Analitik, fizikaviy va kolloid kimyo

Termodinamikaning II qonuni
Bu qonunning posto’lat ko’rinishdan bir necha ta'riflari bo’lib, ular bir-biriga bog’liq va bir-biridan ikkinchisini chiqazish mumkin.Rudolf Klauzius (Gottlib) posto’latiga muvofiq, issiqlik issiq jismdan sovuq jismga o’z-o’zicha o’tadi.
Kelinglar, issiqlikni ishga aylantirish jarayonini ko’ramiz. Issiqlik manbaining o’zida issiqlik ishga aylanaolmaydi. Buning uchun issiqlikni issiqlik manbasidan olib uni ishga aylantiraoladigan biror ishchi jismga berish kerak. Misol uchun issiqlik gazga berilsa, u kengayib ish bajarishi mumkin. Yana ish hosil qilishi uchun gazni uzliksiz kengaytirish kerak, lekin bu mumkin emas. Binobarin, gaz yana kengayib ish
bajarishi uchun siqilishi kerak, ya'ni ishchi jism davriy ravishda kengayib-siqilishi kerak. Agar gaz biror temperaturada kengaytirilsa va natijada ish bajarsa, u yana ish bajarish uchun shu temperaturada siqilishi, kengaytirilganda bajargan ishga teng ish sarflanishi kerak. Natijada xech qanday foydali ish bajarilmaydi. Ish bajarilishi uchun
siqilishda sarflangan ish gaz kengayib bajargan ishidan kam bo’lishi kerak. Buning uchun siqilish jarayonini kengayishdagiga nisbatan pastroq temperaturada olib borish kerak. Demak, ishchi jism sovutilishi kerak, ya'ni issiqlik manbaining issiqligini ishga aylantirish uchun yana sovutgich ham bo’lishi shart. Buni quyidagi chizma (buni issiqlik mashinalarining printsipial sxemasi deb qarash mumkin) dan ko’rish mumkin.

Isitgichdan q₁ issiqlik ishchi jismga beriladi. Bu issiqlik hisobiga ishchi jism (masalan: gaz) kengayib ish bajaradi. Lekin issiqlik manbaidan olingan q₁issiqlikning hammasi ishga aylanmaydi, uning bir qismi (q₂) issiqlik holida sovutgichga beriladi. Bir qism A=q₁ – q₂ ishga aylanadi.
Issiqlik manbaining temperaturasi sovutgichning temperaturasiga tenglashganda issiqlikning o’tishi va demak, ish bajarilish jarayoni to’xtaydi. Hamma issiqlikning olish uchun sovtgichni absolyut nolgacha sovutish kerak, lekin bu mumkin emas. Binobarin, issiqlik manbaining hamma issiqlik zapasini olish mumkin emas hamda manbadan olingan issiqlikning hammasini ishga aylantirish ham mumkin emas.
Shularni inobatga olib, Uilyam Tomson (Kelvin) o’z posto’latini quyidagicha ta'rifladi.
Birdan-bir natijasi issiqlikni isitgichdan olib va uni to’laligicha ishga aylantira oladigan jarayon (mashina) bo’lishi mumkin emas.
Agar issiqlik to’liq ishga aylanganda edi - 2 tur abadiy (dvigatel) harakatlanuvchi qurilma yaratish mumkin bo’lar edi.
Ikkinchi qonunning yana bir posto’lati (ta'rifi) xuddi shu masala haqida.
V. Ostvald ta'biricha, ikkinchi tur abadiy dvigatel yaratish mumkin emas.
Ishni issiqlikga, issiqlikni ishga aylanishida ham tabiatdagi asimmetriyalik (bir tomonlamalik) ni ko’ramiz. Ya'ni ish to’liq issiqlikga aylanadi (masalan: ishqalanganda), lekin issiqlik to’la ishga aylanmasligi bilan biz tanishdik.
Ish issiqlikga aylanganda, jarayon faqatgina bir jism-issiqlik qabul qiluvchi jismning termodinamik holati o’zgarishi bilan chegaralanadi (ishqalanish bilan isitilganda). Issiqlik ishga aylanganda, issiqlik manbasining sovishi bilan bir qatorda, albatda, yana kamida bir yoki bir necha jismlarning termodinamik holati o’zgaradi (masalan sovitgichning) Termodinamikada ishchi jismning yoki bu jarayonga jalb etilgan boshqa jismlar termodinamik holatining o’zgarishi kompensatsiya deyiladi. Ikkinchi qonunning yana bir posto’latiga binoan kompensatsiyasiz issiqlikni ishga aylantirib bo’lmaydi.
Frantsuz olimi S. Karno (1824) o’zining siklida issiqlik faqat kompensatsiya mavjud bo’lgandagina ishga aylanishi mumkinligini ko’rsatdi.
Bu siklni chizmada ko’ramiz. Bunda ishchi jism sifatida ideal gaz olingan. U issiqlik manbaidan olingan issiqlik hisobiga ishlaydi va bunda jarayon siklik ya'ni aylanmadir. Bu sikl ketma-ket boradigan to’rt qaytar jarayonlardan iborat.
P

oo
A B

A = q₁ – q₂
D C

V
V1 V4 V2 V3

1) Gazning izotermik kengayishi (AB izotermasi) 1mol ideal gaz manbaidan issiqlik olib T₁ temperaturada V₁ dan V₂ gacha AB izoterma bo’ylab qaytar tarzda kengaysin;

sistema bajargan ish.
_R_ ln V₂V₁ ga teng.
Bu ish miqdori AB V₁V₂ yuzasiga teng bo’ladi.
2) Gazning adiabatik kengayib, sovishi (BC) adiabatasi B nuqtadagi gazni adiabatik kengaytiramiz va bunda sistema ichki energiya hisobiga ish bajaradi.
_U  Cv__
Bu ish miqdori BC V₃ V₂ yuza bilan belgilanadi.
3) Gazning izotermik siQilishi ( CD izotermasi) S nuqtadagi T₂ temperaturadagi gazni izotermik siqilganda, sistema ustida bajarilgan ish;
_ R_ lnV₃ V₄
Bunda ish DS V₃ V₄ yuzasiga teng bo’ladi.
4) Gazning adiabatik siqilishi - (DA adiabatasi). Bunda ideal gaz V₄ dan dastlabki hajm V₁ gacha DA bo’ylab adiabatik siqilganda bajarilgan ish
_UCv__
Bunda ish ADV₁ V₄ yuzasiga teng. Agar isitgichdan olingan issiqlik q₁ ga, sovitishga berilgan issiqlik q₂ ga teng bo’lsa, umumiy bajarilgan ish;
 q₁q₂ ____
A₂ bilan A₄ ning qiymati teng, lekin ishorasi qarama - qarshi bo’lganligidan;
 q_ q___ R_ ln V₂V₁R_ ln V₃/V₄
V₂/V₁ V₃/V₄ ligidan tenglama qo’ysak.
A+ q₁ – q₂ + R(T₁-T₂) ln V₂/V₁
Bu ish ABCD yuzaga teng bo’ladi. Bu tenglamani q₁RT₁ ln V₁/V₂
ga bo’lsak
(q₁-q₂) /q₁ (T₁-T₂) /T₁
q₁-q₂A
bo’lganligidan foydali ish koeffitsenti (F.I.K.) quyidagicha bo’ladi.
q₁-q₂q₁___
Demak, issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsienti issiqlik va sovutgichning temperaturalari ayirmasiga bog’liq bo’lib, jism qanday materialdan tashkil topganiga, uning tabiatiga bog’liq emas.
Karno siklining taxlilida ahamiyati juda katta bo’lgan bir narsaga ya'ni sovutgichning mohiyatini nazarda tutish kerak. Boshqacha qilib aytganda sikl mobaynida foydali ish olish uchun tabiatga ma'lum “soliq” to’lash kerak - bir qism issiqlik albatta sovutgichga berilishi kerak. Tabiatning assimterikligi: ishni issiqlikka aylantirishda bu “soliq” talab qilinmaydi.(masalan ishqalanishda hamma ish to’liqligicha issiqlikka aylanadi).