жүргізілді. Ақыр соңында организмге келіп түскен тамақтан пайда болатын энергияның мөлшері организм жұмыс істегенде кететін энергияның мелшеріне тең екені анықталды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7  Жылулық процесстердiң қайтымдылығы. Тура және керi циклдар. Жылу  двигателi. Карно циклi

Энергияның сақталу заңы, оның мөлшерiнiң  өзгермейтiндiгiн жариялағанымен, бұнда  қандай энергетикалық түрленулердiң  шын мәнiнде мүмкiн болатындығын көрсетпейдi. Табиғаттағы процесстердiң  барлығы тек белгiлi бiр бағытта  ғана өтедi. Олар өз бетiнше керi бағытта  жүзеге асырылмайды.Өз бетiнше тек бiр бағытта ғана өтетiн процестердi қайтымсыз процестер деп атайды; керi бағытта олар өздерiн тек қана күрделiрек процесстер тiзбегiнiң бiр звеносы ретiнде ғана көрсете алады.

7.1-сурет

Термодинамиканың  екiншi заңы. Термодинамиканың екiншi заңы энергетикалық түрленулердiң бар болу мүмкiндiгiнiң бағытын көрсетедi. Салқынырақ денеден ыстығырақ денеге жылуды тасымалдау, екi жүйеде де немесе қоршаған ортада бiр мезгiлде басқа өзгерiстер жасамайынша, мүмкiн емес.

Жылу двигателi. Iс-әрекетi жұмыс атқарушы дененiң механикалық энергиясын iшкi энергияға түрлендiруге негiзделген двигательдер жылу двигателдерi деп аталады (7.1-сурет).

Кез-келген дененiң (қыздырғыштың) iшкi энергиясын, қыздырғыштың жылуын басқа  температурасы төменiрек денеге(тоңазтқышқа) бергенде ғана, яғни тек жылу алмасу процесi кезiнде ғана, iшiнара механикалық энергияға айналдыруға болады.

Ең алғаш рет бұл мәселенi, идеалды жылу машинасын ойлап  тапқан француз ғалымы С.Карно зерттедi. Ондай машинаны құрастыру үшiн жоғарғы температурадағы қыздырғыш, мейлiнше төмен температурадағы тоңазтқыш және жұмыс атқарушы дене болуы керек (3.9 - сурет). Барлық жылу машиналарындағы жұмыс атқаратын дене, өзi ұлғайған кезде жұмыс жасайтын, газ болып табылады. Тоңазтқыш ретiнде атмосфера, не болмаса конденсатор деп аталатын салқындатуға арналған арнайы қондырғылар алынады.

Карно циклi. Жұмыс атқарушы дене қыздырғыштан Q_Қ жылу мөлшерiн алады да, тоңазытқышқа Q_T жылу мөлшерiн бередi, ал (Q_Қ - Q_T) айырымын Aұ жұмысқа айналдырады. Жұмыс атқарушы дене ұлғайған кезде өзiнiң барлық iшкi энергиясын жұмыс жасауға берiп жiбере алмайды. Жылудың едәуiр бөлiгi мiндеттi түрде жұмысын атқарған газбен бiрге тоңазытқышқа берiледi. Iшкi энергияның бұл бөлiгi қайтарылмай, бiржола жоғалады.

Карно машинасындағы жұмыс атқарушы дене, өз күйiнiң өзгеру циклiн периодты түрде қайталап тұратын, идеалды  газ болып табылады. Бұл цикл Карно циклi деген атақ алды, осыған ұқсас процесстер айналмалы немесе циклдық процесстер деп аталады.

Карно машинасында үйкелiске және қоршаған ортамен жылу алмасуға кеткен энергиялардың шығындары ескерiлмейдi, сондықтан бұл машинаны Карноның идеалды жылу машинасы деп атайды ().

Айналмалы процесс немесе цикл деп бiрнеше күйлер қкатарынан өтiп өзiнiң бастапқы күйiне қайтып келетiн жүйе процесiн айтады.

Егер айналмалы процесс сағат  тiлi бойынша жүретiн болса  онда жұмыс оң болады және цикл- тура цикл деп аталады.

Егер айналмалы процесс сағат  тiлiне қарсы жүретiн болса, онда жұмыс  терiс болады , ал цикл- керi цикл деп  аталады.

Жылу двигателiнiң пайдалы әсер коэффициентi (ПӘК)- η деп тура циклдық процесс кезiндегi жұмыс атқарушы дененiң жасаған жұмысы Aұ-тың қыздырғыштан алынған жылу мөлшерiне қатынасын айтады:

                                                   (7.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

Макроденелерде механикалық энергиямен қатар, өздерiнiң iштерiне тұйықталған  энергияға ие. Ол – iшкi энергия. Ол барлық энергетикалық түрленулердiң балансына  кiредi. Механикалық жұмыс жасамай-ақ денелердi қыздырғанда, олардың iшкi энергиясы  ұлғаяды. Iшкi энергияның механикалық энергияға айналуының керi процесi болатыны сөзсiз. Молекулалық-кинетикалық теория көзқарасынан макроскопиялық дененiң iшкi энергиясы барлық молекулалардың ретсiз қозғалыстарының кинетикалық энергиялары мен олардың бiр-бiрiмен өзара әсерiнiң потенциалдық энергияларының қосындысына тең. Термодинамикада қозғалыстағы ортаның аз бөлшектерiнiң бiр-бiрiне қатысты орын ауыстыруы ғана қарастырылады. Нәтижесiнде дене көлемi, оның iшкi энергиясы өзгередi. Дене жылдамдығы тұтасымен алғанда нөлге тең болып қалады. Жұмыс классикалық механикадағы сияқты анықталады, бiрақ ол дененiң кинетикалық энергисының өзгеруiне емес, оның iшкi энергиясының өзгеруiне тең болады. Мысалы, газдардың сығылуы кезiнде поршень өзiнiң механикалық энергиясының бiр бөлiгiн газдарға бергендiктен, молекулалардың кинетикалық энергиясы ұлғаяды, газ қызады. Керiсiнше, егер газ ұлғайса, онда алыстаған поршенмен соқтығысқаннан кейiн молекулалардың жылдамдығы азайып, газ суиды.

 

 

 

 

 

 

 

Қолданылған әдебиеттер

 

1. Орысша-қазақша түсіндірме сөздік: Механика / Жалпы редакциясын басқарған э.ғ.д., профессор Е. Арын - Павлодар : «ЭКО»ҒӨФ. 2007.-29 1 б. ISBN 9965-08-234-0
2. О.Д.Дайырбеков, Б.Е.Алтынбеков, Б.К.Торғауытов, У.И.Кенесариев, Т.С.Хайдарова Аурудың алдын алу және сақтандыру бойынша орысша-қазақша терминологиялық сөздік. Шымкент. “Ғасыр-Ш”, 2005 жыл. ISBN 9965-752-06-0 
3. Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі. Су шарушылығы. – Алматы, Мектеп, 2002.
4. Орысша-қазақша түсіндірме сөздік: Физика / Жалпы редакциясын басқарған э.ғ.д,, профессор Е. Арын – Павлодар: С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті, 2006. ISBN 9965- 808-880 
5. Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі: Қ 17 Геология/Жалпы редакциясын басқарған — түсіндірме сөздіктер топтамасын шығару жөніндегі ғылыми-баспа бағдарламасының ғылыми жетекшісі, педагогика ғылымдарының докторы, профессор, Қазақстан Республикасы Мемлекеттік сыйлығының лауреаты А.Қ.Қүсайынов — Алматы: "Мектеп" баспасы" Ж А Қ , 2003. — 248 бет. ӀSВN 5-7667-8188-1 ӀSВN 9965-16-512-2
6. Орысша-қазақша түсіндірме сөздік: Педагогика / О 74 Жалпы редакциясын басқарған э.ғ.д., профессор Е. Арын - Павлодар: "ЭКО" ҒӨФ. 2006. - 482 б. ISBN 9965-808-85-6
7. Мұнай және газ геологиясы танымдық және кәсіптік-технологиялық терминдерінің түсіндірме сөздігі. Аныктамалық басылым.- Алматы: 2003. ISBN 9965-472-27-0