42. Жылу машинасы

Отынның ішкі энегргиясын механикалық энергияға айналдыратын машиналарды - Жылу машиналар деп атайды. Механикалық энергияны әрі қарай электр және басқа кез келген энергия түрлеріне айналдыруға болады. Қазіргі жылу машиналардың көбінде механикалық жұмысты қыздырылған газ ұлғайғанда істейді. Осы газ жұмыс денесі деп аталады. Автомобиль қозғалтқышында жұмыс денесі - ауа,жылу бу турбиналық станцияларда судың буы. Жұмыс денесі қыздырғыштан Q жылу мөлшерін алып көлемін ұлғайтқанда, механикалық жұмыс істейді. Мысалы, автомобиль қозғалтқышының цилиндріндегі ауаның қызуы осы цилиндрдің ішінде бензин жағу арқылы өтеді.

Сырттан алынған жылудың есебінен периодты жұмыс істеп,энергия өндіретін двигательді немесе машинаны жылу машинасы,жылу двигателі деп атайды.Кез келген машинаның жұмыс істеуін анықтау үшін ПӘК пайдалы әсер коэффициенті қолданылады.

100%

A пайд=Q₁-Q₂

100% = 100%

Q₁-қыздырғыштан алынатын жылу мөлшері

-Q₂ - суытқыштан алынатын жылу мөлшері

=1, Q₂=0 болу керек, онда Q₁ А_пайд

Бірақ ешуақытта бірге тең емес, Q₁ А_пайд ,сондықтан мәңгі двигатель жасау мүмкін емес(Клайперон тұжырымдамасы)

Сонымен

Нәтижесі: бір жылу көзінен алынған жылу мөлшері есебінен тек жұмыс өндіру болып табылатын периодты процесті іске асыруға болмайды.(Клаузиус тұжырымдамасы) Осы тұжырымдама термодинамиканың ІІ бастамасы. _{жылу машинасының жұмыс істеу принципінің схамасы}

Q

Өндіргіш жұмыс А Т₂ суытқыш

Суытқыш машинаның жұмыс істеу принципі

Q₂

Өндіргіш жұмыс А Т₂ суытқыш

43. Тасымал құбылыстары.Жылу өткізгіштік.

жылу өткізгіштік.Макроскопиялық тұрғыдан қарағанда жылу өткізгіштік құбылысы бар ∆Q жылу мөлшерінің ыстығырақ қабаттан суығырақ қабатқа ауысуы болып табылады.

Молекулалық-кинетикалық теория тұрғысынан қарағанда жылу өткізу процесі деп молекулалардың өздерінің W орташа кинетикалық энергиясы көп болатын ыстығырақ қабаттан суығырақ қабатқа өтіп, осы қабаттағы молекулаларға энергияларының бір бөлігін беруінің айтамыз, керісінше, суық қабаттың молекулалары ыстығырақ қабатқа өтіп, осы қабаттағы молекулалардан біраз кинетикалық энергия алады. Осының нәтижесінде ыстық қабат суыйды да, суық қабат қызады. Сонымен dQ мөлшерінің берілуі, молекулалық- кинетикалық теория тұрғысынан қарағанда, dS аудан арқылы молекулалардың ретсіз қозғалысының белгілі бір мөлшердегі кинетикалық энергиясының көшуі болып табылады.

Сонымен, жылудың берілуін ішкі энергияның тасымалдануы ретінде қарастырамыз. Диффрузия құбылысын қарастырғанымыздай, температурасы Т, және Т2 болатын екі қабырғалары паралель ыдыстың ішінде газ орналасқан болсын. Біз стеционар жағдайда қарастырамыз. Температура айырымы аса үлкен емес деп алып газ тығыздығының өзгеруін ескермейміз, яғни газ молекулаларының консентрациясы барлық жерде бірдей. Бірақ Т1›Т2 болғандықтан, сол жақтан оң жаққа ds ауданы арқылы өтетін молекулалардың кинетикалық энергиясы біршама артық болады. Сонымен ішкі энергияның тасымалдануы жүреді де, Бұл жылу алмасу құбылысы деп аталады. V-const болғандықтан сыртқы жұмыс жасалмайда: dn= dv n= גdS*n (גּ= dx=√*dl

Ретсіз қозғалыс кезіндегі бір молекулаға қатысты орташа кинетикалық энергияның мынаған тең екенін білесіз: W= kt= *T= dw=dv=dQ

Мұндағы Cv-мольдік жылусыйымдылығы:

Na-авогадро тұрақтысы:

Температура Х координатасының функциясы болып табылады. Сонда:

W1= גּ*ds*n , ал W2= גּds*n (3,22)

T(x-dx)= T - dx, ал T(x+dx)=T(x)+ *dx екенін ескеріп,W1-W2=V1-V2=Q1-Q2 ойға алып былай жазамыз:

Dq = ג*dsn [ T (x) - dx) - t (x) + dx (3,23)

Бұдан мынаны аламыз:(dx= dl) ауыстырамыз:

dQ= nגv * dsdג

Алынған өрнекті былай жазуға болады: ds= - X *ds*d (3,24)

Сонда идеал газ үшін алынған коэфицент: X= λ√ (3,25)

Жылу өткізгіштік коэфиценті деп аталады Міне, сөйтіп біз теңдеуінің ХХ-ғасырдың басында макроскопиялық тұрғыдан алыған фурье теңдеуімен, яғни ішкі жылу өткізгіштік теңдеуімен бірдей екенін көрсетеміз:

Кейінгі фурье теңдеуі меншікті жылу ағыны qж( ) үшін былай жазылады:

qж=z g rad T (3,26)

алынған 3,25 өрнегін былайша түрлендіруге болады p*Cr

Мұндағы Cr- газлдың тұрақты төлемдегі меншікті жылу сыйымдылығы, бұдан жылуөткізгіштік коэфиценті мынаған тең болады: X= p√*λ*Cr (3,25a)

η -ішкі үйкеліс коэфиценті сияқты х жылу өткізгіштік коэфиценті де газдың қысымына тәуелді болмайды. Бұл да Р қысымға р тығыздық тура пропорционал, екі еркін жүру жолының орташа ұзындығы оған кері пропорционал екеніне байланысты. Газдардың температурасын жоғарлатқанда олардың жылуөткізгіштік коэфиценті біршама артады, ол молекулалар жылдамдығының өсіуімен түсіндіріледі.Тәжірибе жүзінде дәлелденген. Егер жылуөткізгіштік коэффиценті мен динамикалық тұтқырлық коэфицентінің қатынасын қарастырсақ, тең екенін көреміз.