7.1 Дөңгелек процестер. Жылу машиналарының пәк-і
Термодинамиканың
бірінші бастамасы жүйенің сыртқы
денелерден алған жылу есебінен жұмысты
атқару мүмкіндігі болатынын көрсетеді.
Мысалы, 1-2 күйлердің арасында идеал
газды изотермиялы ұлғайтса 
.
7.1 Сурет
Бірақ,
жылу машиналарының жұмыс істеуі дөңгелек
(циклдік) процестерге негізделген.
Дөңгелек процесс деп жүйенің жүйеде
өтетін өзгерістерден кейін бастапқы
күйіне қайтып келуін айтады. Мұндай
жағдайда
жылу
мөлшерінің қандай да бір бөлігі ортаға
қайтып беріледі.
Жұмыс
денесі қыздырғыштан
жылуды
алып, салқындатқышқа
жылуды
береді және осы жылу мөлшерлерінің
айырмасы
пайдалы
жұмысты береді (7.1 сурет). Жылу двигателінің
тиімділігі оның пайдалы әсер коэффициентімен
сипатталады
.
(7.1)
(7.1) өрнегі жылу машиналарының ПӘК-і әрқашан бірден кіші болатынын көрсетеді. Бұл қорытынды термодинамиканың бірінші бастамасының салдары болып табылмайды, ол негізгі заңдардың тағы бір түрі – термодинамиканың екінші заңының мазмұнын сипаттап береді. Бұл заңның басқа тұжырымдамалары: :
- тек қана жұмыс өндіретін немесе бір жылулық резервуармен энергия алмасуын жасайтын циклдік процесс болуы мұмкін емес (У.Томсон);
екінші текті мәңгі двигатель болуы мүмкін емес (В.Оствальд);
- салқын денеден ыстық денеге жылу берілуі мүмкін болатын циклдік процесс болуы мүмкін емес (Р.Клаузиус).
Екінші бастаманың эмпирикалық тұжырымдамалары математикалық түрде тұжырымдалмайды. Олар бір-біріне эквивалентті.
7.2 Термодинамиканың екінші заңы – энтропияның өсу заңы
Термодинамиканың екінші заңының барлық қаралған тұжырымдамалары процестің мүмкіндіктерін талдау үшін энергия мөлшерінің сақталуының жеткіліксіз екенін көрсетеді. Энергия сандық түрде ғана емес, сапалық түрде де сипатталуы қажет. Энергияның сапасын анықтайтын және термодинамиканың екінші заңындағы шектеулерді сандық түрде сипаттайтын шама S энтропия болып табылады.
Термодинамиканың екінші заңының жалпылама тұжырымдамасы энтропия ұғымымен байланысты:
оқшауланған жүйеде энтропия артпайды
,
.
(7.2)
(7.2) өрнегінде теңдік белгісі жүйеде тек қайтымды процестер жүрсе, қойылады, демек, энтропия тұрақты. Барлық нақты процестердің барлығы қайтымсыз болғандықтан оқшауланған жүйеде энтропия әрдайым артады. Энтропияның артуы жүйенің ықтималдылығы аз күйден ықтималдылығы көп күйге, яғни тепе-теңдік күйге ауысуын көрсетеді.
Бірақ флуктуациялар да болуы мүмкін. Оқшауланған жүйедегі энтропияның арту заңы статистикалық сипатқа ие.
(7.2) –да математикалық түрде өрнектелген термодинамиканың екінші заңы оған дейін қарастырылған тұжырымдамалармен астасады.
Жылу
машиналарының жұмысын талдасақ, жүйеге
dQ
жылу түрінде берілген барлық энергияны
dA
жұмысқа айналдыру үшін оның қандай да
бір бөлігі жеткілікті
,
және неғұрлым аз болса, соғұрлым энтропия
көп болады. Бұл жағдай энтропияны
жұмыс істеу қабілетінің өлшемі деп
сипаттауға мүмкіндік береді. Жүйенің
энтропиясының артуы табиғи процестердің
ерекше белгісі болып табылады және
энергия сапасының төмендеуіне алып
келеді. Оқшауланған жүйе әрқашан
энтропиясы максимал мәнге жететін, ал
энергия «құнсызданатын» термодинамикалық
тепе-теңдік күйге өтеді.
Энтропия ұғымы тек оқшауланған жүйелерге ғана емес, ашық жүйелерге де қатысты. Әр түрлі техникалық құрылғылар мен технологияларды жасауда энергия, энтропия және жүйенің жұмыс істеу мүмкіндігінің арасындағы байланысты назарда ұстау қажет.
№8 дәріс. Тасымал құбылыстары
Дәрістің мақсаттары:
тасымал құбылыстарымен танысу ;
тасымал құбылыстарының ортақ заңдылықтарын, механизмдерін және жеке сипаттамаларын түсіндіру.