5. Ma’ruzalar bo’yicha nazariy o’quv materiallar. Сименар машгулотлари

Karno sikli. Termodinamikaning ikkinchi qonuni

Termodinamikaning birinchi qonuni tabiatda yuz beradigan jarayonlarning yo’nalishi haqida ko’rsatma bermaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni haqiqiy hosil bo’layotgan jarayonlarning yo’nalishi haqida ko’rsatma berishga imkoniyat yaratadi. Termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlarini birgalikda qo’llab termodinamik muvozanat holatda jismlarning makroskopik parametrlari o’rtasida juda ko’p miqdoriy munosabatlarni o’rnatish mumkin.

Termodinamikaning ikkinchi qonunining asoschisi fransuz fizigi va injeneri Saadi Karno hisoblanadi. U issiqlikning ishga aylanish sharoitini tadqiq qilgan. Ikkinchi qonunning matematik ifodasini va aniq ta’rifini Karno sikli deb ataluvchi jarayondan olish mumkin.
Aylanma jarayon yoki sikl deb shunday jarayonga aytiladiki, tizim bir qancha o’zgaishlardan so’ng yana o’zining dastlabki holatiga qaytadi. Grafik jihatdan u yopiq egri chiziq bilan tasvirlanadi. Aylanma jarayonda bajarilgan ish 1-2 va 2-1 sohalarda bajarilgan ishlarning yig’indisiga teng bo’ladi, sikl vaqtida bajarilgan ish esa yopiq egri chiziq bilan chegaralangan shtrixlangan yuza bilan ifodalanadi.



56-rasm
Agar tizim holatini ifodalovchi nuqta soat strelkasi yo’nalishida harakatlanib sikl hosil qilsa, u holda tizimning ishi musbat. Agar sikl soat strelkasi yo’nalishiga teskari ravishda hosil qilinsa ish manfiy bo’ladi.
Agar sikl natijasida biror A ish bajarilsa, davriy ravishda siklni takrorlaydigan tizimga mashina deb ataladi. Ideal issiqlik mashinasining bajargan ishini nazariy jihatdan qaraymiz. Issiqlik mashinasi uchta elementdan iborat – isitkich, ishchi jism va sovutkich. Bunday tizim davriy ravishda ikkita izotermik va ikkita adiabatik jarayonlardan iborat qaytar sikl hosil qiladi.



57-rasm

Gaz 1 holatdan 2 holatga izotermik ravishda kengayayotgan bo’lsin. Bu vaqtda gazning ichki energiyasi o’zgarmaydi va gaz tomonidan isitkichdan olingan Q issiqlik miqdori A₁₂ ga teng bo’ladi. Jarayon izotermik bo’lgani sababli A₁₂ ish

_{ } (222)

formuladan aniqlanadi.

2-3 sohada gaz adiabatik kengayadi. Bu holda ish A₂₃ quyidagicha bo’ladi:


_{ } (223)

3-4 sohada u izotermik ravishda siqiladi, bu holda bajarilgan ish A₃₄ esa quyidagicha aniqlanadi:

_{ } (224)

4-1 sohada gaz adiabatik siqiladi va dastlabki 1-holatiga qaytadi. Bu vaqtda ish A₄₁ ga teng.

_{ } (225)

Butun sikl davomida bajarilgan ish yuqorida ko’rsatilgan ishlarning yig’indisidan iborat:

_{ } (226)
_{ } (227)
yoki


_{ } (228)
Bu yerda A-butun sikl davomida bajarilgan yig’indi ish va u son jihatdan sikl grafigi bilan chegaralangan 1-2-3-4 yuzaga teng.
Sikl soat strelkasi yo’nalishida olib borilgani uchun bu ish musbat qiymatga ega bo’ladi. Shunday qilib, sikl davomida gaz isitkichdan Q₁ issiqlik miqdorini olib va uning bir qismi Q₂ issiqlik miqdorini sovutkichga uzatib tashqi ish bajaradi:

A = Q_l-Q₂ (229)

Q₂ issiqlik miqdorini sovutkichga uzatish ish bajarishning zaruriy sharti hisoblanadi. Isitkichdan olingan issiqlik miqdorining hammasini ishga aylantiradigan mexanizm bo’lishi mumkin emas, bu issiqlik miqdorining bir qismi albatta sovutkichga uzatilishi shart. Bu termodinamika ikkinchi bosh qonunining ta’rifidan iborat, (262) tenglama esa uning matematik ifodasidir.

Nazorat savollari

1. 
   Termodinamik muvozanat
   
2. 
   Ichki energiya.
   
3. 
   Termodinamika qonunlari.
   
4. 
   Karno sikli