Akademik litseydalarda darsni tashkil qilish va o`qitish metodikasini takomillashtirish

2.1.Akademik litseylarda talabalarini Issiqlik almashinuv turlari bilan tanishtirish .

1. 
   Konveksiya. Notekis isitilgan suyuqlik yoki gaz qatlamlarining og`irlik kuchi ta`sirida siljishi sababli sodir bo`ladigan issiqlik almashinuv.
   

6-chizma. Issiqlik almashinishi

2. 
   Issiqlik o`tkazuvchanlik. Modda zarrachalarining xaotik harakati tufayli moddaning bir qismidan ikinchi qismiga ichki energiyaning uzatilishi.
   

7-chizma. Issiqlik o`tkazuvchanlik
3. Nurlanish. Jismlar ichki energiyasini nur chiqarish yo`li bilan uzatish.



8-chizma. Nurlanish

Termodinamikaning birinchi qonuni.

Termodinamik sistemaga berilgan issiqlik miqdori uning ichki energiyasini o`zgarishiga hamda sistemaning tashqi kuchlarga qarshi bajargan ishiga teng:

Q=△U+A (14)

Termodinamik sistema bir holatdan ikkinchi holatga o`tganda ichki energiyasining o`zgarishi sistemaga berilgan issiqlik miqdori bilan tashqi kuchlarning sistema ustida bajargan ishining yig`indisiga teng
Q – Sistemaga berilgan issiqlik miqdori (J)

△U – Sistema ichki energiyasining o`zgarishi (J)

A – Tashqi kuchlarga qarshi bajarilgan ish (J)

A^` – Tashqi kuchlarning sistema ustida bajargan ishi (J)

Termodinamika I qonunining izojarayonlarga tatbiqi

1.   (15)

Gaz hajmining o`zgarishida bajarilgan ish:

 (16)

Izoxorik jarayonda gaz tashqi kuchlarustida (yoki tashqi kuchlar gaz ustida) hech qanday ish barmaydi: 

Termodinamikaning I qonuniga ko`ra:

 (17)

Izoxorik jarayonlarda sistemaga tashqaridan berilgan issiqlik miqdori faqat uning ichki energiyasini oshirishga sarflanadi:

 (18)

 (19)

Izotermik jarayonda gazning ichki energiyasi o`zgarmaydi:

 (20)

Termodinamikaning I qonuniga ko`ra:

  (21)

Izotermik jarayonda sistemaga berilgan issiqlik miqdorining hammasi ish bajarishga sarf bo`ladi.

3.   ,  (22)

Izobarik jarayonda sistemaga uzatilgan issiqlik miqdori sistemaning ichki energiyasining o`zgarishiga va o`zgarmas bosim sharoitida ish bajarishga sarf bo`ladi.

 (23)

 (24)

 (25)

 (26)

 (27)

1, 2, 3 atomli gazlar uchun uzatilgan issiqlikning qanday qismi ichki energiyani oshirishga, qanday qismi tashqi kuchlar ustidan ish bajarishga sarflanishi:

 (28)

4. Adiabatik jarayon – atrof-muhit bilan issiqlik miqdori almashmasdan ro`y beradigan jarayon:

 (29)

Gaz tez siqilganda bajarilgan ish uning temperaturasining, ya`ni ichki energiyasining ortishiga olib keladi.

Temperatura ortishi natijasida atrofga issiqlik miqdori tarqalishi uchun ma`lum vaqt kerak. Shuning uchun ham

Q = 0 (30)

Adiabatik jarayonda gaz bosimi uning kengayishi va sovishi hisobiga pasayadi. Adiabatik kengayishda gaz izotermik kengayishidagiga qaraganda kamroq ish bajaradi.



9-chizma. Gazning izotermik va adiabatik jarayonlarda kengayish grafigi.

Gazni adiabatik siqqanimizda bosim izotermik siqqandagiga qaraganda tez ortadi. Bosimning bunday tez ortishi faqat siqish bilan emas, balki gazning qizishi bilan ham bog`liq. Adiabatik siqishda tashqi kuchlar bajargan ish izotermik siqishdagiga qaraganda kattaroq bo`ladi.

10-chizma. Gazning izotermik va adiabatik jarayonlarda siqilish grafigi.

Termodinamikaning II qonuni

Issiqlik miqdori o`z-o`zidan past temperaturali jismdan yuqori temperaturali jismga o`tmaydi. Tabiatda issiqlik miqdori to`laligicha ishga aylanadigan jarayon bo`lishi mumkin emas.

Ikkinchi tur “perpetium mobile” – okean suvlaridagi ulkan miqdordagi energiyadan ish bajarmasdan foydalanish mumkin degan g`oyaga asoslangan.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni issiqlik miqdori faqat issiq jismdan sovuq jismga o`z-o`zidan o`tishi mumkin, teskarisi uchun esa qo`shimcha ish bajarish zarur deb ta`kidlaydi. Bu esa “ikkinchi perpetium mobile“ ni yasash mumkin emasligini ko`rsatadi.

Karno sikli.1824-yilda frasuz injeneri va olimi Sadi Karno issiqlik mashinasining ishlash prinsipini va samaradorligini nazariy o`rgandi, har qanday issiqlik mashinasining ishlashi uchun ishchi jism, isitgich va sovitgich bo`lishi zarurligini ko`rsatdi.

Quyidagi 4 jarayonni ko`ramiz:

1. Kengayishning birinchi izotermik ( ) bosqichida (1 – 2 egri chiziq) gaz isitgichdan  issiqlik miqdorini olib, hajmi  gacha kengayib ish bajaradi.

11-chizma. Izotermik kengayish

2. Kengayishning ikkinchi adiabatik bosqichida (2 – 3 egri chiziq) hajm  gacha kengayadi (11-chizma).

Ammo gazning ichki energiyasining kamayishi hisobiga bajariladi.

Bunda gaz tashqarisidan issiqlik ham olmaydi ham, bermaydi ham.

3. So`ngra gaz  gacha izotermik ( ) siqiladi (3 – 4 egri chiziq) (2.3.11-chizma).

Bunda tashqi kuch gaz ustida ish bajaradi. Jarayon izotermik bo`lganligi sababli bu ish batamom issiqlikka aylanib, sovitgichga  issiqlikka uzatiladi.

4. Siklning oxirgi qismida gaz adiabatik siqilib, gaz hajmi  gacha kamayadi (4 – 1 egri chiziq) (2.3.11-chizma). Bunda bajarilgan ish gaz temperaturasini boshlang`ich darajasiga ko`tarish uchun sarflanadi. Sistemaning ichki energiyasi ortadi.



12-chizma. Issiqlik mashinalarining asosiy qismi

Karno sikli davomida gazning bajargan ishi isitgichdan olingan  va sovitgichga berilgan  issiqlik miqdorlarining ayirmasiga teng:

 (31)

Sistema olgan issiqlik miqdorining qancha qismini foydali ishga aylanganligini ko`rsatuvchi kattalik FIK:

 (32)

Issiqlikdan olingan issiqlik miqdorini to`la ishga aylantira oladigan mexanizm bo`lishi mumkin emas, chunki bu issiqlik miqdorining bir qismi sovitgichga berilishi kerak.

Karno sikli bo`yicha ishlaydigan ideal issiqlik mashinasining nazariy mum-

kin bo`lgan eng katta FIK:

 (33)

 – isitgichning harorati

 – sovitgichning harorati

 – isitgichdan olingan issiqlik miqdori

 – sovitgichga berilgan issiqlik miqdori

η – issiqlik mashinasining FIK

Issiqlik mashinalari yoki issiqlik dvigatellari – ichki energiyani mexanik energiyaga aylantirib beruvchi mashinalar.

Barcha ko`rinishdagi issiqlik dvigatellarida yoqilg`ining energiyasi avval gaz (bug`)ning energiyasiga aylanadi. So`ng gaz kengayib ish bajaradi va soviydi. Uning ichki energiyasi harakatlanuvchi mexanizm (porshen)ning mexanik energiyasiga ayalanadi. Sikl deb ataladigan jarayonlarda ichki energiyaning mexanik energiyaga aylanishi amalga oshadi.

Sovitgich mashinalar

Teskari Karno sikli – issiqlik isitgichdan sovitgichga emas, aksincha, sovitgichdan isitgichga beriladi. Bunda jism ustida siqish ishini tashqi kuchlar bajaradi va bu ish ishchi jismning siklning birinchi yarmida bajargan ishidan katta bo`ladi. Muzlatgichlarda tashqi A ish elektr energiyasining hisobiga bajariladi.

Issiqlik dvigatellari

1. Porshenli (bug` mashinalari va ichki yonuv dvigatellari)

2. Rotatsion (bug` va gaz trubinalari)

1770-yil fransuz injeneri Jan Kyuno birinchi o`zi yurar bug` mashinasini yaratdi. Birinchi ichki yonuv dvigatelini 1860-yilda fransuz mexanigi E. Lenuar yasadi.



13-chizma. Ichki yonuv dvigateli

I takt. So`rish. 1-klapan ochiladi. 2-klapan yopiq. Pastga tomon harakatlanuvchi porshen silindr ichiga yonuvchi aralashmani so`rib oladi.

II takt. Siqish. Har ikkala klapan yopiq. Yuqoriga tomon harakatlangan porshen yonuvchi siqadi. Aralashma siqilganda qiziydi. Gaz hajmi 6,5 – 6,7 marta kamayadi.

III takt. Ishchi yo`li. Har ikkala klapan yopiq. Porshen yuqori holatda bo`lganda aralashma elektr uchquni vositasida yoqiladi (P = 3 – 6 MPa, t = 1600 – 2200˚C bo`lgan qizigan gaz hosil bo`ladi. Gaz bosimi porshenni pastga siljitadi. Porshen tirsakli valni aylantiradi).

IV takt. Chiqarish. 2-klapan ochiladi. 1-klapan yopiq. Porshen yuqoriga harakatlanadi. Yonish mahsulotlari ochiq klapandan atmosferaga chiqib ketadi.