O’zbekiston Respublikasi Axborot Texnologiyalari va Kommunikatsiyalarini Rivojlantirish Vazirligi Muhammad Al-Xorazmiy Nomidagi Toshkent Axborot Texnologiyalari Unversiteti
Yüklə 243,1 Kb. Pdf görüntüsü
|
| Termodinamika
- termodinamik muvozanat holatida turgan makroskopik tizimlarning umumiy xossalariga bu holatlar orasidagi utish jarayonlari togrisidagi fan. T. fundamental qonun va tamoyillar asosida quriladi. T.ning birinchi bosh qonuni tizimning energiya saqlanish qonuni bolib, unga, asosan, tizim ozining ichki energiyasi yoki qandaydir tashqi energiya manbai hisobiga ish bajarishi mumkin. Bu krnunni Yu. R. Mayer tariflagan. G. Gelmgolts aniqroq shaklga keltirgan 1874. T.ning ikkinchi bosh qonun i quyidagicha: issiqlik energiyasi ishga aylanish jarayonida toliq miqdorda ishga aylanmaydi, issiqlik sovuq tizimdan issiq tizimga ozozidan ota olmaydi. Bu qonunni R. Klauzius tariflagan 1850. Bu konunga asosan, har qanday mashina uzatilgan issiklikni toliq ishga aylantira olmaydi, issiklikning malum qismi sovitkichda qoladi qarang Karno sikli. T.ning uchinchi bosh qonuni entropiyaning mutlaq qiymatini aniqlaydi; Nernstning issiqlik qonuni deb ham ataladi. Bu qonunga kora, ixtiyoriy tizimning entropiya S si mutlaq nolga intiladigan har qanday temperatura T.da bosimga, zichlikka bogliq bolmagan eng oxirgi chegaraviy qiymatiga erishadi. 1911 yilda M. Plank bu qonunni quyidagicha ifodalagan: temperatura mutlaq nolga intilganda tizim entropiyasi ham nolga intiladi. T. umumiy yoki fizik T.ga, T. qonunlarini issiqlik texnikasiga tatbiq qiluvchi texnik T.ga, T. qonunlarini kimyoviy va fizikkimyoviy jarayonlarga tatbiq qiluvchi kimyoviy T. ga, T. qonunlari yordamida qaytmas jarayonlarni organuvchi qaytmas jarayonlar T.siga bolinadi. Termodinamik muvozanat - termodinamik tizim holati; bunda tizimni tavsiflovchi barcha parametrlar aniq qiymatlarga ega boʻlib, bu qiymatlar tashqi muhit oʻzgarmasa, istagancha vaqt davomida oʻzgarmay qolaveradi. Termodinamik muvozanat holatiga oʻtgan tizimda issiqlik oʻtkazuvchanlik, diffuziya kabi har qanday qaytmas jarayonlar toʻxtaydi. Tizimning tashqi muhit bilan oʻzaro munosabatiga qarab, uning Termodinamik muvozanat holatiga oʻtganligini turli fizik kattaliklarning kuzatilayotgan sharoitdagi erishgan chegaraviy qiymatlari orqali aniklash mumkin. Mac, tashqi muhitdan adiabatik tarzda ajratilgan tizimda entropiya oʻzining erishishi mumkin boʻlgan eng katta qiymatga ega boʻladi; termostatdagi tizim uchun erkin energiya eng kichik qiymatni oladi; oʻzgarmas tashqi bosim taʼsirida boʻlgan termostatdagi tizim uchun Gibbs termodinamik potensiali eng kichik qiymatga erishadi.Agar sistema jarayon davomida dastlabki holatiga qaytib kelmasa, bunday jarayonga qaytmas jarayon deyiladi. Agar to’g’ri va teskari jarayondan so’ng sistema dastlabki holatiga qaytib kelsa-yu, atrof muhitda o’zgarish yuz bersa, bu jarayon qaytmas jarayondir. Tabiatdagi real jarayonlar qaytmas jarayonlardir. Ularga ko’plab misollar keltirish mumkin. Masalan: isiqlik o’tkazuvchanlik, nurlanish, ishqalanish va boshqalar. Qaytuvchan jarayonda sistema dastlabki holatiga qaytib keladi, atrof muhitda xech qanday o’zgarish yuz bermaydi. To’g’ri va teskari yo’nalishda sodir bo’luvchi qaytuvchan jarayonda sistema bir holatdan turli yo’nalishda o’tishi va shu holatga qaytib kelishi mumkin. Qaytuvchan jarayon deb, har ikki yo’nalishda ham o’ta oladigan va dastlabki o’zining holatiga atrofdagi jismlarda hech qanday o’zgarish qilmasdan qaytadigan jarayonga aytiladi. Real sharoitda qaytuvchan jarayonni amalga oshirib bo’lmaydi. Lekin juda sekin sodir bo’luvchi ayrim jarayonlar qaytuvchan bo’lishi mumkin. Qaytuvchan jarayon muvozanatli jarayon hamdir. U bir necha muvozantli holatlarning to’plamidan iborat. Ideal gaz uchun Karno tsikli va uning f.i.k. Karno TD ning II-qonuniga asoslanib quyidagi teoremani chiqaradi: Sovutgich va isitgichini temperaturasi bir xil bo’lgan davriy ravishda ishlaydigan hamma issiqlik mashinalarini ichida qaytuvchan protsess bilan ishlovchi eng katta f.i.k. ega bo’lib, ularning f.i.k. issitgich va sovutgichning temperaturalari bir xil bo’lganida bir - biriga teng bo’ladi va mashinani konstruktsiyasi va ishchi moddaning tabiatiga bog’liq bo’lmaydi. Karno o’rgangan tsikl ikkita izoterma va ikkita adiabatadan iborat. Karno tsiklida ishchi jism bo’lib, poroshenp ostidagi idishda joylashgan ideal gaz hizmat qilishi mumkin. Chuqur farq muvozanatni muvozanatsiz termodinamikadan ajratib turadi. Muvozanat termodinamikasi jismoniy jarayonlarning vaqt yo'nalishlarini inobatga olmaydi. Aksincha, muvozanatsiz termodinamika o'z vaqtlarini doimiy tafsilotlar bilan tavsiflashga urinadi. Muvozanat termodinamikasi uning mulohazalarini termodinamik muvozanatning dastlabki va oxirgi holatlariga ega bo'lgan jarayonlar bilan cheklaydi; jarayonlarning vaqt kurslari ataylab e'tiborsiz qoldiriladi. Binobarin, muvozanat termodinamikasi termodinamik muvozanatdan yiroq holatlar orqali o'tadigan jarayonlarga imkon beradi, ularni hatto muvozanatsiz termodinamikaga qabul qilingan o'zgaruvchilar ham ta'riflab berolmaydi,[4] harorat va bosimning o'zgarishi vaqt stavkalari kabi.[5] Masalan, muvozanat termodinamikasida muvozanatsiz termodinamika bilan ta'riflab bo'lmaydigan kuchli portlashni ham o'z ichiga olgan jarayonga ruxsat beriladi.[4] Muvozanat termodinamikasi nazariy rivojlanish uchun "kvazi-statik jarayon" ning idealizatsiyalangan tushunchasidan foydalanadi. Kvazi-statik jarayon - bu termodinamik muvozanat holatlarining uzluksiz yo'li bo'ylab kontseptual (abadiy va jismonan imkonsiz) silliq matematik o'tish.[6] Bu amalda yuz berishi mumkin bo'lgan jarayon emas, balki differentsial geometriyadagi mashqdir. Muvozanatsiz termodinamikaga, aksincha, uzluksiz vaqt kurslarini tavsiflashga urinish, bunga muhtoj holat o'zgaruvchilari muvozanat termodinamikasi bilan juda yaqin aloqada bo'lish.[7] Bu muvozanatsiz termodinamikaning doirasini chuqur cheklaydi va uning kontseptual doirasiga katta talablar qo'yadi. Muvozanatsiz termodinamik holat o'zgaruvchilarini belgilaydigan mos munosabatlar quyidagicha. Tizim termodinamik muvozanatga etarlicha yaqin bo'lgan holatlarda sodir bo'lganda, muvozanatsiz holat o'zgaruvchilari shunday bo'ladiki, ular termodinamik holat o'zgaruvchilarini o'lchash uchun ishlatiladigan texnikada yoki shunga mos ravishda etarli darajada aniqlikda mahalliy darajada o'lchanishi mumkin. vaqt va makon hosilalari, shu jumladan moddalar va energiya oqimlari. Umuman olganda, muvozanatsiz termodinamik tizimlar fazoviy va vaqtincha bir xil emas, ammo ularning bir xil bo'lmaganligi hali ham muvozanatsiz holat o'zgaruvchilarining vaqt va fazoviy hosilalari mavjudligini qo'llab-quvvatlash uchun etarli darajada silliqlikka ega. Fazoviy bir xil bo'lmaganligi sababli, keng termodinamik holat o'zgaruvchilariga mos keladigan muvozanat bo'lmagan holat o'zgaruvchilari, mos keladigan keng muvozanat holati o'zgaruvchilarining fazoviy zichligi sifatida belgilanishi kerak. Tizim termodinamik muvozanatga etarlicha yaqin bo'lgan hollarda, intensiv muvozanat bo'lmagan holat o'zgaruvchilari, masalan, harorat va bosim, muvozanat holati o'zgaruvchilariga juda mos keladi. Tegishli bir xillikni anglash uchun o'lchash zondlari etarlicha kichik va tezda javob beradigan bo'lishi kerak. Bundan tashqari, muvozanat holatining o'zgaruvchilari muvozanat termodinamik holati o'zgaruvchilari o'rtasidagi mos keladigan munosabatlarga o'xshash tarzda matematik jihatdan bir- biri bilan bog'liq bo'lishi talab qilinadi.[8] Aslida, bu talablar juda talabchan bo'lib, ularni qondirish qiyin yoki amaliy, hatto nazariy jihatdan imkonsiz bo'lishi mumkin. Bu muvozanat bo'lmagan termodinamikaning bajarilayotgan ish ekanligining bir qismidir. Muvozanatsiz tizimlarning ko'pgina misollari mavjud, ba'zilari juda oddiy, masalan, har xil haroratda yoki odatdagi ikkita termostat o'rtasida joylashgan tizim Kouet oqimi, qarama-qarshi yo'nalishda harakatlanadigan va devorlarda muvozanat bo'lmagan sharoitlarni belgilaydigan ikkita tekis devor orasiga o'ralgan suyuqlik. Lazer harakat ham muvozanat bo'lmagan jarayondir, lekin bu mahalliy termodinamik muvozanatdan chiqib ketishga bog'liq va shu bilan klassik qaytarilmas termodinamikaning doirasidan tashqarida bo'ladi; Bu erda ikkita molekulyar erkinlik darajasi (molekulyar lazer, tebranish va aylanish molekulyar harakati bilan) o'rtasida haroratning kuchli farqi saqlanib qoladi, bu kosmosning kichik bir mintaqasida ikkita komponentli "harorat" talabidir, bu faqat mahalliy termodinamik muvozanatni istisno qiladi. bitta harorat kerak. Akustik bezovtalanish yoki zarba to'lqinlarining susayishi statsionar bo'lmagan muvozanatli jarayonlardir. Haydovchi murakkab suyuqliklar, turbulent tizimlar va ko'zoynaklar muvozanatsiz tizimlarning boshqa misollari. Makroskopik tizimlarning mexanikasi bir qator ekstremal miqdorlarga bog'liq. Shuni ta'kidlash kerakki, barcha tizimlar atrof-muhit bilan doimiy ravishda o'zaro ta'sir qiladi va shu bilan muqarrar tebranishlarni keltirib chiqaradi. keng miqdorlar. Termodinamik tizimlarning muvozanat shartlari entropiyaning maksimal xususiyati bilan bog'liq. Agar o'zgarishga ruxsat berilgan yagona katta miqdor ichki energiya bo'lsa, boshqalari qat'iy doimiy ravishda saqlanib turadigan bo'lsa, tizim harorati o'lchovli va mazmunli bo'ladi. Keyinchalik tizimning xususiyatlari termodinamik potentsial yordamida eng qulay tarzda tavsiflanadi Helmholtsning erkin energiyasi (A = U - TS), a Legendre transformatsiyasi energiya. Agar energiyaning tebranishlari yonida tizimning makroskopik o'lchamlari (hajmi) o'zgaruvchan bo'lib qolsa, biz Gibbs bepul energiya (G = U + PV - TS), bu erda tizimning xususiyatlari harorat bilan ham, bosim bilan ham aniqlanadi Muvozanatsiz tizimlar ancha murakkab va ular yanada keng miqdordagi tebranishlarga duch kelishi mumkin. Chegaraviy shartlar ularga tez-tez termodinamik kuchlar deb ataladigan harorat gradyanlari yoki buzilgan kollektiv harakatlar (kesish harakatlari, girdoblar va boshqalar) kabi intensiv o'zgaruvchilarni yuklaydi. Agar muvozanat termodinamikasida erkin energiya juda foydali bo'lsa, shuni ta'kidlash kerakki, energiyaning muvozanatsiz xususiyatlarini belgilaydigan umumiy qonun yo'q, chunki termodinamikaning ikkinchi qonuni entropiya muvozanat termodinamikasida. Shuning uchun bunday hollarda Legendre konvertatsiyasini yanada kengroq ko'rib chiqish kerak. Bu Massening kengaytirilgan salohiyati, ta'rifi bo'yicha entropiya (S) to'plamining vazifasidir keng miqdorlar . Har bir katta miqdor konjuge intensiv o'zgaruvchiga ega (bu erda intensiv o'zgaruvchining cheklangan ta'rifi ushbu havolada keltirilgan ta'rif bilan taqqoslash uchun ishlatiladi), shunday qilib: Keyin kengaytirilganni aniqlaymiz Massie funktsiyasi quyidagicha: qayerda bu Boltsmanning doimiysi, qayerdan. Mustaqil o'zgaruvchilar intensivlikdir. Zichlik - bu butun tizim uchun amal qiladigan global qadriyatlar. Chegaralar tizimga turli xil mahalliy sharoitlarni (masalan, harorat farqlari) o'rnatganda, o'rtacha qiymatni ifodalovchi intensiv o'zgaruvchilar, boshqalari esa gradyanlarni yoki undan yuqori momentlarni ifodalaydi. Ikkinchisi - bu tizim orqali keng xususiyatlarga ega bo'lgan oqimlarni boshqaradigan termodinamik kuchlar. Legendre konvertatsiyasi, muvozanatda bo'ladimi yoki yo'qligidan qat'iy nazar, statsionar holatlar uchun kengaytirilgan Massie funktsiyasining minimal sharoitida entropiyaning maksimal holatini (muvozanatda amal qiladi) o'zgartirishi ko'rsatilishi mumkin. Termodinamikaning eng muhim tushunchalaridan biri qaytar va qaytmas jarayonlar haqidagi tushunchadir. Termodinamikaviy jarayon termodinamikaviy tizimning uzluksiz o‘zgarib turadigan holatlari to‘plamidan iborat. Tizimning har qanday ikkita holati 1 va 2 oralig‘ida bitta yo‘lning o‘zidan o‘tadigan ikkita jarayonni tasavvur etish mumkin: holat 1 dan holat 2 ga va aksincha, holat 2 dan holat 1 ga; bunday jarayonlar to‘g‘ri va teskari jarayonlar deb aytiladi. To‘g‘ri va teskari yo‘nalishlardagi jarayon natijasida termodinamikaviy tizim dastlabki holatiga qaytadigan jarayonlar qaytar jarayonlar deb aytiladi; buning natijasida atrof muhitda hech qanday o‘zgarish bo‘lmaydi. To‘g‘ri va teskari yo‘nalishlarda jarayon o‘tkazilganda tizim dastlabki holatiga qaytmaydigan jarayonlar qaytmas jarayon deb aytiladi. Amaliyotdan ma’lumki, birinchidan o‘z-o‘zidan sodir bo‘ladigan barcha tabiiy jarayonlar qaytmas bo‘ladi; tabiatda qaytar jarayonlar bo‘lmaydi; ikkinchidan, muvozanatga erishgan tizim keyinchalik shunday holatda qolaveradi, ya’ni holatini o‘zicha o‘zgartira olmaydi, bu esa o‘z- o‘zidan sodir bo‘ladigan har qanday jarayon qaytmasligi to‘g‘risidagi bundan oldin ta’riflangan daovoga mos keladi. Yuqorida aytib o‘tilganlar asosida quyidagi natijaga kelish qiyin emas: tizim faqat muvozanat holatiga kelmaganiga qadargina ish bajara oladi. ‘aqiqatan ham, har qanday issiqlik dvigatelida kamida ikkita issiqlik manbai – issiq va sovuq manbalar bo‘lgandagina ish olish mumkin. Agar issiq va sovuq manbalar temperaturalari tenglashsa, ya’ni issiq manba, ish jismi va sovuq manbadan iborat tizim issiqlik muvozanatiga kelsa, u holda issiqlik ko‘chishi to‘xtaydi va ish bajarilmaydi. Termodinamik tizimga kirgan jismlarning holati uzoq vaqt o‘zgarmasa, u holda tizim termodinamik muvozanatda bo‘ladi. Agar termodinamik tizimda jismlar bir xil holatda bo‘lmasa va ular bir-biri bilan issiqlik izolyatsion va absolyut qattiq to‘siqlar bilan ajratilgan bo‘lmasa, bu tizimda biror muddat vaqt o‘tishi bilan (ertami-kechmi) turg‘un termodinamik muvozanat hosil bo‘ladi. Termodinamik muvozanatda tizim tarkibidagi jismlar o‘zaro issiqlik almashmaydi va bir-biriga nisbatan harakatda bo‘lmaydi, ya’ni issiqlik va mexanik muvozanat sodir bo‘ladi. Termodinamik muvozanatda tizimni tashkil qilgan barcha jismlar bosimi va temperaturasi atrof-muhit bosimi va temperaturasiga teng bo‘ladi. Tashqi muhit o‘zgarishi bilan termodinamik tizimning holati o‘zgaradi ya’ni u muvozanatli holatdan muvozanatsiz holatga o‘tadi. Bu o‘zgarish atrof-muhit va tizimning bosimi va temperaturasi tenglashguncha, ya’ni turьun muvozanat qaror topguncha davom etadi. Amaliyot shuni ko‘rsatadiki, muvozanatga erishgan tizim keyinchalik shunday holatda qolaveradi, ya’ni holatini o‘zicha o‘zgartira olmaydi. Yuqorida aytib o‘tilganlar asosida quyidagi natijaga kelish qiyin emas: tizim faqat muvozanat holatiga kelmaguniga qadargina ish bajara oladi. Haqiqatan ham, har qanday issiqlik dvigatelida kamida ikkita issiqlik manbai - issiq va sovuq manbalar bo‘lgandagina ish olish mumkinligini bundan oldin qayd qilib o‘tilgan edi. Agar issiq va sovuq manbalar temperaturalari tenglashsa, ya’ni issiq manba, ish jismi va sovuq manbadan iborat tizim issiqlik muvozanatiga kelsa, u holda issiqlik ko‘chishi to‘xtaydi va ish bajarilmaydi. Ko‘rib chiqilgan barcha misollardan ko‘rinib turibdiki, tizimda muvozanatning bo‘lmasligi tizimda baozi bir o‘ziga xos kattaliklar ayirmasining mavjudligi bilan tavsiflanadi. Agar jarayonni amalga oshirish tezligi nolga intilsa, har qanday muvozanatdagimas jarayon muvozanatdagi jarayon bo‘lib qoladi. SHu bilan bir vaqtda har qanday muvozanatdagimas jarayon qaytmas va har qanday muvozanatdagi jarayon qaytar bo‘ladi. Ish bajariladigan siklik jarayonlar turli issiqlik mashinalarida amalga oshiriladi. Ish issiqlikka aylanadigan aylanma jarayonlar (sikllar) ni amalga oshiruvchi uzluksiz ishlaydigan tizim issiqlik dvigateli deb ataladi. Holatining o‘zgarishi hisobiga siklda ish hosil qilinadigan modda ishchi jism deb ataladi. Issiqlik mashinasidan foydali ish olish uchun quyidagidek shartlarni bajarish lozim: 1. Ishchi jism bo‘lishi lozim. Bu jism orqali issiqlik va ish o‘zaro aylanadi. 2. Kamida turli temperaturali ikki manba – temperaturasi yuqori bo‘lgan isitkich va temperaturasi past bo‘lgan sovitkich bo‘lishi lozim. 3. Issiqlik mashinasining ishi siklik bo‘lishi, ya’ni ishchi jism bir necha jarayonlardan so‘ng boshlang‘ich holatiga qaytishi lozim. 5.1-rasmda tasvirlangan issiqlik mashinasining aylanma siklini ko‘rib chiqaylik. Yüklə 243,1 Kb. Dostları ilə paylaş:
|