Термодинaмикaнинг иккинчи бош қонуни

Клаузиус постулати қуйидагича ҳам таърифланади: Циклик равишда ишловчи ускунани иссиқликни совиткичдан олиш ва уни иситкичга узатиш билан ишлайдиган машина қуриш мумкин эмас. Aммо иссиқликни совуқ жисмдан ҳам олиш мумкин (масалан, музлаткич). Лекин бу жараён ўз-ўзича бормайди. Юқори температурали иситкич билан Т₂ температурали совиткич ўртасида икки хил машина параллел ишлаётган бўлсин. Фараз қилайлик, улардан биринчиси совиткичдан Q₂ иссиклик олиб, уни иситгичга узатаётган бўлсин. Лекин бу иккинчи бош қонуннинг асосий постулатига зид, бу жараённинг бориши учун компенсация-энергия керак, биринчи машина бу энергияни иккинчи машинанинг бажарган ишидан олади ва иккинчи машинани бажарган иши биринчи машинанинг бажарган ишидан кам бўлмаслиги шарт. Иккинчи иссиклик машинаси эса иситкичдан Q иссиқлик олиб, унинг бир қисмини Q₂ совиткичга бериб, Q₁-Q₂= Q ҳисобига иш бажараётган бўлсин. Юзаки қараганда, иссиқлик совиткичдан олинганга ўхшаб кўринса ҳам, лекин бу жараёнлар йиғиндисида Q₁ иссиқлик иситкичдан олинаяпти ва Q₂ иссиқлик совиткичга берилаяпти, шунинг ҳисобига эса иш бажарилаяпти.
Юқорида баён этилганлардан кўриниб турибдики, агар иш иссиқликка айланса A→Q бўлади, лекин иссиқликни қайтадан тўлиқ ишга айлантириш мумкин эмас. Бу икки йўналиш бир хил қийматга эга эмас. Яъни A→Q жараёнини, Q→A жараёнига нисбатан устун (зидлироқ) дейиш мумкин. Демак, A→Q жараён билан боғланган ҳар қандай жараён термодинамик қайтмас жараёндир, чунки қайтадан ҳамма иссиқни ишга айлантириб бўлмайди.


КAРНО ЦИКЛИ

II бош қонун 1824 йилда С. Карно томонидан очилган ва Карно цикли билан боғланган. Шунга кўра, бу цикл амалий ҳамда тарихий аҳамиятга эгадир. Карно циклида, ўз-ўзича бормайдиган жараёнларнинг бориши учун уларни ўз-ўзича борувчи жараён билан қўшиб биргаликда олиб бориш кераклиги яққол кўрсатилган. Карно циклида, ўз-ўзича бормайдиган иссиқликни ишга айланиш жараёни ўз-ўзича борувчи жараён ни иссиқликнинг иссиқ жисмдан совуқ жисмга ўз-ўзича ўтиш жараёни билан қўшиб биргаликда олиб борганда амалга ошиши мумкинлиги кўрсатилган. Шу билан бирга техникада амалий аҳамиятга эга бўлган фойдали иш коэффициенти нинг нималарга боғалиқлиги ва уни ошириш усуллари кўрсатилган.

Карно цикли Т₁-температурали иссиқлик манбаи ва Т₂-температурали совиткич резервуаридан иборат. Улар жуда катта ҳажмда бўлиб, иситкичдан иссиқлик олинганда ва совиткичга иссиклик берилганда, уларнинг температураси деярли ўзгармайди. Ҳамма жараёнлар квазистатик мувозанат ҳолатидан чексиз кичик фарқ қиладиган ҳолатда босқичлаб олиб борилади. Булар эса ҳамма жараённи термодинамик қайтар равишда олиб боришни таъмин қилади. Карно цикли айланма жараён бўлиб, жараёндан сўнг система ва ташқи муҳит ўзининг олдинги ҳолатига қайтади. Икки резервуар ўртасида ишчи жисм-идеал газ ўрнатилган, газ кенгайган-
қисилганда поршен идеал ҳолатда ҳаракат қилади. Карно цикли III,3-расмда тасвирланган.
Карно циклида иш бажариш циклик, яъни айланма жараён натижасида амалга оширилади. Бу цикл бирин-кетин борадиган тўртта қайтар жараёндан иборат: а) газнинг изотермик кенгайиши - AВ изотермаси; б) газнинг адиабатик кенгайиб, совиши-ВС адиабатаси; в) газнинг изотермик сиқилиши -СД изотермаси; д) газнинг адиабатик сиқилиб, исиши - ДК адиабатаси;





III.3-расм. Карно цикли.

а) 1 моль идеал газ иссиқлик манбаидан Q иссиқлик олиб, Т_}

температурада V₁ дан V₂ гача AВ изотерма бўйлаб қайтар тарзда кенгайсин; бунда система бажарган иш A₁ бўлсин, системанинг бажарган иши плюс (+), система устидан бажарилган иш минус (—) ишора билан белгиланади:
(III.1)
Бу иш микдори AВ V₂V₁ квадрат юзасига тенг бўлади.
б) биринчи жараён натижасида В нуқтага келган газни иссиклик
манбаидан ажратиб, адиабатик равишда (яъни Q=Const) V₃ гача
кенгайтирамиз. Бу кенгайишда система иссиқлик манбаидан
ажратилмаганлиги сабабли, ўзининг ички энергияси ҳисобига иш бажаради:
A₂=-dU=C_v(T₁-T₂) (III.2)
Бу иш миқдори ВС V₃ V₂ квадрат юзага тенг бўлади.
в) система Т₂ да СД изотермаси бўйлаб V₃ дан V₄ гача сиқилганида,
система устидан бажарилган иш куйидагига тенг бўлади:
(III.3)
иш миқдори СД V₄, V₃ квадрат юзага тенг.
г) циклнинг охирида идеал газ V₄ дан дастлабки ҳажми V₃ гача ДA бўйлаб адиабатик сиқилганида бажарилган иш:
A₄= U=C_v(T₁-T₂) (III.4)
Бу иш AД V₄, V₁ квадрат юзага тенг бўлади.
Aгар Q₁- иссиқликдан олинган ва Q₂ - совутгичга берилган иссиқлик бўлса, умумий бажарилган иш:
A=Q₁-Q₂=A₁+A₂+A₃+A₄
A₂ билан A₄ нинг қиймати тенг, лекин ишораси қарама-қарши бўлганлигидан.
(III.5)
ВС ва ДС адиабатик жараёнларга Пуассон формуласи тадбиқ этилса: ВС жараён учун: T₁V₂^k-1=T₂V₃^k-1
ДA жараён учун: T₁V₁^k-1=T₂V₄^k-1бўлади; уларни бир-бирига бўлиб, k—1 даражали илдизни олсак,

Бу иш AВСД квадрат юзасига тенг бўлади.
Бу тенгламанинг ўнг томонини Q₁ га, чап томонини унга тенг бўлган -га бўлсак:
бўлади. (III.6)
Q₁-Q₂ айирма иситгичдан олинган иссиқликнинг ишга айланган қисмини ифодалайди, унинг Q₁ га нисбати фойдали иш коэффициенти (ФИК) га тенг:
бўлади. (III.7)
Шундай қилиб ФИК иситкич ва совуткичнинг температуралари айирмасига боғлиқ бўлиб, жисм қандай материалдан ташкил топганлигига ва унинг табиатига боғлиқ эмас.
Иссиқликнинг ишга айланиш имконияти тенглама (III.7) билан чегараланган бўлиб, доимо бирдан кичик бўлади ва қайтар равишда ишловчи ҳар қандай машинанинг фойдали иш коэффициенти (III.7) тенгламадан кўп бўлиши мумкин эмас (Карно қонуни).
Бир хил температура чегарасида (T₁—Т₂) қайтар ва ноқайтар ишловчи
машиналар бўлса, доимо ноқайтар ишловчи машинанинг ФИК ҳамиша кам
бўлади. Машинанинг ишлаш жараёнида, қандай бўлмасин ноқайтар жараён
борса, масалан, ишқаланиш натижасида иш иссикдикга айланса у ФИКнинг
камайишига олиб келади. Жараён қайтар жараёнга яқинлашган сари кўп иш бажарилади (чизиқлардан пастки юза). Шундай қилиб, қайтар равишда ишловчи машинанинг ФИК энг кўп бўлади ва максимум иш бажарилади, бу ишга A_мак-максимум иш дейилади.