2.11 Дөңгелектік процесс. Жылу машиналары

Газ ұлғая отырып С₁ күйден С₂ күйге келсін, бұдан соң сығылу арқылы қайтадан С₁ күйіне келсін. Ұлғаю С₁С’C₂ қисығы бойымен, ал сығылу C₂C’’C₁ қисығы бойымен жүрсін. С₁С’C₂С₁ қисығы арқылы өрнектелген толық процесс дөңгелектік процесс делінеді (2.11.1- сурет).

Ұлғаю кезіндегі жұмыс C₁C’C₂B₂B₁ фигурасының ауданы арқылы анықталады, бұл жұмыс А₁>0 болады.

2.11.1- сурет. Дөңгелектік процесс

Сығылу кезіндегі жұмыс C₁C^{``</sup>C<sub>2</sub>B<sub>2</sub>B<sub>1</sub> фигурасының ауданы арқылы анықталады, бұл жұмыс А<sub>1</sub><0 болады. Газдың толық жұмысы А=A<sub>1</sub>+A<sub>2</sub> арқылы анықталады. Бұл суреттегі C<sub>1</sub>C<sup>`</sup>C<sub>2</sub>B<sub>2</sub>B<sub>1</sub> мен C<sub>1</sub>C<sup>`</sup>C<sub>2</sub>B<sub>2</sub>B<sub>1</sub> фигураларының айырмасы арқылы анықталады, бұл аудан C<sub>1</sub>C<sup>`</sup> C<sub>2</sub>C<sup>``}C₁ фигурасының ауданына тең болады. Бұл кезде А>0 болады.

С₁ күйдегі заттың ішкі энергиясын U₁, ал C₂ күйдегі ішкі энергиясын U₂ дейік. C₁C^`C₂ қисығы бойынша ұлғаю кезіндегі жұмыстық дененің алған жылуын Q₁, ал C₂C^``C₁ қисығы бойынша сығылу кезінде берген жылуын Q₂ дейік. Сонда термодинамиканың 1-ші заңын мынадай болады:

(2.11.1) (2.11.2)

(2.11.1) және (2.11.2) формулаларды бір-біріне қосқанда

.

жүйе жұмысы жылулар айырмасының нәтижесінде істеледі. Сол кездегі пайдалы әсер коэффициенті (п.ә.к):

(2.11.3)

Жылу машинасының жұмыс істеу принципі 2.11.2-суретте көрсетілген. Мұндағы Q₁ – жұмыстық дененің қыздырғыштан алған жылуы, Q₂ – жұмыстық дененің суытқышқа берген жылуы. Жұмыстық дененің істеген жұмысы

Егер циклді кері жүргізсе суытқыш машинаның циклі шығады (2.11.3-сурет).

Ұлғаю C₁C’’C₂ қисығымен орындалса, істелген жұмыс A₁>0, ал сығылу C₂C’C₁ қисығымен орындалса, істелген жұмыс A₂<0.

2.11.12- сурет

2.11.13-сурет

Жылу машинасының жұмыс Суытқыш машинаның циклі

істеу принципі

Мұндай машина суытқыштан Q₂ жылу алады және қыздырғышқа Q₁ жылу береді. A=Q₁-Q₂ жұмыс істелінеді. Суытқыш машина жылуды суытқыштан қыздырғышқа «тасиды». Суытқыш машинаның тиімділігі суытқыш коэффициенті арқылы анықталады, яғни суытқыштан алынған Q₂ жылудың машинаны іске қосатын жұмысқа қатынасы арқылы анықталады.

,

мұндағы – суытқыш коэффициенті.

2.12 Карно циклі

Карно циклі дөңгелектік қайтымды процесс болып табылады. Ол екі адиабатадан және екі изотермадан тұрады. Жұмысшы дене үшін бір моль идеал газ алайық. Бірінші күйінің параметрлері Р₁-қысым, V₁-көлем, Т₁- температурамен анықталсын (2.12.1-сурет). Газды изотермиялық ұлғайту арқылы екінші күйге әкелейік (екінші күйдің параметрлері Р₂, V₂, T₁ болады).

Изотермиялық ұлғаю кезінде газ қыздырғыштын Q₁ жылу алады да жұмыс істейді.

(2.11.1)

Енді газ 2-ш күйден 3-ші күйге адиабаталық ұлғайту нәтижесінде өтсін. Газдың 3-ші күйі Р₃ ,V₃, T₂ параметрлері арқылы анықталады (температура Т₂-ге шекті төмендейді).

Бұдан соң газ 3-ші күйден 4-ші күйге Т₂ температурада изотермиялық сығылу нәтижесінде келсін. Сол кездегі 4-ші күйі P₄, V₄, T₂ параметрлерімен анықталады. Бұл уақытта газ суытқышқа Q₂ жылу береді де А₂ жұмыс істейді

(2.12.2)

Ал 4-ші күйден 1-ші күйге адиабаталық сығылу арқылы өтсін. Газдың V₂ көлемнен V₃ көлемге дейін адиабаталық ұлғаюы үшін Пуассон теңдеуі төмендегідей жазылады:

(2.12.3)

2.12..1-сурет. Карно циклі

V₄ көлемнен V₁ көлемге адиабаталық сығылуы н Пуассон теңдеуі арқылы

(2.12.4)

анықталады.

(2.12..3) теңдеуді (2.12.4) теңдеуге бөлгенде

(2.12.5)

шығады.

(2.12.1, 2.12.2, 2.12.5) формулаларды ескеріп машинаның п.ә.к. анықтауға болады:

(2.12.6) мұндағы – қыздырғыштың температурасы, – суытқыштың температурасы.