Termodinamikaning birinchi bosh qonuni Reja

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 egri chiziq bilan ifodalanuvchi qator holatlardan o`tib kengaygan bo`lsin. So`ng 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 ish kengayishda bajarilgan ish (bu ish musbat, uni gaz bajaradi va son jihatdan 1a2dc1 shaklning yuziga teng) bilan siqilishida bajarilgan ish (bu ish manfiy, uni tashki kuchlar bajaradi va son jihatdan shaklning yuziga teng) ayirmasiga teng bo`ladi: va ikkala shakllar yuzlarini farqi bilan, yani berk egri chiziq bilan chegaralangan shaklning yuzi bilan ifoadalanadi.
Issiqlik mashinalarida bunday aylanma jarayon davrii ravishda takrorlanib turadi va har bir aylanma jarayonda biror 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 ( ) bosqichida (1–2 egri chiziq) gaz isitkichdan issiqlik miqdorini olib, hajmi dan gacha
kengayib ish bajaradi va kattaliklari , , dan , , gacha o`zgaradi.
2.Kengayishning ikkinchi adiabatik bosqichida (2–3 egri chiziq) hajm dan gacha kengayadi. Ammo ish gazning ichki energiyasining kamayishi hisobiga bajariladi. Bunda gaz tashqaridan issiqlik olmaydi ham, bermaydi ham. Gazning kattaliklari , , dan , , gacha o`zgaradi.
3.So`ngra gaz V<sub>3</sub> dan V<sub>4</sub> gacha izotermik ( ) siqiladi (3–4 egri chiziq). Bunda tashki kuch gaz ustida ish bajaradi. Jarayon izotermik bo`lganligi sababli bu ish batamom issiqlikka aylanib, sovitkichga issiqlik uzatiladi. Sistemaning kattaliklari , , dan , , gacha o`zgaradi.
4.Aylanma jarayonning ohirgi qismida gaz adiabatik siqilib, gaz hajmi dan gacha kamayadi (4–1 egri chiziq). Bunda bajarilgan ish gaz temperaturasini boshlangich darajasiga ko`tarish uchun sarflanadi, sistemaning ichki energiyasi ortadi. Sistemaning kattaliklari , , dan , , gacha o`zgaradi, yani boshlangich holatdagi qiymatni egallaydi.
Shunday qilib,aylanma jarayon davomida gazning bajargan ishi isitkichdan olingan va sovitkichga berilgan issiqlik miqdorlarining ayirmasiga teng, yani
(65)
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 ( ) issiqlik miqdorining isitkich bergan issiqlik miqdoriga bo`lgan nisbatiga teng. Sistema olgan issiqlik miqdorining qancha qismini foydali ishga aylanganligini ko`rsatuvchi kattalikka aylanma jarayonning FIKi deyiladi, yani .
yoki foizlarda
(66)
issiqlik mashinasining prinsipial shemasi 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 sovitkichnikini desak, Karno aylanma jarayoni bo`yicha ishlaydigan ideal issiqlik mashinasining nazariy mumkin bo`lgan eng katta FIK quyidagicha ifodalanishini Karno isbot qilgan:
(67)
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.