Reja: Termodinamika qonunlari

Sistema qator holatlarni o`tish natijasida o`zining dastlabki holatiga qaytadigan jarayon aylanma jarayon deyiladi.
Aylanma jarayon sifatida quyidagi jarayonni ko`rib chiqaylik.Faraz qilaylik, biror massali gaz 1 → a → 2 egri chiziq bilan ifodalanuvchi qator holatlardan o`tib kengaygan bo`lsin. So`ng 2 → b →1 egri chiziq bilan ifodalanuvchi holatdan o`tib siqilgan va boshlangich holatiga qaytgan bo`lsin. Tarifga asosan, aylanma jarayon grafikda berk egri chiziq bilan ifodalanishini ko`ramiz. Aylanma jarayonda gaz bajargan A ish kengayishda bajarilgan A<sub>1</sub> ish (bu ish musbat, uni gaz bajaradi va son jihatdan 1a2dc1 shaklning yuziga teng) bilan siqilishida bajarilgan A<sub>2</sub> ish (bu ish manfiy, uni tashki kuchlar bajaradi va son jihatdan 2b1cd2 shaklning yuziga teng) ayirmasiga teng bo`ladi: A = A₁ – A₂ va ikkala shakllar yuzlarini farqi bilan, yani berk 1a2b1 egri chiziq bilan chegaralangan shaklning yuzi bilan ifoadalanadi.
Issiqlik mashinalarida bunday aylanma jarayon davrii ravishda takrorlanib turadi va har bir aylanma jarayonda biror A ish bajariladi.
1824-yilda fransuz injeneri va olimi Sadi Karno issiqlik mashinasining ishlash prinsipini va samaradorligini nazariy o`rganib, har qanday issiqlik mashinasining ishlashi uchun ishchi jism, isitkich va sovitkich bo`lishi zarurligini ko`rsatdi. Karno tomondan tavsiya etilgan ideal mashinada ishchi jism sifatida silindr porsheni ostidagi 1 kilomol ideal gaz olingan. Mashina davriy ravishda Karno aylanma jarayoni deb ataladigan ikkita izotermik va ikkita adiabatik jarayonlardan iborat aylanma jarayonlarni bajaradi. Sistema holatining o`zgarishi quyidagi ketma–ketlikda amalga oshiriladi.
1.Kengayishning birinchi izotermik (T₁ = const ) bosqichida (1–2 egri chiziq) gaz isitkichdan Q₁ issiqlik miqdorini olib, hajmi V₁ dan V₂ gacha kengayib ish bajaradi va kattaliklari p₁ , V₁ , T₁ dan p₂ , V₂ , T₂ gacha o`zgaradi.
2.Kengayishning ikkinchi adiabatik bosqichida (2–3 egri chiziq) hajm V<sub>2</sub> dan V<sub>3</sub> gacha kengayadi. Ammo ish gazning ichki energiyasining kamayishi hisobiga bajariladi. Bunda gaz tashqaridan issiqlik olmaydi ham, bermaydi ham. Gazning kattaliklari p<sub>2</sub> , V<sub>2</sub> , T<sub>1</sub> dan p<sub>3</sub> , V<sub>3</sub> , T<sub>2</sub> gacha o`zgaradi.
3.So`ngra gaz V<sub>3</sub> dan V<sub>4</sub> gacha izotermik (T<sub>2</sub> = const ) siqiladi (3–4 egri chiziq). Bunda tashki kuch gaz ustida ish bajaradi. Jarayon izotermik bo`lganligi sababli bu ish batamom issiqlikka aylanib, sovitkichga Q₂ issiqlik uzatiladi. Sistemaning kattaliklari p₃ , V₃ , T₂ dan p₄ , V₄ , T₂ gacha o`zgaradi.
4.Aylanma jarayonning ohirgi qismida gaz adiabatik siqilib, gaz hajmi V<sub>4</sub> dan V<sub>1</sub> gacha kamayadi (4–1 egri chiziq). Bunda bajarilgan ish gaz temperaturasini boshlangich darajasiga ko`tarish uchun sarflanadi, sistemaning ichki energiyasi ortadi. Sistemaning kattaliklari p₄ , V₄ , T₂ dan p₁ , V₁ , T₁ gacha o`zgaradi, yani boshlangich holatdagi qiymatni egallaydi.
Shunday qilib,aylanma jarayon davomida gazning bajargan ishi isitkichdan olingan Q<sub>1</sub> va sovitkichga berilgan Q<sub>2</sub> issiqlik miqdorlarining ayirmasiga teng, yani
A<sub>f</sub> = Q<sub>1</sub> – Q<sub>2</sub>
bo`ladi va mashinaning bir siklda bajargan foydali ishini ifodalaydi.
Aylanma jarayonning bir siklda bajargan foydali ishini ifodalaydi.
Aylanma jarayonning foydali ish koeffisienti (FIK) aylanma jarayon davomida bajarilgan foydali ishning umumiy ishga nisbataiga yoki aylanma jarayon davomida sistema olgan (Q₁ – Q₂ ) issiqlik miqdorining isitkich bergan issiqlik miqdoriga bo`lgan nisbatiga teng. Sistema olgan issiqlik miqdorining qancha qismini foydali ishga aylanganligini ko`rsatuvchi kattalikka aylanma jarayonning FIK deyiladi, yani

yoki foizlarda:

issiqlik mashinasining prinsipial sxemasi keltirilgan.

Yuqorida aytilganlardan shunday hulosaga kelish mumkin: isitkichdan olingan issiqlik miqdoini to`la ishga aylantira oladigan mehanizm bo`lishi mumkin emas, chunki bu issiqlik miqdorining bir qismi sovitkichga berilishi kerak.
Agar isitkichning temperaturasi T₁ sovitkichnikini T₂ desak, Karno aylanma jarayoni bo`yicha ishlaydigan ideal issiqlik mashinasining nazariy mumkin bo`lgan eng katta FIK quyidagicha ifodalanishini Karno isbot qilgan:

Demak, ideal issiqlik mashinasining FIKni oshirish uchun isitkichning temperaturasi yuqori, sovitkichniki esa past bo`lishi kerak.
Tehnikada qo`llaniladigan issiqlik mashinalaridan ayrim turlarining ishlash prinsipi bilan tanishib chiqaylik.Issiqlik dvigatellari mehanik harakatga kelish usullariga qarab, ular porshenli (bug mashinalari va ichki yonuv dvigatellari), rotasion (bug va gaz turbinalari) va reaktiv dvigatellarga bo`linadi.