თერმული აპარატების ეფექტურობა. თერმული აპარატის ეფექტურობა - ფორმულა

ძრავის მიერ შესრულებული სამუშაოა:

პირველად ამ პროცესს განიხილავდა ფრანგი ინჟინერი და მეცნიერი ნ. ლ. კარნოტი 1824 წელს წიგნში "ასახვა ხანძრის მამოძრავებელ ძალასა და მანქანებზე, რომლებიც შეძლებენ ამ ძალის განვითარებას".

კარნოტის კვლევის მიზანი იყო გაერკვია იმდროინდელი სითბური ძრავების არასრულყოფილების მიზეზები (მათ ჰქონდათ ეფექტურობა 5% ≤) და იპოვოთ მათი გაუმჯობესების გზები.

კარნოტის ციკლი არის ყველაზე ეფექტური ყველა შესაძლო. მისი ეფექტურობა მაქსიმალურია.

ფიგურაში ნაჩვენებია ციკლის თერმოდინამიკური პროცესები. იზოთერმული გაფართოების პროცესში (1-2) ტემპერატურაზე ტ 1 , სამუშაო ხორციელდება გამათბობელის შიდა ენერგიის შეცვლით, ანუ გაზით სითბოს მიწოდებით ქ:

ა 12 = ქ 1 ,

შეკუმშვის წინ გაზის გაცივება (3-4) ხდება ადიაბეტური გაფართოების დროს (2-3). შინაგანი ენერგიის ცვლილება ΔU 23   ადიაბეტურ პროცესში ( Q \u003d 0) მთლიანად გადაკეთებულია მექანიკურ მუშაობაში:

ა 23 \u003d -ΔU 23 ,

ადიაბეტური გაფართოების შედეგად გაზის ტემპერატურა (2-3) მცირდება მაცივრის ტემპერატურამდე ტ 2 < ტ 1 . პროცესში (3-4), გაზი იზოთერმული შეკუმშვით ხდება, სითბოს ოდენობა მაცივარში გადადის Q 2:

A 34 \u003d Q 2,

ციკლი მთავრდება ადიაბეტური შეკუმშვის პროცესით (4-1), რომელშიც გაზი თბება ტემპერატურამდე   ტ 1.

სითბოს ძრავების ეფექტურობის მაქსიმალური მნიშვნელობა, რომელიც მუშაობს იდეალურ გაზზე, კარნოტის ციკლის მიხედვით:

.

ფორმულის არსი დადასტურებულია თან. კარნოს თეორემა, რომ ნებისმიერი სითბოს ძრავის ეფექტურობა არ შეიძლება აღემატებოდეს კარნოტის ციკლის ეფექტურობას, რომელიც შესრულებულია გამათბობლისა და მაცივრის იმავე ტემპერატურაზე.

6.3. თერმოდინამიკის მეორე კანონი

6.3.1. შესრულების კოეფიციენტი სითბოს ძრავები. კარნოტის ციკლი

თერმოდინამიკის მეორე კანონი წარმოიშვა სითბური ძრავების (მანქანების) ექსპლუატაციის ანალიზით. კელვინის ფორმულირებაში შემდეგნაირად გამოიყურება: შეუძლებელია წრიული პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგია გამათბობლიდან მიღებული სითბოს გადაქცევა ეკვივალენტურ სამუშაოად.

გათბობის ძრავის მოქმედების დიაგრამა (სითბოს ძრავა) ნაჩვენებია ნახ. 6.3.

სურ. 6.3

სითბოს ძრავის ციკლი   შედგება სამი ეტაპისგან:

1) გამათბობელი გაზზე გადასცემს Q 1 სითბოს რაოდენობას;

2) გაზი, აფართოებს და ასრულებს A– ს მუშაობას;

3) გაზის საწყის მდგომარეობაში დასაბრუნებლად, Q 2 სითბო გადადის მაცივარში.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ციკლური პროცესისთვის

Q \u003d A,

სადაც Q არის გაზის მიღებული ციკლის მიერ მიღებული სითბოს რაოდენობა, Q \u003d Q 1 - Q 2; Q 1 - გამათბობელიდან გაზზე გადაცემული სითბოს რაოდენობა; Q 2 - მაცივარში მოცემული გაზის სითბოს რაოდენობა.

ამიტომ, იდეალური სითბოს ძრავისთვის, თანასწორობა

Q 1 - Q 2 \u003d ა

როდესაც ენერგიის დანაკარგები (ხახუნის და გარემოში მისი დისპერსიის გამო) არ არსებობს, სითბოს ძრავების ექსპლუატაციის დროს ენერგორესურსების კანონი

Q 1 \u003d A + Q 2,

სადაც Q 1 არის გამათბობელი სამუშაო სითხეში (გაზზე) გადაცემული სითბო; ა - გაზით შესრულებული სამუშაო; Q 2 არის გაზით გადაყვანილი სითბო მაცივარში.

შესრულების კოეფიციენტი   სითბოს ძრავა გამოითვლება ერთ-ერთი ფორმულის მიხედვით:

η \u003d A Q 1 ⋅ 100%, η \u003d Q 1 - Q 2 Q 1 ⋅ 100%, η \u003d (1 - Q 2 Q 1) ⋅ 100%,

სადაც A არის გაზით შესრულებული სამუშაო; Q 1 - გამათბობელი სამუშაო სითხეში (გაზზე) გადაცემული სითბო; Q 2 არის გაზით გადაყვანილი სითბო მაცივარში.

ყველაზე ხშირად გამოყენებული სითბოს ძრავა არის Carnot ციკლი, რადგან ის ყველაზე ეკონომიურია.

კარნოტის ციკლი შედგება ორი იზოთერმიდან და ორი ადიაბატისაგან, რომლებიც ნაჩვენებია ნახ. 6.4.

სურ. 6.4

განყოფილება 1-2 შეესაბამება სამუშაო ნივთიერების (გაზის) კონტაქტს გამათბობელთან. ამ შემთხვევაში, გამათბობელი გადადის სითბოს Q 1 გაზს და გაზების იზოთერმული გაფართოება ხდება გამათბობელის T 1 ტემპერატურაზე. გაზი დადებითად მოქმედებს (A 12\u003e 0), მისი შინაგანი ენერგია არ იცვლება (∆U 12 \u003d 0).

მე –3–3 ნაწილი შეესაბამება გაზის ადიაბეტურ გაფართოებას. ამ შემთხვევაში, გარე გარემოში სითბოს გაცვლა არ ხდება, A 23 გაკეთებული დადებითი სამუშაო იწვევს გაზების შიდა ენერგიის შემცირებას: ∆U \u200b\u200b23 \u003d −A 23, გაზი გაცივება ხდება მაცივრის T 2 ტემპერატურამდე.

სექცია 3-4 შეესაბამება სამუშაო ნივთიერების (გაზის) კონტაქტს მაცივართან. ამ შემთხვევაში, სითბო Q 2 მიეწოდება გაზს მაცივარში და გაზი იზოთერმული შეკუმშულია მაცივრის T 2 ტემპერატურაზე. გაზი უარყოფით საქმეს აკეთებს (A 34< 0), его внутренняя энергия не изменяется (∆U 34 = 0).

ნაწილი 4–1 შეესაბამება ადიაბეტური გაზის შეკუმშვას. ამ შემთხვევაში, გარე გარემოში სითბოს გაცვლა არ ხდება, ნეგატიური ნამუშევარი A 41 შესრულებულად იწვევს გაზების შიდა ენერგიის ზრდას: ∆U \u200b\u200b41 \u003d −A 41, გაზს აცხელებენ გამათბობელის ტემპერატურაზე T 1, ე.ი. უბრუნდება თავდაპირველ მდგომარეობას.

სითბოს ძრავის ეფექტურობა, რომელიც მუშაობს კარნოტის ციკლზე, გამოითვლება ერთ-ერთი ფორმულის მიხედვით:

η \u003d T 1 - T 2 T 1 ⋅ 100%, η \u003d (1 - T 2 T 1) ⋅ 100%,

სადაც T 1 არის გამათბობელის ტემპერატურა; T 2 არის მაცივრის ტემპერატურა.

მაგალითი 9. იდეალური სითბოს ძრავა ასრულებს 400 J- ს ციკლში. რამდენი სითბო გადადის მაცივარში, როდესაც აპარატის ეფექტურობა არის 40%?

გამოსავალი. სითბოს ძრავის ეფექტურობა განისაზღვრება ფორმულით

η \u003d A Q 1 ⋅ 100%,

სადაც A არის ნამუშევარი გაზის მიერ ციკლის მიერ შესრულებული სამუშაოთი Q 1 - სითბოს ის რაოდენობა, რომელიც გამათბობლიდან სამუშაო სითხეში (გაზზე) გადადის.

სასურველი რაოდენობა არის სამუშაო სითხედან (გაზიდან) მაცივარში გადაყვანილი სითბოს რაოდენობა 2, რომელიც არ შედის ჩაწერილი ფორმულაში.

სამუშაო A, სითბოს Q 1 შორის ურთიერთობა გამათბობლიდან გაზზე გადადის და სასურველ მნიშვნელობას Q 2 ჩამოყალიბებულია ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამოყენებით იდეალური სითბოს ძრავისთვის.

Q 1 \u003d A + Q 2.

განტოლებები ქმნიან სისტემას

η \u003d A Q 1 ⋅ 100%, Q 1 \u003d A + Q 2,)

რომელიც უნდა მოგვარდეს Q 2 – ის გათვალისწინებით.

ამისათვის, ჩვენ გამოვრიცხავთ Q 1 სისტემას, რომელიც გამოთქვამს თითოეული განტოლებისგან

Q 1 \u003d A η 100%, Q 1 \u003d A + Q 2)

და ჩამოწერს მიღებული გამონათქვამების სწორი ნაწილების თანასწორობას:

A η ⋅ 100% \u003d A + Q 2.

სასურველი მნიშვნელობა განისაზღვრება თანასწორობით

Q 2 \u003d A η 100% - A \u003d A (100% η - 1).

გაანგარიშება იძლევა მნიშვნელობას:

Q 2 \u003d 400 (100% 40% - 1) \u003d 600 ჯ.

თითო ციკლიდან გაზზე გადაყვანილი სითბოს რაოდენობა იდეალური სითბოს ძრავის მაცივარში არის 600 ჯ.

მაგალითი 10. იდეალურ სითბოს ძრავში, 122 კვტ / წთ გამათბობელიდან მიედინება გაზზე, ხოლო 30.5 კჯ / წთ გადარიცხულია გაზებიდან მაცივარში. გამოთვალეთ ამ იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობა.

გამოსავალი. ეფექტურობის გამოსათვლელად ვიყენებთ ფორმულას

η \u003d (1 - Q 2 Q 1) ⋅ 100%,

სადაც Q 2 - სითბოს რაოდენობა, რომელიც გადადის თითო ციკლი გაზზე მაცივარში; Q 1 - სითბოს ის რაოდენობა, რომელიც გადადის თითო ციკლიდან გამათბობლიდან სამუშაო სითხეში (გაზზე).

ჩვენ ვაქცევთ ფორმულას დაყოფისა და რიცხვის მნიშვნელის და მნიშვნელობის მიხედვით t:

η \u003d (1 - Q 2 / t Q 1 / t) ⋅ 100%,

სადაც Q 2 / t არის სითბოს გადაცემა გაზიდან მაცივარში (სითბოს ის რაოდენობა, რომელიც გაზით გადადის მაცივარში წამში); Q 1 / t არის გამათბობლიდან სითბოს გადაცემის სიჩქარე სამუშაო სითხეში (სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამათბობლიდან გადადის წამში).

პრობლემის პირობებში, სითბოს გადაცემის სიჩქარე განისაზღვრება ჟუელებზე წუთში; თარგმნეთ ის ჯულში წამში:

• გაზის გამათბობლიდან -

Q 1 t \u003d 122 kJ / min \u003d 122 ⋅ 10 3 60 J / s;

• გაზიდან მაცივარში -

Q 2 t \u003d 30.5 კჯ / წთ \u003d 30.5 ⋅ 10 3 60 ჯ / წ.

ჩვენ გამოვთვლით ამ იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობას:

η \u003d (1 - 30.5 ⋅ 10 3 60 ⋅ 60 122 ⋅ 10 3) ⋅ 100% \u003d 75%.

მაგალითი 11. სითბოს ძრავის ეფექტურობა, რომელიც მუშაობს კარნოტის ციკლზე, არის 25%. რამდენჯერ გაიზრდება ეფექტურობა, თუ გამათბობლის ტემპერატურა გაიზარდა და მაცივრის ტემპერატურა 20% -ით მცირდება?

გამოსავალი. კარნოტის ციკლზე მომუშავე იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობა განისაზღვრება შემდეგი ფორმულებით:

• გამათბობლისა და მაცივრის ტემპერატურის შეცვლამდე -

η 1 \u003d (1 - T 2 T 1) ⋅ 100%,

სადაც T 1 არის გამათბობელის საწყისი ტემპერატურა; T 2 - მაცივრის საწყისი ტემპერატურა;

• გამათბობლისა და მაცივრის ტემპერატურის შეცვლის შემდეგ -

η 2 \u003d (1 - T ′ 2 T ′ 1) ⋅ 100%,

სადაც T ′ 1 არის გამათბობელის ახალი ტემპერატურა, T ′ 1 \u003d 1.2 T 1; T ′ 2 არის მაცივრის ახალი ტემპერატურა, T ′ 2 \u003d 0.8 T 2.

ეფექტურობის განტოლებები ქმნიან სისტემას

η 1 \u003d (1 - T 2 T 1) ⋅ 100%, η 2 \u003d (1 - 0.8 T 2 1.2 T 1) ⋅ 100%,)

რომელიც უნდა მოგვარდეს η 2-სთან მიმართებაში.

სისტემის პირველი განტოლებიდან, მნიშვნელობის η 1 \u003d 25% გათვალისწინებით, ვხვდებით ტემპერატურის თანაფარდობას

T 2 T 1 \u003d 1 - η 1 100% \u003d 1 - 25% 100% \u003d 0.75

და შეცვალეთ მეორე განტოლებაში

η 2 \u003d (1 - 0.8 1.2 ⋅ 0.75) ⋅ 100% \u003d 50%.

ეფექტურობის სასურველი კოეფიციენტია:

η 2 η 1 \u003d 50% 25% \u003d 2.0.

ამიტომ, სითბოს ძრავის გამათბობლისა და მაცივრის ტემპერატურის მითითებული ცვლილება გამოიწვევს ეფექტურობის გაზრდას 2-ჯერ.

სითბოს ძრავა   - ძრავა, რომელშიც ხდება საწვავის შიდა ენერგიის კონვერტაცია, რომელიც იწვის მექანიკურ მუშაობაში.

ნებისმიერი სითბოს ძრავა შედგება სამი ძირითადი ნაწილისგან: გამათბობელი, სამუშაო სითხე   (გაზი, თხევადი და ა.შ.) და მაცივარი. ძრავა ეყრდნობა ციკლურ პროცესს (ეს ის პროცესია, რომლის საშუალებითაც სისტემა უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას).

კარნოტის ციკლი

სითბოს ძრავებში ისინი ცდილობენ მიაღწიონ თერმული ენერგიის ყველაზე სრულყოფილი კონვერტაციას მექანიკურ ენერგიად. მაქსიმალური ეფექტურობა.

ფიგურაში ნაჩვენებია ციკლები, რომლებიც გამოიყენება ბენზინის კარბუტერი ძრავში და დიზელის ძრავაში. ორივე შემთხვევაში, სამუშაო სითხე წარმოადგენს ბენზინის ან დიზელის საწვავის ჰაერის ორთქლის ნაზავს. კარბუტორის შიდა წვის ძრავის ციკლი შედგება ორი isochore (1-2, 3–4) და ორი ადიაბატისაგან (2-3, 4–1). შიდა წვის დიზელის ძრავა მოქმედებს ციკლზე, რომელიც შედგება ორი ადიაბატისგან (1-2, 3–4), ერთი იზობარი (2-3) და ერთი იზოქორი (4–1). კარბურატორის ძრავის რეალური ეფექტურობა დაახლოებით 30%, დიზელის ძრავისთვის - დაახლოებით 40%.

ფრანგმა ფიზიკოსმა ს.კარნეომ შეიმუშავა იდეალური სითბური ძრავის მუშაობა. კარნოტის ძრავის სამუშაო ნაწილის წარმოქმნა შეიძლება წარმოიდგინოთ, როგორც დგუში, ცილინდრში, რომელიც ივსება გაზით. ვინაიდან კარნოტის ძრავაა მანქანა არის თეორიულად, ანუ იდეალური, ხახუნის ძალები დგუშსა და ცილინდრს შორის და სითბოს დაკარგვა ნულის ტოლია. მექანიკური მუშაობა მაქსიმალურია იმ შემთხვევაში, თუ სამუშაო სითხე ასრულებს ციკლს, რომელიც შედგება ორი იზოთერმიდან და ორი ადიაბატისაგან. ამ ციკლს უწოდებენ კარნოტის ციკლი.

განყოფილება 1-2: გაზი გამათბობლიდან იღებს Q 1 სითბოს რაოდენობას და იზოთერულად აფართოებს ტემპერატურაზე T 1

განყოფილება 2-3: გაზი ადიაბეტურად აფართოებს, ტემპერატურა ეცემა მაცივრის T 2 ტემპერატურამდე

სექცია 3-4: გაზი ეგზოთერმულად შეკუმშულია, ხოლო მაცივარს აძლევს სითბოს Q 2

განყოფილება 4-1: გაზი ადიაბატალურად შეკუმშულია, სანამ მისი ტემპერატურა T 1-მდე არ მოიმატებს.

სამუშაო, რომელსაც სამუშაო სითხე ასრულებს, არის 1234 – ის შედეგად მიღებული ფიგურის ფართობი.

ასეთი ძრავა მუშაობს შემდეგნაირად:

1. პირველი, ცილინდრი კონტაქტში შედის ცხელ ავზთან, ხოლო იდეალური გაზი ვრცელდება მუდმივ ტემპერატურაზე. ამ ეტაპზე, გაზი იღებს გარკვეული რაოდენობის სითბოს ცხელი რეზერვუარისგან.

2. შემდეგ ცილინდრი გარშემორტყმულია იდეალური თბოიზოლაციით, რის გამო ხდება გაზში არსებული სითბოს რაოდენობა შენარჩუნებული, და გაზი განაგრძობს გაფართოებას, სანამ მისი ტემპერატურა ცივ სითბოს რეზერვუარის ტემპერატურამდე არ იშლება.

3. მესამე ეტაპზე, თბოიზოლაცია ამოღებულია, ხოლო ცილინდრში გაზი, რომელიც ცივ ავზთან კონტაქტში იმყოფება, შეკუმშულია, ხოლო სითბოს გარკვეული ნაწილი ცივ ავზში კარგავს.

4. როდესაც შეკუმშვა გარკვეულ წერტილს მიაღწევს, ცილინდრი ისევ გარშემორტყმულია თერმული იზოლაციით, ხოლო გაზს აწევისას ახდენენ დგუშის ამაღლებით, სანამ მისი ტემპერატურა ტოლი არ იქნება ცხელი ავზის ტემპერატურასთან. ამის შემდეგ, იზოლაცია ამოღებულია და ციკლი კვლავ მეორდება პირველი ფაზიდან.

სითბოს ძრავის თეორიული მოდელი ითვალისწინებს სამ სხეულს: გამათბობელი, სამუშაო სითხე   და მაცივარი.

გამათბობელი არის სითბოს რეზერვუარი (დიდი სხეული), რომლის ტემპერატურა მუდმივია.

ძრავის თითოეულ ციკლში, სამუშაო სითხე იღებს გამათბობლის გარკვეულ რაოდენობას, აფართოებს და ასრულებს მექანიკურ მუშაობას. გამათბობელიდან მაცივარში მიღებული ენერგიის ნაწილის გადატანა აუცილებელია სამუშაო სითხის პირვანდელ მდგომარეობაში დასაბრუნებლად.

ვინაიდან მოდელი ვარაუდობს, რომ გამათბობლისა და მაცივრის ტემპერატურა არ იცვლება სითბოს ძრავის მუშაობის დროს, ციკლის ბოლოს: სამუშაო სითხის გათბობა-გაფართოება-გაგრილება – შეკუმშვა, ვარაუდობენ, რომ მანქანა უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას.

თითოეული ციკლისთვის, თერმოდინამიკის პირველი კანონის საფუძველზე, ჩვენ შეგვიძლია დავწეროთ, რომ სითბოს რაოდენობა ქგამათბობლიდან მიღებული სითბო, სითბოს რაოდენობა | ქცივი | მაცივარს მიეწოდება და სამუშაო სითხის მიერ შესრულებული სამუშაო ა   ერთმანეთთან ურთიერთკავშირშია:

ა = ქსითბო - | ქდარბაზი |

რეალურ ტექნიკურ მოწყობილობებში, რომლებსაც თერმული აპარატები ეწოდებათ, სამუშაო სითხე თბება საწვავის წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს გამო. ასე რომ, ელექტროსადგურის ორთქლის ტურბინაში, გამათბობელი არის ღუმელი ცხელი ნახშირისგან. შიდა წვის ძრავში (ICE), წვის პროდუქტები შეიძლება ჩაითვალოს გამათბობლად, ხოლო ზედმეტი ჰაერი - სამუშაო სითხე. ისინი იყენებენ ატმოსფერულ ჰაერს ან წყალს ბუნებრივი წყაროდან, როგორც მაცივარი.

სითბოს ძრავის (მანქანა) ეფექტურობა

სითბოს ძრავის ეფექტურობა (ეფექტურობა)   არის ძრავის მიერ შესრულებული სამუშაოს თანაფარდობა გამათბობლიდან მიღებული სითბოს ოდენობასთან:

ნებისმიერი სითბოს ძრავის ეფექტურობა ნაკლებია ვიდრე ერთიანობა და გამოხატულია პროცენტულად. გამათბობელიდან მიღებული სითბოს მთელი ოდენობის მექანიკურ დამუშავებად გადაქცევის შეუძლებლობა არის ციკლური პროცესის ორგანიზების საჭიროების ფასი და თერმოდინამიკის მეორე კანონიდან გამომდინარეობს.

რეალურ სითბოს ძრავებში, ეფექტურობა განისაზღვრება ექსპერიმენტული მექანიკური ენერგიით ნ   ძრავა და საწვავის რაოდენობა თითო ერთეულის დროს. თუ დროულად ტ   მასობრივი დაწვა საწვავი მ   და წვის სპეციფიკური სითბო ქშემდეგ

მანქანებისთვის, მითითება ხშირად არის მოცულობა ვ   გზაზე დაწვა საწვავი ს   მექანიკური ძრავის დროს ნ   და სიჩქარით. ამ შემთხვევაში, თუ გავითვალისწინებთ საწვავის სიმკვრივეს, შეგვიძლია დავწეროთ ეფექტურობის გამოანგარიშების ფორმულა:

თერმოდინამიკის მეორე კანონი

რამდენიმე ენა არსებობს   თერმოდინამიკის მეორე კანონი. ერთ-ერთი მათგანი ამბობს, რომ შეუძლებელია სითბოს ძრავა, რომელიც სამუშაოს შეასრულებს მხოლოდ სითბოს წყაროს გამო, ე.ი. მაცივრის გარეშე. სინამდვილეში, ოკეანეებს შეეძლოთ მისთვის ემსახურათ შინაგანი ენერგიის ამოუწურავი წყარო (ვილჰელმ ფრიდრიხ ოსტვალდი, 1901).

თერმოდინამიკის მეორე კანონის სხვა ფორმულირებები ამის ტოლფასია.

კლაუსიუსის ფორმულირება   (1850): შეუძლებელია პროცესი, რომლის დროსაც სითბო სპონტანურად გადადის სხეულებისგან უფრო ნაკლებ გაცხელებული სხეულებისგან უფრო ცხელ სხეულზე.

ტომსონის სიტყვები   (1851): შეუძლებელია წრიული პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგი იქნება სამუშაოების წარმოება სითბოს რეზერვუარის შიდა ენერგიის შემცირებით.

კლაუსიუსის ფორმულირება   (1865 წ.): დახურული არაკვალიფიციური სისტემის ყველა სპონტანური პროცესი ხდება იმ მიმართულებით, რომელშიც იზრდება სისტემის ენტროპია; თერმული წონასწორობის მდგომარეობაში ის მაქსიმალური და მუდმივია.

ბოლცმანის ფორმულირება   (1877): მრავალი ნაწილაკის დახურული სისტემა სპონტანურად გადის უფრო მოწესრიგებული მდგომარეობიდან ნაკლებად შეკვეთილზე. სისტემის სპონტანური გასვლა წონასწორობის მდგომარეობიდან შეუძლებელია. ბოლტმანმა შემოიღო არეულობის რაოდენობრივი ზომა მრავალ სისტემაში, რომელთა შემადგენლობაშიც შედის - ენტროპია.

სითბოს ძრავის ეფექტურობა იდეალური გაზით, როგორც სამუშაო სითხე

თუ გათბობის ძრავში სამუშაო სითხის მოდელი (მაგალითად, იდეალური გაზი) მითითებულია, მაშინ შეიძლება გამოითვალოს სამუშაო სითხის თერმოდინამიკური პარამეტრების ცვლილება გაფართოებისა და შეკუმშვის დროს. ეს საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ სითბოს ძრავის ეფექტურობა თერმოდინამიკის კანონების საფუძველზე.

ფიგურაში ნაჩვენებია ციკლები, რომლისთვისაც შესაძლებელია ეფექტურობის გამოანგარიშება, თუ სამუშაო სითხე იდეალური გაზია და პარამეტრები მითითებულია ერთი თერმოდინამიკური პროცესის მეორეზე გადასვლის წერტილებში.

კარნოტის ციკლი. იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობა

ყველაზე მაღალი ეფექტურობა მოცემულ გამათბობელ ტემპერატურაზე ტსითბო და მაცივარი ტდარბაზს აქვს გათბობის ძრავა, სადაც სამუშაო სითხე აფართოებს და აფორმებს კარნოტის ციკლი   (ნახ. 2), რომლის გრაფიკი შედგება ორი იზოთერმიდან (2-3 და 4–1) და ორი ადიაბატი (3–4 და 1–2).

კარნოტის თეორემა   ამტკიცებს, რომ ასეთი ძრავის ეფექტურობა არ არის დამოკიდებული გამოყენებული სამუშაო სითხეში, ასე რომ იგი შეიძლება გამოითვალოს თერმოდინამიკური ურთიერთობების გამოყენებით იდეალური გაზისთვის:

სითბოს ძრავების გარემოზე ზემოქმედება

თერმული აპარატების ინტენსიური გამოყენება ტრანსპორტში და ენერგეტიკის სექტორში (თბო და ბირთვული ელექტროსადგურები) მნიშვნელოვნად გავლენას ახდენს დედამიწის ბიოსფეროზე. მიუხედავად იმისა, რომ დედამიწის კლიმატზე ადამიანის საქმიანობის გავლენის მექანიზმებზე არსებობს მეცნიერული დავა, მრავალი მეცნიერი აღნიშნავს იმ ფაქტორებს, რომელთა გამო შეიძლება ასეთი გავლენა მოხდეს:

1. სათბურის ეფექტი არის ატმოსფეროში ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის გაზრდა (სითბოს ძრავების გამათბობლებში წვის პროდუქტი). ნახშირორჟანგი გადის მზის თვალსაჩინო და ულტრაიისფერ გამოსხივებას, მაგრამ შთანთქავს ინფრაწითელ გამოსხივებას, რომელიც კოსმოსში გადადის დედამიწიდან. ეს იწვევს ქვედა ატმოსფეროს ტემპერატურის ზრდას, ქარიშხალი ქარის გამძაფრებას და ყინულის გლობალურ დნობას.
2. ტოქსიკური გამონაბოლქვი აირების პირდაპირი მოქმედება ველურ ბუნებაზე (კანცეროგენები, სმოკი, მჟავა წვიმა წვის შემდგომი პროდუქტებიდან).
3. ოზონის ფენის განადგურება თვითმფრინავების ფრენების და რაკეტების გაშვების დროს. ზემო ატმოსფეროს ოზონი იცავს მთელ ცხოვრებას დედამიწაზე მზის ულტრაიისფერი გამოსხივებისგან.

განვითარებადი გარემოსდაცვითი კრიზისიდან გამოსავალი მდგომარეობს სითბოს ძრავების ეფექტურობის გაზრდაში (თანამედროვე გათბობის ძრავების ეფექტურობა იშვიათად აღემატება 30% -ს); მავნე გამონაბოლქვი აირების სამუშაო ძრავების და ნეიტრალიზატორების გამოყენება; ალტერნატიული ენერგიის წყაროების (მზის პანელები და გამათბობლები) და ალტერნატიული სატრანსპორტო საშუალებების (ველოსიპედები და ა.შ.) გამოყენება.

როდესაც ვსაუბრობთ პროცესების შექცევადობაზე, უნდა გავითვალისწინოთ, რომ ეს არის გარკვეული იდეალიზაცია. ყველა რეალური პროცესი შეუქცევადია, შესაბამისად, ციკლები, რომელზედაც მოქმედებენ სითბური ძრავები, ასევე შეუქცევადია და, შესაბამისად, არასაკმარისი. ამასთან, ამგვარი ციკლების რაოდენობრივი შეფასებების გასამარტივებლად საჭიროა მათი წონასწორობა განიხილონ, ანუ, თითქოს ისინი მხოლოდ წონასწორობის პროცესებისგან შედგებოდნენ. ეს მოითხოვს კლასიკური თერმოდინამიკის კარგად განვითარებულ აპარატს.

იდეალური Carnot ძრავის ცნობილი ციკლი ითვლება წონასწორობის უკუ წრიული პროცესის წონასწორობით. რეალურ პირობებში, ნებისმიერი ციკლი არ შეიძლება იყოს იდეალური, რადგან არის ზარალი. იგი ხდება ორ სითბოს წყაროს შორის, მუდმივი ტემპერატურა სითბოს ჩაძირვაში ტ 1   და სითბოს ჩაძირვა ტ   2, აგრეთვე სამუშაო სითხე, რომელშიც იდეალური გაზი მიიღება (ნახ. 3.1).

სურ. 3.1.სითბოს ძრავის ციკლი

ჩვენ გვჯერა რომ ტ 1 > ტ   2 და სითბოს ჩაძირვა სითბოს ჩაძირვიდან და სითბოს ჩაძირვით სითბო არ მოქმედებს მათ ტემპერატურაზე, ტ 1   და ტ 2   მუდმივი იყავი სითბოს ძრავის დგუში მარცხენა უკიდურეს მდგომარეობაში მიუთითეთ გაზის პარამეტრები: წნევა - გვ 1   მოცულობა - V 1ტემპერატურა ტ 1. ეს არის წერტილი 1 ღერძზე გრაფიკზე P-V.ამ მომენტში, გაზი (სამუშაო საშუალო) ურთიერთქმედებს სითბოს გადამცემთან, რომლის ტემპერატურა ასევე ტ   1. როდესაც დგუში მარჯვნივ მოძრაობს, ცილინდრში გაზის წნევა მცირდება, ხოლო მოცულობა იზრდება. ეს გაგრძელდება მანამ, სანამ დგუში მიდის მე -2 პუნქტით განსაზღვრულ მდგომარეობაში, სადაც სამუშაო სითხის (გაზის) პარამეტრები მიიღებს P 2, V 2, მნიშვნელობებს. ტ 2. ტემპერატურა ამ ეტაპზე უცვლელი რჩება, რადგან გაზისა და სითბოს გადაცემის ტემპერატურა იგივეა, დგუშის გადასვლის დროს 1 წერტილიდან 2 წერტილამდე (გაფართოება). ისეთი პროცესია, რომელშიც ტარ იცვლება, ეწოდება იზოთერმული და მრუდი 1-2 ეწოდება იზოთერმი. ამ პროცესში სითბო გადადის სითბოს გადამცემიდან სამუშაო სითხეში Q 1.

მე -2 წერტილში, ცილინდრი მთლიანად იზოლირებულია გარე გარემოდან (არ არსებობს სითბოს გადაცემა), ხოლო დგუშის მარჯვნივ გადაადგილებით, წნევა მცირდება და ტომი იზრდება მრუდი 2-3-ის შესაბამისად, რომელსაც ეწოდება. ადიაბატური(პროცესი გარე გარემოში სითბოს გაცვლის გარეშე). როდესაც დგუში გადადის უკიდურესად სწორ პოზიციაზე (წერტილი 3), გაფართოების პროცესი დასრულდება და პარამეტრებს ექნება მნიშვნელობები P 3, V 3, ხოლო ტემპერატურა გახდება გათბობის რადიატორის ტემპერატურა. ტ   2. დგუშის ამ პოზიციით, სამუშაო სითხის იზოლაცია მცირდება და ის ურთიერთქმედებს სითბოს მიმღებთან. თუ ახლა თქვენ გაზრდით ზეწოლას დგუშიზე, ის გადადის მარცხნივ მუდმივ ტემპერატურაზე ტ 2   (შეკუმშვა). ეს ნიშნავს, რომ ამ შეკუმშვის პროცესი იქნება იზოთერმული. ამ პროცესში სითბო Q 2   სამუშაო სითხედან სითბოს ჩაძირვაში გადავა. დგუში, რომელიც მარცხნივ გადადის, მე –4 წერტილამდე მივა პარამეტრებით გვ 4, V 4   და T 2, სადაც სამუშაო სითხე კვლავ იზოლირებულია გარე გარემოდან. შემდგომი შეკუმშვა ხდება ადიაბატის 4-1 შესაბამისად, ტემპერატურის მატებასთან ერთად. 1-ე ეტაპზე, შეკუმშვა მთავრდება სამუშაო სითხის პარამეტრებით P 1, V 1, T 1. დგუში დაბრუნდა თავდაპირველ მდგომარეობაში. 1-ე ეტაპზე, სამუშაო სითხის იზოლაცია გარე გარემოდან ამოღებულია და ციკლი მეორდება.

იდეალური კარნოტის ძრავის ეფექტურობა.