g10f-7.2· Fəsil 7: Termodinamikanın əsasları· ~13 dəq

Termodinamikanın II qanunu və istilik mühərrikləri

II qanun, istilik mühərriki, faydalı iş əmsalı.

Termodinamikanın II qanunu enerji saxlanmasını əlavə bir şərtlə məhdudlaşdırır: istilik öz-özünə heç vaxt soyuq cisimdən isti cismə keçə bilməz, yəni spontan istilik axını yalnız isti cisimdən soyuğa doğru mümkündür. Bundan bir nəticə çıxır: alınan istiliyin hamısını tam işə çevirən (FİƏ =100%= 100\%) istilik mühərriki yaratmaq mümkün deyildir. İstilik mühərrikinin iş prinsipi belədir: qızdırıcıdan Q1Q_1 istilik alınır, işçi cisim AA faydalı iş görür, qalan Q2Q_2 istilik soyuducuya verilir; enerji saxlanmasına görə A=Q1−Q2A = Q_1 - Q_2. Faydalı iş əmsalı (FİƏ) η=AQ1=Q1−Q2Q1\eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} kimi hesablanır və həmişə 11-dən kiçik olur. İdeal (Karno) mühərriki üçün bu maksimal FİƏ isə yalnız temperaturlarla təyin edilir: ηmax⁡=T1−T2T1\eta_{\max} = \frac{T_1 - T_2}{T_1}, burada T1T_1 — qızdırıcının, T2T_2 — soyuducunun mütləq temperaturu (K).

📌Nümunə

Məsələn: qızdırıcı temperaturu T1=500T_1 = 500 K, soyuducu temperaturu T2=300T_2 = 300 K olan Karno mühərriki üçün η=500−300500=0,4\eta = \frac{500 - 300}{500} = 0{,}4, yəni 40%40\% alınır.

Qrafiklər

İstilik mühərrikinin sxemi: qızdırıcıdan Q₁ istilik alınır, Q₂ soyuducuya verilir, görülən iş A = Q₁ − Q₂
İstilik mühərrikinin sxemi: qızdırıcıdan Q₁ istilik alınır, Q₂ soyuducuya verilir, görülən iş A = Q₁ − Q₂

Əsas terminlər

Termodinamikanın II qanunu — İstilik öz-özünə heç vaxt soyuq cisimdən isti cismə keçə bilməz; alınan istiliyin hamısını işə çevirən (FİƏ =100%= 100\%) mühərrik yaratmaq mümkün deyil.
İstilik mühərriki — Qızdırıcıdan alınan Q1Q_1 istiliyinin bir hissəsini AA faydalı mexaniki işə çevirən, qalan Q2Q_2 hissəsini isə soyuducuya ötürən qurğu.
Faydalı iş əmsalı (FİƏ) — Mühərrikin qızdırıcıdan aldığı istiliyin hansı hissəsinin faydalı işə çevrildiyini göstərən ölçüsüz kəmiyyət; η=AQ1\eta = \frac{A}{Q_1}.
Qızdırıcı — İstilik mühərrikinə Q1Q_1 istilik verən yüksək temperaturlu mənbə; mütləq temperaturu T1T_1 (K) ilə ifadə olunur.
Soyuducu — İstilik mühərrikindən Q2Q_2 istiliyi qəbul edən aşağı temperaturlu mühit; mütləq temperaturu T2T_2 (K) ilə ifadə olunur.
Karno mühərriki — İdeal istilik mühərriki; onun FİƏ-si yalnız qızdırıcı və soyuducunun mütləq temperaturlarından asılıdır: ηmax⁡=T1−T2T1\eta_{\max} = \frac{T_1 - T_2}{T_1}.
İstilik mühərrikinin əsas düsturları
KəmiyyətDüsturİzah
Faydalı işA=Q1−Q2A = Q_1 - Q_2Enerjinin saxlanması qanunundan alınır
FİƏ (ümumi)η=AQ1=Q1−Q2Q1\eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1}İstənilən istilik mühərriki üçün; həmişə η<1\eta < 1
FİƏ (%)η%=Q1−Q2Q1⋅100%\eta\% = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} \cdot 100\%Faizlə ifadə
Maksimal FİƏ (Karno)ηmax⁡=T1−T2T1\eta_{\max} = \frac{T_1 - T_2}{T_1}Yalnız ideal mühərrik üçün; TT mütləq temperaturdur (K)

Cədvəl 1. İstilik mühərrikinin işi ilə bağlı əsas düsturlar və onların mənası.

✎Karno mühərrikinin FİƏ-sinin hesablanması
  1. 1Məsələ: Qızdırıcının temperaturu T1=500 KT_1 = 500\ \text{K}, soyuducunun temperaturu T2=300 KT_2 = 300\ \text{K} olan Karno mühərrikinin maksimal FİƏ-sini həm onluq kəsr, həm də faizlə hesablayın.
  2. 2Düsturun yazılışı: Karno mühərriki üçün maksimal FİƏ düsturu: ηmax⁡=T1−T2T1\eta_{\max} = \frac{T_1 - T_2}{T_1}
  3. 3Ədədi qiymətlərin yerinə qoyulması: ηmax⁡=500 K−300 K500 K=200 K500 K=0,4\eta_{\max} = \frac{500\ \text{K} - 300\ \text{K}}{500\ \text{K}} = \frac{200\ \text{K}}{500\ \text{K}} = 0{,}4
  4. 4Faizə çevirmə: ηmax⁡=0,4⋅100%=40%\eta_{\max} = 0{,}4 \cdot 100\% = 40\%
  5. 5Cavab: Karno mühərrikinin maksimal FİƏ-si 0,40{,}4 və ya 40%40\%-dir. Bu o deməkdir ki, qızdırıcıdan alınan istiliyin ən yaxşı halda yalnız 40%40\%-i faydalı işə çevrilə bilər; qalan 60%60\% mütləq soyuducuya verilir.
🚫Tez-tez səhv

Soyuducuya verilən Q2Q_2 istiliyini unutmaq — ən çox yayılan səhvdir. İstilik mühərrikində ALINAN istilik Q1Q_1, VERİLƏN istilik isə Q2Q_2-dir. FİƏ düsturunda surətdə həmişə Q1−Q2Q_1 - Q_2 fərqi durur, tək Q1Q_1 yox.

⚠️Diqqət

Karno düsturunda temperaturları mütləq Kelvində (K\text{K}) yazın! Selsi (∘C^{\circ}\text{C}) ilə hesablama tamamilə səhv nəticə verər. Unutmayın: T(K)=t(∘C)+273T(\text{K}) = t(^{\circ}\text{C}) + 273.

Qaydalar

  1. 1II qanun: istilik öz-özünə soyuq cisimdən isti cismə keçə bilməz; FİƏ =100%= 100\% olan mühərrik mümkün deyil.
  2. 2İstilik mühərriki: A=Q1−Q2A = Q_1 - Q_2, burada Q1Q_1 — qızdırıcıdan alınan, Q2Q_2 — soyuducuya verilən istilik.
  3. 3FİƏ düsturu: η=AQ1=Q1−Q2Q1\eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1}; həmişə η<1\eta < 1.
  4. 4Karno dövrünün maksimal FİƏ-si: ηmax⁡=T1−T2T1\eta_{\max} = \frac{T_1 - T_2}{T_1} (TT — Kelvində).
  5. 5Ümumi səhv: Q2Q_2 hədini unutmaq; η\eta-nı Q2Q1\frac{Q_2}{Q_1} ilə hesablamaq; TT yerinə tt (°C) işlətmək.

Məşq

10 asan · 10 orta · 10 çətin

Hər testdə təsadüfi 10 sual seçilir

AsanOrtaÇətinQarışıq