Karno sikli. Reja: Qaytuvchan va qaytmas jarayonlar. Karno sikli

MAVZU: QAYTUVCHAN VA QAYTMAS JARAYONLAR.
KARNO SIKLI.


Reja:
1. Qaytuvchan va qaytmas jarayonlar. Karno sikli.
2. Issiqlik mashinalari va ularning foydali ish koeffitsenti.
3. Karno sikli.
4. Termodinamikaning ikkinchi bosh qonuni.
5. Entropiya.
6. Klauzius tengsizligi.


Tayanch iboralar:

1. 
   Qaytuvchan va qaytmas jarayonlar.
   
2. 
   Karno sikli.
   
3. 
   Foydali ish koeffitsenti.
   

4. Entropiya.
5. Klauzius tengsizligi
6. Issiqlik mashinasi.

Izolyasiyalangan sistemada sodir bo‘ladigan barcha protsesslarni 2 sinfga:

1. 
   Qaytuvchan;
   
2. 
   Qaytmas protsesslarga ajratiladi.
   

Bu jarayonlarni o‘rganish uchun izolyasiyalangan sistemada amalga oshayotgan biror protsess tufayli jism bir holatdan ikkichi holatga o‘tsin, so‘ng yana birinchi holatga qaytsin. Jismning ikkinchi holatdan birinchi holatga qaytishini huddi 1- holatdan 2- holatga o‘tishdagi o‘sha oraliq holatlar orqali va atrofdagi jismlarda hech qanday o‘zgarish bo‘lmaydigan holda amalga oshirilsa – qaytuvchan jarayon deyiladi.
Jismning boshlang‘ich holatga qaytishi tugallangandan so‘ng, atrofdagi jismlarda yoki jismning o‘zida o ‘zgarish mavjud bo‘lgan holda yuz beradigan jarayon – qaytmas jarayon deb ataladi. Muvozanatli jarayon qaytuvchan jarayon bo‘ladi. Qaytmas jarayon – ishqalanish bilan o‘tadigan jarayonlardir. Har qanday real mexanik jarayon qaytmas jarayondir. Issiqroq jismdan sovuqroq jismga issiliqlik uzatilishi ham qaytmas jarayondir.
Jismni bir holatdan 2- holatga o‘tkazib, so‘ng uni boshqa oraliq holatlardan yana dastlabki birinchi holatga qaytarish jarayoni – sikl deyiladi.
Ikki xil sikl mavjud:

1. 
   To‘g‘ri sikl yoki isitkich mashina sikli;
   
2. 
   Teskari sikl yoki sovutkich mashina sikli.
   

ΔV

K

V
To‘g‘ri siklda ishchi jism tashqarisidagi temperaturasi yuqoriroq jismdan (isitgichdan) Q₁ – issiqlik miqdorini oladi. Bu issiqlik miqdori ta’sirida ishchi jism kengayadi.
Teskari siklda ishchi jism tashqaridagi pastroq temperaturali jism (sovutgich)ga Q₂- issiqlik miqdoi beradi. Buning natijasida ishchi jism siqiladi.
Sikl davomida bajarilgan foydali ish ishchi jism isitgichdan olgan va sovutgichga bergan issiqlik miqdorlarining ayirmasiga teng bo‘ladi.
A_f=Q₁ –Q₂ (1)
Issiqlik mashinalarining samaradorlik darajasi foydali ish koeffitsienti (F.I.K.) deb ataladigan kattalik bilan aniqlanadi. Bu kattalik fransue injeneri Sadi Karno tomonidan kiritilgan.
(2)
Bunda η- issiqlik mashinalarining F.I.K.
Issiqlik mashinalarining F.I.K sikl davomida bajarilgan foydali ishning isitgichdan oldingi issiqlik miqdoriga nisbati bilan aniqlanadi.
Isitgich mashialariga : bug‘ mashina, bug‘ turbina, ichki yonish dvigatellari kiradi.
Sovutgich mashinalariga: xolodilnik, kondensionerlar kiradi.
Sovutgich mashinalarda ishchi jism sifatida past temperaturada qaynaydigan suyuqlik, ya’ni organik modda aralashmasi – freon qo‘llaniladi.

Sovutgich mashinalar samaradorligi sovutish koeefitsienti deb ataluvchi kattalik bilan aniqlanadi. .

Bunda - sovutish koeffitsienti;
Q₂- sovutgichdan olingan issiqlik miqdori.
A – tashqi jismlar bajargan ish.
Karno sikli – ikki izoterma va ikki adiabatadan iborat.
Karno sikli ideal issiqlik mashinada amalga oshadi bunda ishchi jism sifatida 1 mol ideal gaz olinib, uning boshlang‘ich parametrlari P₁,V_μ1,T₁ bo‘lsin. Gazni Izotermik ravishda (T₁= const) kengaytirib, isitgichdan gaz Q₁ issiqlik miqdorini oladi. Buning natijasida gazni parametrlari P_{2, ,} T₂ ga o‘zgarib, ishchi jism isitgichdan ajratilib, gaz 2 holatdan 3 holatgacha adiabatik kengaytiriladi. Bunda gaz tashqi muhit bilan issiqlik almashmaydi. Adiabatik kengayish jarayoni tugallanganda gazni parametrlari P_{3, ,} T₃ bo‘ladi. Shundan so‘ng gazni azotermik ravishda (T₂= const) siqiladi. Natijada gaz Izotermik siqilishi jaraenida sovutgichga Q₂ issiqlik miqdori bYeradi. Nihoyat 4- holat parametrlari P_{4, ,}T₄ bo‘lib, gazni adiabatik ravishda siqib, boshlang‘ich holatga qaytariladi. Natijada sikl yakunlanadi.
Gazning kengayish jarayoni ( ) da bajarilgan ish:
A^I=C_V(T₁-T₂)>0 (3) teng bo‘ladi.
Gazning siqilish jarayoni da bajarilgan ish :
A^II=C_v(T₂-T₁)<0 (4) teng bo‘ladi.
Butun sikl davomida bajarilgan umumiy ish:
A^I +A^II= C_V (T₁-T₂)+C_v(T₂-T₁)=0 (5) teng bo‘ladi.
Ideal gaz bilan Karno sikli bo‘yicha ishlaydigan issiqlik mashinaning F.I.K (η) faqat isitgich va sovutgich temperaturalarining qiymatlari bilan aniqlanadi.
Bunda: T₁- isitgich temperaturasi. T₂- sovutgich temperaturasi.
Karno siklining F.I.K (η) – ishchi jismining turiga bog‘liq bo‘lmaydi. Termodinamikaning ikkinchi bosh qonuni tabiatda sodir bo‘ladigan jarayonlarning amalga oshishi mumkin bo‘lgan yo‘nalishini aniqlaydi.
Termodinamikaning ikkinchi bosh qonunini Plank quyidagicha ta’riflaydi: Issiqlik miqdorini ishga aylantirishdan iborat bo‘lgan davriy jarayon amalga oshmaydi. Davriy jarayon (sikl) amalga oshiriladigan qurilmalar uch elementdan:

1. 
   Isitgich
   
2. 
   Ishchi jismi
   
3. 
   Sovutgichdan iboratdir.
   

Isitkich mashina isitgichdan Q₁ isiqlik miqdori olib, uning bir qismini A i shga aylantirib, qolgan Q₂ qismini sovutgichga uzatadi.
Bunda isitgich mashinaning F.I.K ga teng bo‘ladi. Chunki
Karno sikli bo‘yicha ishlaydigan isitgich mashina uchun (8) ifoda yoziladi.
Ichki yonish dvigatellari uchun: η=0,3-0,4(30-40)%
Parovozlar uchun : η=0,05-0,07
Issiqlik mashinalari uchun har doim η<1 bo‘ladi. Agar η bo‘lsa, u sovitgichsiz issiqlik mashinasi bo‘lib, bunday mashina issiqlikni barcha qismini foydali ishga aylantiruvchi bo‘ladi. Bu mashina ikkinchi tur abadiy dvigatel deyiladi. Termodinamikaning ikkinchi bosh qonuni ikki tur abadiy dvigatel yasash mumkin emasligini tasdiqlaydi. Termodinamikaning ikkinchi bosh qonunini Klauzius quyidagicha ta’riflaydi: Issiqlik miqdori o‘z – o‘zidan sovuqroq jismdan issiqroq jismga o‘ta olmaydi.
Issiqlik miqdorini sovuqroq jismdan issiqroq jismga o‘tkazish uchun sovutgich mashinalari ishchi jism ustida ish bajarishi lozim.
Qaytuvchi Karno sikli bo‘yicha ishlaydigan ideal issiqlik mashina uchun F.I.K ifodasi ni quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin.

Bundagi hadlar, Karno siklidagi Izotermik jarayonda ishchi jism olgan issiqlik miqdorining mazkur jarayon amalga oshadigan temperaturaga nisbata bo‘lib, uni issiqlikning keltirilgan miqdori deb ataladi.
Karnoning qaytuvchi sikli uchun issiqliklar keltirilgan miqdorlarning algebraik yig‘indis nolga tengdir. Umumiy holda
=0 (10) ifoda ko‘rinishida yoziladi.
K lauzius integral ostidagi ifoda (funksiya)ni entropiya deb atadi va uni S harfi bilan belgiladi.


(11)