Термодинамикийн хоёр дахь хууль нь энгийн томъёололтой байдаг. Термодинамикийн анхны хууль ба түүний физик дэх хэрэглээ

Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн хэд хэдэн томъёолол байдаг бөгөөд зохиогч нь Германы физикч, механикч, математикч Рудольф Клаузиус, Британийн физикч, механикч Уильям Томсон, Лорд Келвин нар юм. Гаднах байдлаараа ялгаатай ч мөн чанар нь нэг юм.

Клаузиусын постулат

Рудольф Юлиус Эммануэль Клаусиус

Термодинамикийн хоёр дахь хуулийг эхнийхтэй адил туршилтаар гаргаж авсан. Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн анхны томьёоллыг зохиогч нь Германы физикч, механик, математикч Рудольф Клаузиус юм.

« Дулаан нь хүйтэн биеэс халуун бие рүү шилжиж чадахгүй. " Класиус гэж нэрлэсэн энэхүү мэдэгдлийг " дулааны аксиом”, 1850 онд “Дулааны хөдөлгөгч хүч ба дулааны онолын хувьд эндээс авч болох хуулиудын тухай” бүтээлд томъёолсон.“Мэдээж дулаан нь зөвхөн өндөр температуртай биеэс бага температуртай биед дамждаг. Эсрэг чиглэлд дулааныг аяндаа дамжуулах боломжгүй юм." Ийм л утга учиртай Клаузиусын постулат , энэ нь термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн мөн чанарыг тодорхойлдог.

Эргэж болох ба эргэлт буцалтгүй үйл явц

Термодинамикийн 1-р хууль нь системийн хүлээн авсан дулаан, түүний дотоод энергийн өөрчлөлт, системийн гадаад биет дээр хийсэн ажлын хоорондын тоон хамаарлыг харуулдаг. Гэхдээ тэр дулаан дамжуулах чиглэлийг авч үздэггүй. Мөн дулааныг халуун биеэс хүйтэн бие рүү шилжүүлж, эсрэгээр нь шилжүүлж болно гэж үзэж болно. Үүний зэрэгцээ, бодит байдал дээр энэ нь тийм биш юм. Хэрэв хоёр биетэй холбоотой бол дулаан нь илүү халсан биеэс бага халсан бие рүү үргэлж шилждэг. Түүнээс гадна энэ үйл явц нь өөрөө явагддаг. Энэ тохиолдолд холбоо барих биетүүдийг тойрсон гаднах биед өөрчлөлт гарахгүй. Гаднаас ажил гүйцэтгэхгүйгээр (гадны хүчний оролцоогүйгээр) ийм процессыг нэрлэдэг. аяндаа . Тэр байж магадгүй буцаах боломжтойТэгээд эргэлт буцалтгүй.

Аяндаа хөргөхөд халуун бие нь дулаанаа хүрээлэн буй хүйтэн бие рүү шилжүүлдэг. Мөн хүйтэн бие хэзээ ч байгалиасаа халууцахгүй. Энэ тохиолдолд термодинамик систем анхны төлөвтөө буцаж чадахгүй. Энэ процессыг нэрлэдэг эргэлт буцалтгүй . Зөвхөн нэг чиглэлд эргэлт буцалтгүй үйл явц явагддаг. Цаг хугацаа эргэлт буцалтгүй байдгийн адил байгаль дээрх аяндаа явагддаг бараг бүх үйл явц эргэлт буцалтгүй байдаг.

Буцах боломжтой систем нь нэг төлөвөөс нөгөө төлөвт шилжих термодинамик процесс бөгөөд харин завсрын тэнцвэрийн төлөвийг урвуу дарааллаар дамжуулснаар анхны төлөвтөө эргэн орох боломжтой. Энэ тохиолдолд системийн бүх параметрүүдийг анхны төлөвт нь сэргээнэ. Урвуу үйл явц нь хамгийн их ажлыг үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч бодит байдал дээр тэд хязгааргүй удаан үргэлжилдэг тул тэдэнд зөвхөн ойртох боломжтой. Практикт ийм үйл явц нь тасралтгүй дараалсан тэнцвэрийн төлөвүүдээс бүрддэг бөгөөд үүнийг нэрлэдэг бараг статик. Бүх бараг статик процессууд буцаах боломжтой.

Томсоны (Келвин) постулат

Уильям Томсон, Лорд Келвин

Термодинамикийн хамгийн чухал ажил бол дулааныг ашиглан хамгийн их хэмжээний ажлыг олж авах явдал юм. Ажлыг ямар ч нөхөн төлбөргүйгээр, жишээлбэл, үрэлтийн улмаас амархан дулаан болгон хувиргадаг. Гэхдээ дулааныг ажил болгон хувиргах урвуу үйл явц нь бүрэн явагддаггүй бөгөөд гаднаас нэмэлт эрчим хүч авахгүйгээр боломжгүй юм.

Хүйтэн биеэс дулааныг дулаан руу шилжүүлэх боломжтой гэж хэлэх ёстой. Энэ үйл явц, жишээлбэл, манай гэрийн хөргөгчинд тохиолддог. Гэхдээ энэ нь аяндаа байж болохгүй. Үүнийг урсгахын тулд ийм агаарыг нэрэх компрессортой байх шаардлагатай. Өөрөөр хэлбэл, урвуу үйл явцын (хөргөх) хувьд гадаад эрчим хүчний хангамж шаардлагатай. " Бага температуртай биеэс дулааныг нөхөн олговоргүйгээр шилжүүлэх боломжгүй юм ».

1851 онд Английн физикч, механикч Уильям Томсон Лорд Келвин хоёр дахь хуулийн өөр нэг томъёоллыг гаргажээ. Томсоны (Келвин) постулат нь: "Дулааны савыг хөргөх замаар ажил үйлдвэрлэх цорын ганц үр дүн нь дугуй хэлбэртэй процесс боломжгүй юм." . Өөрөөр хэлбэл, зөвхөн нэг дулааны эх үүсвэртэй харилцан үйлчлэлцсэний үр дүнд эерэг ажил хийх циклийн хөдөлгүүрийг бий болгох боломжгүй юм. Эцсийн эцэст, хэрэв боломжтой бол дулааны машин, жишээлбэл, Дэлхийн далайн энергийг ашиглан ажиллаж, түүнийг механик ажилд бүрэн хувиргаж чадна. Үүний үр дүнд эрчим хүчний бууралтаас болж далай хөрөх болно. Гэвч түүний температур нь орчны температураас доогуур болмогц дулааныг хүйтэн биеээс халуун руу аяндаа шилжүүлэх үйл явц явагдах ёстой. Гэхдээ ийм үйл явц боломжгүй юм. Тиймээс дулааны хөдөлгүүр ажиллахын тулд өөр өөр температуртай дор хаяж хоёр дулааны эх үүсвэр шаардлагатай.

Хоёр дахь төрлийн байнгын хөдөлгөөнт машин

Дулааны машинд халсан биеэс хүйтэн бие рүү шилжих үед л дулааныг ашигтай ажил болгон хувиргадаг. Ийм хөдөлгүүрийг ажиллуулахын тулд дулаан дамжуулагч (халаагч) ба дулаан шингээгч (хөргөгч) хооронд температурын зөрүү үүсдэг. Халаагч нь дулааныг ажлын шингэн рүү (жишээлбэл, хий) шилжүүлдэг. Ажлын шингэн нь өргөжиж, ажилладаг. Гэсэн хэдий ч бүх дулааныг ажил болгон хувиргадаггүй. Үүний зарим нь хөргөгчинд шилжиж, зарим нь жишээлбэл, агаар мандалд ордог. Дараа нь ажлын шингэний параметрүүдийг анхны утга руу нь буцааж, мөчлөгийг дахин эхлүүлэхийн тулд ажлын шингэнийг халаах хэрэгтэй, өөрөөр хэлбэл хөргөгчнөөс дулааныг зайлуулж халаагч руу шилжүүлэх шаардлагатай. Энэ нь дулааныг хүйтэн биеэс дулаан руу шилжүүлэх шаардлагатай гэсэн үг юм. Хэрэв энэ процессыг гаднаас эрчим хүч гаргахгүйгээр хийж чадвал бид хоёр дахь төрлийн мөнхийн хөдөлгөөнт машин авах байсан. Гэхдээ термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн дагуу үүнийг хийх боломжгүй тул дулааныг бүрэн ажил болгон хувиргах хоёр дахь төрлийн мөнхийн хөдөлгөөнт машин бүтээх боломжгүй юм.

Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн ижил төстэй томъёолол:

1. Үйл явц нь боломжгүй зүйл бөгөөд үүний цорын ганц үр дүн нь системд хүлээн авсан бүх дулааныг ажил болгон хувиргах явдал юм.
2. Хоёр дахь төрлийн мөнхийн хөдөлгөөнт машин бүтээх боломжгүй юм.

Карногийн зарчим

Николас Леонард Сади Карно

Гэхдээ хэрэв мөнхийн хөдөлгөөнт машин бий болгох боломжгүй бол дулааны хөдөлгүүрийн үйл ажиллагааны мөчлөгийг үр ашиг (үр ашгийн коэффициент) хамгийн их байхаар зохион байгуулах боломжтой.

1824 онд Клаузиус, Томсон нар термодинамикийн хоёр дахь хуулийг тодорхойлсон постулатуудаа боловсруулахаас нэлээд өмнө Францын физикч, математикч Николас Леонард Сади Карно өөрийн бүтээлээ хэвлүүлсэн. "Галын хөдөлгөгч хүч ба энэ хүчийг хөгжүүлэх чадвартай машинуудын талаархи эргэцүүлэл." Термодинамикийн хувьд үүнийг үндсэн гэж үздэг. Эрдэмтэн тухайн үед ашигт ажиллагаа нь ердөө 2% байсан уурын хөдөлгүүрүүдэд дүн шинжилгээ хийж, хамгийн тохиромжтой дулааны хөдөлгүүрийн ажиллагааг тодорхойлсон.

Усны хөдөлгүүрт ус нь өндрөөс унах замаар ажилладаг. Үүнтэй адилаар Карно дулаан нь халуун биеэс хүйтэн бие рүү шилжих замаар ажил хийж чадна гэж үзсэн. Үүний тулд гэсэн үгДулааны машин ажиллаж байсан тул өөр өөр температуртай 2 дулааны эх үүсвэртэй байх ёстой. Энэ мэдэгдлийг гэж нэрлэдэг Карногийн зарчим . Эрдэмтний бүтээсэн дулааны хөдөлгүүрийн ажиллах мөчлөгийг нэрлэжээ Карногийн мөчлөг .

Карно төгс ажиллах чадвартай дулааны хөдөлгүүрийг гаргаж ирэв боломжтой хамгийн сайн ажилтүүнд өгсөн дулааны улмаас.

Карногийн тодорхойлсон дулааны хөдөлгүүр нь температуртай халаагуураас бүрдэнэ Т Н , ажлын шингэн, температуртай хөргөгч T X .

Карногийн мөчлөг нь дугуй хэлбэртэй эргэх процесс бөгөөд 2 изотерм, 2 адиабат гэсэн 4 үе шатыг агуулдаг.

Эхний шат A→B нь изотерм юм. Энэ нь халаагч болон ажлын шингэний ижил температурт явагддаг Т Н . Холбоо барих үед дулааны хэмжээ Q Х халаагчаас ажлын шингэн рүү (цилиндр дэх хий) шилжинэ. Хий нь изотермоор өргөжиж, механик ажил гүйцэтгэдэг.

Үйл явц нь мөчлөгт (тасралтгүй) байхын тулд хийг анхны параметрүүд рүү нь буцааж өгөх ёстой.

В→С мөчлөгийн хоёр дахь үе шатанд ажлын шингэн ба халаагчийг тусгаарлана. Хий нь хүрээлэн буй орчинтой дулаан солилцохгүйгээр адиабатаар тэлж байна. Үүний зэрэгцээ түүний температур хөргөгчийн температур хүртэл буурдаг T X , мөн тэрээр ажлаа үргэлжлүүлэн хийж байна.

Гурав дахь шатанд B→G температуртай ажлын шингэн T X , хөргөгчтэй холбоотой байна. Гадны хүчний нөлөөн дор энэ нь изотермоор шахагдаж, дулааныг хэмжээгээр ялгаруулдаг Q X хөргөгч. Үүн дээр ажил хийгдэж байна.

Дөрөв дэх G→A шатанд ажлын шингэнийг хөргөгчнөөс салгах болно. Гадны хүчний нөлөөн дор адиабатаар шахагдана. Үүн дээр ажил хийгдэж байна. Түүний температур нь халаагчийн температуртай тэнцүү болно Т Н .

Ажлын шингэн нь анхны төлөвтөө буцаж ирдэг. Тойрог процесс дуусна. Шинэ мөчлөг эхэлнэ.

Карногийн мөчлөгийн дагуу ажилладаг биеийн машины үр ашиг нь дараах байдалтай тэнцүү байна.

Ийм машины үр ашиг нь түүний загвараас хамаардаггүй. Энэ нь зөвхөн халаагч болон хөргөгчийн температурын зөрүүгээс хамаарна. Хэрэв хөргөгчийн температур үнэмлэхүй тэг байвал үр ашиг нь 100% байх болно. Одоог хүртэл хэн ч илүү сайн зүйл гаргаж чадаагүй байна.

Харамсалтай нь практик дээр ийм машин бүтээх боломжгүй юм. Бодит буцах термодинамик процессууд нь зөвхөн өөр өөр нарийвчлалтайгаар хамгийн тохиромжтой процессуудад ойртож чаддаг. Үүнээс гадна жинхэнэ дулааны хөдөлгүүрт дулааны алдагдал үргэлж байх болно. Тиймээс түүний үр ашиг нь Карногийн мөчлөгийн дагуу ажилладаг хамгийн тохиромжтой дулааны хөдөлгүүрээс бага байх болно.

Карногийн цикл дээр үндэслэн янз бүрийн техникийн төхөөрөмжүүдийг бүтээсэн.

Хэрэв Карногийн мөчлөг урвуу байдлаар хийгдсэн бол та хөргөлтийн машин авна. Эцсийн эцэст, ажлын шингэн нь эхлээд хөргөгчнөөс дулааныг авч, дараа нь мөчлөгийг бий болгоход зарцуулсан ажлыг дулаан болгон хувиргаж, дараа нь энэ дулааныг халаагуурт өгнө. Хөргөгч нь энэ зарчмаар ажилладаг.

Карногийн урвуу мөчлөг нь мөн дулааны насосны үндэс суурь болдог. Ийм шахуургууд нь бага температурын эх үүсвэрээс өндөр температурт хэрэглэгчдэд эрчим хүчийг шилжүүлдэг. Гэхдээ олборлосон дулааныг хүрээлэн буй орчинд гаргадаг хөргөгчөөс ялгаатай нь дулааны насосоор хэрэглэгчдэд дамждаг.

Буцааж болшгүйдуудсан физик үйл явц, зөвхөн нэг тодорхой чиглэлд аяндаа урсах боломжтой.

Эсрэг чиглэлд ийм үйл явц нь зөвхөн илүү төвөгтэй үйл явцын холбоосуудын аль нэг нь тохиолдож болно.

Байгальд тохиолддог бараг бүх үйл явц эргэлт буцалтгүй байдаг. Энэ нь аливаа бодит үйл явцад энергийн нэг хэсэг нь цацраг туяа, үрэлт гэх мэтээс болж сарнидагтай холбоотой юм. Жишээлбэл, дулаан нь мэдэгдэж байгаачлан үргэлж халуун биеээс хүйтэн бие рүү шилждэг - энэ нь хамгийн ердийн зүйл юм. эргэлт буцалтгүй үйл явцын жишээ (хэдийгээр урвуу шилжилт нь энерги хадгалагдах хуультай зөрчилддөггүй).

Мөн хөнгөн утсан дээр өлгөөтэй бөмбөг (дүүжин) нь түүний хэлбэлзлийн далайцыг хэзээ ч аяндаа нэмэгдүүлэхгүй, харин эсрэгээр нэгэнт гадны хүчний нөлөөгөөр хөдөлгөөнд орсны дараа энэ нь агаарын эсэргүүцэл ба утасны үрэлтийн үр дүнд зогсох болно; түдгэлзүүлэлт дээр. Ийнхүү дүүжинд өгсөн механик энерги нь молекулуудын эмх замбараагүй хөдөлгөөний дотоод энерги болж хувирдаг (агаар, түдгэлзүүлсэн материал).

Математикийн хувьд механик үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдал нь макроскопийн биетүүдийн хөдөлгөөний тэгшитгэл нь цаг хугацааны тэмдгийн өөрчлөлтөөр өөрчлөгддөг: тэдгээрийг солих үед өөрчлөгддөггүй. тдээр - т. Энэ тохиолдолд хурдатгал ба зайнаас хамаарах хүч нь тэмдгүүдийг өөрчилдөггүй. Орлуулах тэмдэг тдээр - тхурдаар өөрчлөгддөг. Үүний дагуу хурд, үрэлтийн хүчнээс хамаарах хүч нь тэмдгийг өөрчилдөг. Ийм учраас үрэлтийн хүчээр ажил гүйцэтгэх үед биеийн кинетик энерги эргэлт буцалтгүй дотоод энерги болж хувирдаг.

Байгаль дахь үйл явцын чиглэлийг заана термодинамикийн хоёр дахь хууль.

Термодинамикийн хоёр дахь хууль.

Термодинамикийн хоёр дахь хууль- термодинамикийн үндсэн хуулиудын нэг нь бодит термодинамик процессын эргэлт буцалтгүй байдлыг тогтоодог.

Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийг 1824 онд Н.Л.С.Карно, дараа нь 1841 онд В.Томсон (Келвин), 1850 онд Р.Клаузиус нар байгалийн хууль болгон томьёолжээ.Хуулийн томъёолол нь өөр боловч тэнцүү байна.

Германы эрдэмтэн Р.Клаузиус уг хуулийг дараах байдлаар томъёолжээ. Хоёр систем эсвэл хүрээлэн буй биетүүдэд нэгэн зэрэг өөрчлөлт ороогүй тохиолдолд дулааныг хүйтэн системээс халуун руу шилжүүлэх боломжгүй юм.Энэ нь дулаан нь хүйтэн биеэс халуун руу аяндаа шилжиж чадахгүй гэсэн үг юм. Клаузиусын зарчим).

Томсоны томъёолсноор системийн төлөв байдалд өөр өөрчлөлт оруулахгүйгээр ажил дулаан болж хувирах үйл явц нь эргэлт буцалтгүй, өөрөөр хэлбэл бие махбодоос авсан бүх дулааныг бие махбодид өөр өөрчлөлт оруулахгүйгээр ажил болгон хувиргах боломжгүй юм. системийн төлөв байдал ( Томсоны зарчим).

Термодинамикийн үндэс нь олон туршилтын судалгаа, нээлтүүдийн үр дүнг нэгтгэн дүгнэсний үндсэн дээр томъёолсон байгалийн үндсэн хуулиуд юм. Аксиом гэж хүлээн зөвшөөрсөн эдгээр хуулиудаас; Термодинамикийн зарчим ба хууль гэж нэрлэгддэг янз бүрийн термодинамик системүүдийн бүх чухал үр дагаврыг логик аргаар олж авсан.

1.2.1. Термодинамикийн анхны хууль

Үнэмлэхүй нь байгалийн хамгийн ерөнхий хуулиудын нэг юм. энергийн хадгалалт ба хувирлын хууль. Энэ хуулийн дагуу системд болж буй аливаа процессын үед хаалттай системийн энерги өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Энэ тохиолдолд энерги нь зөвхөн нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжих боломжтой.

Эхлээдтермодинамикийн хууль нь энэ ерөнхий хуулийн онцгой тохиолдол бөгөөд термодинамикийн систем дэх процессуудад хэрэглэхийг илэрхийлдэг. Энэ нь энергийн янз бүрийн хэлбэрийг бие биедээ хувиргах боломжийг тогтоож, эдгээр харилцан хувиргалтыг ямар тоон харьцаагаар хийж байгааг тодорхойлдог.

Дурын тусгаарлагдаагүй системийн энергийн өөрчлөлт нь зөвхөн дулааны болон ажлын хоёр хэлбэрийн энергийн солилцооны улмаас л тохиолддог.

∆Э = Q – Л , (1.12)

хаана ∆ Э- системийн энергийн өөрчлөлт;

Q- системд нийлүүлсэн дулаан;

Л- систем дээр хийгдсэн ажил.

(1.12) тэгшитгэлийн дагуу термодинамик системийн энергийг өөрчлөх нь системд өгсөн дулаан болон систем дээр хийгдсэн ажлын улмаас боломжтой юм.

Тэгшитгэл (1.12) нь термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн ерөнхий аналитик илэрхийлэл юм. Үүнийг системийн төлөвийн параметрүүдээр илэрхийлье. Эрчим хүчний өөрчлөлт ∆ Э (1.7) илэрхийллээс бид олж авна:

∆Э = ∆ I + м ( ).

Кинетик энергийн ялгааг үл тоомсорлож болох термодинамик системийн хувьд системийн энергийн өөрчлөлт нь энтальпийн өөрчлөлттэй тэнцүү байх болно, өөрөөр хэлбэл. ∆ Э = ∆ I. Дараа нь (1.11) ба (1.12) илэрхийлэлийг харгалзан бид термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн тэгшитгэлийг дараах хэлбэрээр авна.

Q = ∆I + Л тэдгээр (1.13)

Системд нийлүүлсэн дулаан нь системийн энтальпийг өөрчлөх, систем дээр техникийн ажил гүйцэтгэхэд ордог.

(1.13) тэгшитгэлд энтальпийн өөрчлөлтийг ∆ орлуулъя Iдотоод энергийн өөрчлөлт D У(1.6) илэрхийлэлийг ашиглан бид дараахь зүйлийг авна.

Q = ∆ У+ L нэмэлт.

(1.14)

(1.13) ба (1.14) тэгшитгэл нь термодинамикийн нэгдүгээр хуулийг бичих салшгүй хэлбэрийг илэрхийлнэ. I(1.13) илэрхийллээс харахад энтальпи ба дулааны орцыг багасгах замаар термодинамик системээр техникийн ажлыг гүйцэтгэж болно. Хэрэв процесс дугуй хэлбэртэй бол ∆

= 0, тиймээс байнгын ажиллагаатай машинуудад (төрийн өөрчлөлтийн үйл явц нь дугуй хэлбэртэй байдаг) техникийн ажлыг олж авахын тулд шаардлагатай нөхцөл бол дулааны хангамж юм.

Үүнтэй төстэй үндэслэлийг тэгшитгэлийг (1.14) ашиглан хийж болно.

Q = ЛТермодинамик систем нь зөвхөн дотоод энергийг багасгах эсвэл дулаан нэмэх замаар тэлэлтийн ажлыг гүйцэтгэдэг. Хэрэв үйл явцын үр дүнд системийн дотоод энерги өөрчлөгдөөгүй бол (жишээлбэл, систем дэх температур өөрчлөгддөггүй) системээс хүрээлэн буй орчноос хүлээн авсан бүх дулаан ажил гүйцэтгэхэд ордог.

ext.

Энэ илэрхийлэл нь термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн дараах томъёоллыг өгөх боломжийг бидэнд олгодог.

Системийн дотоод энерги тогтмол байх үед дулаан ба ажил тэнцүү байна.

Нэгдүгээр төрлийн мөнхийн хөдөлгөөнт машин нь хүрээлэн буй орчиндоо юу ч хүлээн авахгүйгээр зөвхөн ажил хийх ёстой гэж үздэг байв.

Одоогийн байдлаар дурын массын системийг авч үзсэн. Шинжилгээний хувьд бодисын нэгж масс хүртэл бууруулсан утгыг ашиглах нь илүү тохиромжтой. 1 кг массын хувьд (1.13) ба (1.14) тэгшитгэлийг бичье.

q = ∆ би + л тэдгээр ; (1.15)

q = ∆ у + л уралдаан (1.16)

(1.9) ба (1.11) илэрхийлэлүүдийг ашиглан бид үүссэн тэгшитгэлийг дифференциал хэлбэрээр бичнэ.

dq = ди - vdp (1.17)

dq= ду + pdv (1.18)

(1.17) ба (1.18) тэгшитгэл нь термодинамикийн 1-р хуулийг дифференциал хэлбэрээр харуулсан математик дүрслэлийн нэг төрөл юм.

Эхний хуулийн утга:

нэгдүгээрт, энэ нь дулааны цахилгаан станц, системийг төлөвлөх зарчмыг бүрдүүлдэг;

хоёрдугаарт, энэ нь дулааны хөдөлгүүрт тохиолддог үйл явцын физик мөн чанарыг тайлбарладаг;

Гуравдугаарт, энэ нь термодинамик процессын тооцоололд ашиглагддаг бөгөөд дулааны хөдөлгүүрийн энергийн балансыг тооцоолох боломжийг олгодог.

1.2.2. Термодинамикийн хоёр дахь хууль

Термодинамикийн эхний хууль нь энергийг хадгалах, хувиргах хуулийн онцгой тохиолдол болохын хувьд түүний зөвхөн тоон талыг нь авч үздэг бөгөөд энэ нь системийн энергийн мэдэгдэж буй өөрчлөлтөөр дулаан ба ажлын хоорондын хамаарал үүсдэг. хатуу тодорхой. Энэ хууль нь биетүүдийн хооронд энерги дамжуулах чиглэл, бүрэн байдлыг тогтоогоогүй, дулааныг ажил болгон хувиргах нөхцөлийг тодорхойлдоггүй бөгөөд тэдгээрийн шууд болон урвуу хувиргалтыг ялгадаггүй. Хэрэв бид зөвхөн термодинамикийн эхний хуулиас л гарвал энерги хадгалагдах хуультай харшлахгүй аливаа төсөөлж болох үйл явц нь зарчмын хувьд боломжтой бөгөөд байгальд явагдах боломжтой гэж үзэх нь зүй ёсны хэрэг юм. Асуусан асуултын хариултыг өгсөн болно хоёрдугаартТермодинамикийн хууль нь энергийн хадгалалт, хувирлын хуулийн чанарын талаар туршилтын өгөгдлийг нэгтгэсэн заалтуудын багц юм.

Дулаан ба ажлын харилцан өөрчлөлтийн олон янзын шинж чанарууд, түүнчлэн эдгээр өөрчлөлтийг авч үзэх янз бүрийн талууд нь термодинамикийн хоёр дахь хуулийн хэд хэдэн үндсэндээ тэнцүү томъёолол байгааг тайлбарладаг.

Энэ хуулийн гол заалтуудыг Францын инженер С.Карно (1824) илэрхийлсэн. Карно дулааныг ажил болгон хувиргахын тулд өөр өөр температуртай хоёр дулааны эх үүсвэр хэрэгтэй гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. "Термодинамикийн хоёр дахь хууль" гэсэн нэр, түүхэн дэх анхны томъёолол (1850) нь Германы физикч Р.Клаузиустай холбоотой.

“Дулаан зөвхөн халуун биеэс хүйтэн бие рүү шилжих боломжтой; урвуу шилжилтийн хувьд ажил зарцуулах шаардлагатай байна "

Энэ мэдэгдлээс харахад дулааныг бага температуртай биеэс өндөр температуртай биед шилжүүлэхийн тулд ямар нэгэн хэлбэрээр, жишээлбэл, ажлын хэлбэрээр гадны эх үүсвэрээс эрчим хүчийг хангах шаардлагатай байна. Үүний эсрэгээр, өндөр температуртай биеэс дулаан нь ямар ч төрлийн энерги зарцуулалгүйгээр аяндаа бага температуртай биед дамждаг. Энэ нь ялангуяа хязгаарлагдмал температурын зөрүүтэй дулаан дамжуулалт нь хатуу нэг талт, эргэлт буцалтгүй процесс бөгөөд энэ нь бага температуртай биетүүдэд чиглэгддэг гэсэн үг юм.

Дулааны хөдөлгүүрийн онолын үндэс нь термодинамикийн хоёр дахь хууль юм. Дулааны машин нь тасралтгүй ажилладаг төхөөрөмж бөгөөд үүний үр дүнд дулааныг ажил болгон хувиргадаг. Тэгэхээр тасралтгүй ажил үйлдвэрлэдэг дулааны хөдөлгүүрийг бий болгохын тулд юуны түрүүнд дулааны хэлбэрээр эрчим хүч нийлүүлэгч биетэй байх шаардлагатай. Үүнийг дулааны эх үүсвэр гэж нэрлэе .

Эхнийхээс хүлээн авдаг өөр бие байх ёстой

өө
эрчим хүчийг дулаан хэлбэрээр өгдөг боловч ажлын хэлбэрээр буцааж өгдөг. Энэ бол ажил гэж нэрлэгддэг зүйл юм h e t e l О. Түүний үүргийг зарим уян орчин (хий, уур) гүйцэтгэдэг. Дулааны хангамж, түүнийг ажил болгон хувиргах нь ажлын шингэний төлөв байдлын өөрчлөлт дагалддаг.

Зураг дээр. 1.6 Бид энэ өөрчлөлтийг 1-a-2 процессын нөхцөлт муруйд харуулав. Энд төлөвийн параметрүүд, юуны түрүүнд ажлын шингэний хэмжээ өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь өргөтгөлийн ажилд хүргэдэг. Тасралтгүй ажиллагааг хангахын тулд 2-b-1 процессыг ашиглан ажлын шингэнийг анхны байдалд нь оруулах шаардлагатай. Тиймээс

Цагаан будаа. 1.6 Дулааныг тасралтгүй ажил болгон хувиргахын тулд энэ хаалттай тойргийг байнга хийх ёстой

c e s s or c i k l. ДУЛААН ХҮЛЭЭГЧ Дулаан хүлээн авагч нь тодорхой хэмжээний дулааныг хүлээн авахын тулд түүний температур нь дулааны эх үүсвэрийн температураас бага байх ёстой.

1-a-2-b-1 мөчлөгийн үр дүнд ийм байдлаар гүйцэтгэсэн, Зураг дээр үзүүлэв. 1.6, зөвхөн дулааны хэсэг QДулааны эх үүсвэрээс ажлын шингэний хүлээн авсан 1 нь ажил болж хувирдаг бол нөгөө хэсэг нь энэ дулаан юм Q 2-ыг дулаан шингээгч рүү өгөх ёстой.

Маягтын эхлэл

Тасралтгүй ажилладаг дулааны хөдөлгүүрийн схемд ижил ажлын шингэн нь дугуй процесст байнга оролцдог. Бодит хөдөлгүүрийн мөчлөгт ажиллаж буй бодис үе үе шинэчлэгддэг, өөрөөр хэлбэл. ижил хэмжээний "шинэхэн" бодисоор солино. Термодинамикийн үүднээс авч үзвэл, ажиллаж байгаа бодисыг орлуулах нь ажлын шингэнийг анхны байдалд нь буцааж өгөх явдал гэж үзэж болно.

Маягтын төгсгөл

Тиймээс дулааныг тасралтгүй ажил болгон хувиргахын тулд танд дараахь зүйлс хэрэгтэй болно: дулааны эх үүсвэр; ажлын шингэн ба дулааны эх үүсвэрээс бага температуртай дулаан шингээгч. Дулаан шингээгчийн дулааны зарим хэсгийг зайлуулах нь дулааны хөдөлгүүрийн үйл ажиллагааны урьдчилсан нөхцөл юм. Энэ нөхцлийг термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн дараах томъёололд тусгасан болно.

“Үе үе ажиллаж байгаа машин бүтээх, дулааны эх үүсвэрийг хөргөхөөс өөр ажил хийх боломжгүй” (В. Томсон).

"Байгалийн бүх үйл явц нь магадлал багатайгаас илүү магадлалтай төлөв рүү шилжих шилжилт юм" (Л. Больцманн).

"Хоёр дахь төрлийн мөнхийн хөдөлгөөнт машиныг хэрэгжүүлэх боломжгүй"

(В. Освальд).

Хоёр дахь төрлийн "мөнхийн" хөдөлгүүр гэж бид зөвхөн нэг дулааны эх үүсвэрээр тасралтгүй ажиллах боломжтой дулааны хөдөлгүүрийг хэлнэ. Термодинамикийн 2-р хуулиас харахад систем хичнээн дулааны энергитэй байсан ч системийн биеийн температур тэнцүү байвал энэ энергийг ажил болгон хувиргах боломжгүй юм. Энэ шалтгааны улмаас "мөнхийн" хөдөлгөөнт машин зохион бүтээгчдийн мянга мянган зохион бүтээгчдийн өргөтгөлийн ажил хийх оролдлого үр дүнгүй болов.

Дулааны хөдөлгүүрт дулааны эх үүсвэрээс хүлээн авсан энергийн хуваарилалтыг Зураг дээр схемээр үзүүлэв. 1.7. Нэг мөчлөгт 1 кг ажлын шингэний массаар гүйцэтгэсэн ашигтай ажил нь өргөтгөлийн ажлын зөрүүтэй тэнцүү байна лтэлэлт ба шахалт л szh, i.e.

л ts = л сунгасан - л szh. (1.19)

1-a-2 тэлэлт ба шахалт 2-b-1 процесст 1 кг ажлын шингэний дулаан ба ажлын тоон хамаарал

(1.6-р зургийг үз) термодинамикийн нэгдүгээр хуульд үндэслэн бид дараах тэгшитгэлийг бичнэ.

q 1 = ∆ у 1- а 2 + л сунгасанТэгээд q 2 = ∆ у 2-б-1 + л в болон ,

энд q 1 нь дулааны эх үүсвэрээс 1 кг ажлын шингэнд нийлүүлсэн дулааны хэмжээ;

q 2 – ялгарсан дулааны хэмжээ

1 кг ажлын шингэнийг халаах төхөөрөмж рүү;

∆u 1- a -2 ба ∆u 2-b-1 – дотоод өөрчлөлт

процесс дахь 1 кг ажлын шингэний энерги Зураг. 1.7

1-a-2 ба 2-b-1 тус тус.

Эхнийхээс хоёр дахь тэгшитгэлийг хасаад дараахь зүйлийг авна.

q 1 – q 2 = ∆ у 1-a-2-b-1 + (л сунгасан – л szh ).

Ажлын шингэн анхны төлөвтөө буцаж ирдэг тул мөчлөгийн явцад дотоод энергийн өөрчлөлт тэгтэй тэнцүү байх болно, өөрөөр хэлбэл. ∆u 1-a-2-b-1 = 0. Үүний үр дүнд (1.19) илэрхийллийг харгалзан бид дараахь зүйлийг олж авна.

л ts = q 1 – q 2 (1.20)

(1.20)-аас харахад, нэгдүгээрт, мөчлөгийн ажил нь зөвхөн дулааны улмаас хийгддэг, хоёрдугаарт, мөчлөгийн ажил нь дулааны эх үүсвэрээс өгсөн дулаантай тэнцүү бөгөөд дулаан шингээгч рүү авсан дулааныг хассан байна.

Ашигтай ашигласан дулааны эзлэх хувийг дулаанаар тооцдог k ба м

η t-ээр тэмдэглэгдсэн мөчлөгийн үр ашиг.

Дулааны үр ашгийг хувиргасан дулааны харьцаа гэж ойлгодог

Угаалгын өрөө нь мөчлөгийн ашигтай ажилд, нийлүүлсэн бүх дулаанд:

η т =
эсвэл η т = 1 - . (1.21)

Эдгээр илэрхийллээс харахад дулаан хүлээн авагч руу бага дулаан дамжуулах тусам η t-ийн утга ихсэх болно.

Энэ нь дулааныг ажил болгон илүү бүрэн хувиргаж байна гэсэн үг юм.

Эрчим хүчний нэг хэсгийг дулааны хэлбэрээр дулаан шингээгч рүү шилжүүлэх шаардлагатай байдаг тул аливаа мөчлөгийн дулааны үр ашиг нь нэгдмэл байдалтай тэнцүү байж чадахгүй.

Тиймээс термодинамикийн хоёр дахь хууль нь дулааныг ажил болгон хувиргах бүрэн байдлыг тогтоодог.

Үүнээс гадна тэрээр дулаан ба ажлын чанарын ялгааг онцлон тэмдэглэв. Ажлыг ул мөргүй бүрэн дулаан болгон хувиргаж чадвал дулааныг хэзээ ч бүрэн ажил болгож чадахгүй. .

Энэхүү чанарын ялгааг тоон хэмжигдэхүүн - энтропи хэлбэрээр илэрхийлсэн нь шинжлэх ухааны өвөрмөц ололт байв.

1.2.3.

“Энтропи. Хоёрдахь хуулийн математик илэрхийлэлтермодинамик. Энтропи Грек хэлнээс орчуулбал "эргэлт" эсвэл "өөрчлөх" гэсэн утгатай. Эхлээд энтропи хэмээх ойлголтыг шинжлэх ухаанд албан ёсоор нэвтрүүлсэн. Р.Клаузиус (1854) термодинамик системийн хувьд тодорхой функц байгааг харуулсан.

(1.22)

С

, өсөлт нь илэрхийллээр тодорхойлогддог

Тэрээр энэ функцийг энтропи гэж нэрлэсэн. Хожим нь олон тооны асуудлыг авч үзэхэд энтропийн физик агуулга илэрсэн. сунгасан = Энтропи нь энгийн зөн совингийн дүрслэлд тохирохгүй тул бид ойлгоход илүү хялбар ижил төстэй хэмжигдэхүүнтэй харьцуулж утгыг тодруулахыг хичээх болно. Өргөтгөх ажлын илэрхийлэлийг дифференциал хэлбэрээр бичье. dL.

х Энтропи нь энгийн зөн совингийн дүрслэлд тохирохгүй тул бид ойлгоход илүү хялбар ижил төстэй хэмжигдэхүүнтэй харьцуулж утгыг тодруулахыг хичээх болно. Өргөтгөх ажлын илэрхийлэлийг дифференциал хэлбэрээр бичье. dV Энд дарамт байнатоо хэмжээ юм шаардлагатай,ажлыг хийх. Дууны хэмжээг өөрчлөх нь өргөтгөлийн ажилд хүргэнэ. Дээрх тэгшитгэлийн эзэлхүүн нь шинж чанарыг хангаж байна хангалттайпараметр. Тиймээс зөвхөн эзэлхүүний өөрчлөлтөөр тэлэлт эсвэл шахалтын ажил хийгдсэн гэж дүгнэх боломжтой.

Одоо (1.22) илэрхийллийг дараах хэлбэрээр бичье.

dQ = Т dS.

Энд температур нь хэмжигдэхүүн юм Энд дарамт байнагэхдээ хараахан биш хангалттайдулааныг системд нийлүүлэх эсвэл түүнээс салгах талаар ярихын тулд. Тиймээс адиабат процессын үед систем нь хүрээлэн буй орчинтой дулаан солилцдоггүй, харин температур ихээхэн өөрчлөгддөг. Үл хөдлөх хөрөнгөтэй байх ёстой нэг параметр хэвээр байна хүрэлцээ, мөн энэ параметр нь энтропи юм. Зөвхөн энтропийн өөрчлөлтөөр л систем ба хүрээлэн буй орчны дулааны солилцоог дүгнэж болно. Эндээс

Энтропи нь термодинамикийн төлөв байдлын калорийн параметр юм

үйл явцын чиглэлийг тодорхойлдог ямар систем

систем ба гадаад орчны хоорондох дулаан солилцоо.

Энтропи бол процессын явцад өөрчлөгдөх нь дулааны хэлбэрээр энергийн солилцоо байгааг тодорхой харуулсан цорын ганц физик хэмжигдэхүүн гэж хэлж болно.

Илэрхийлэл (1.22) нь дулаан ба энтропийн чанарын болон тоон холболтыг хоёуланг нь тогтоодог: хэрэв бие эсвэл системийн энтропи өөрчлөгдвөл энэ хоёр тохиолдолд энерги нь дулаан хэлбэрээр хангагдана; хэрэв энтропи тогтмол байвал процесс нь дулаан хэлбэрээр эрчим хүчний солилцоогүйгээр явагдана. Тэгш байдал (1.22) нь термодинамикийн 2-р хуулийн энгийн тэнцвэрт үйл явцын аналитик илэрхийлэл юм.

(1.22) илэрхийлэл нь Ж/К-тэй тэнцүү энтропийн нэгжийг тогтоох боломжтой болгодог.

Энтропийн үнэмлэхүй утга нь тодорхой тогтмол хүртэл тодорхойлогддог Энтропи 0 . Тогтмол тоон утга Энтропи 0 Зөвхөн термодинамикийн нэг ба хоёрдугаар хуулинд үндэслэн тодорхойлох боломжгүй. Гэсэн хэдий ч энэ нь тооцоололд энтропи ашиглахад хязгаарлалт тавьдаггүй. Практикт, дүрмээр бол сонирхолтой зүйл бол энтропийн үнэмлэхүй утга биш, харин тогтмол тоон утга нь түүний өөрчлөлт юм. Энтропи 0 онцгой үүрэг гүйцэтгэдэггүй. Тиймээс утгыг ихэвчлэн биеийн стандарт гэж нэрлэгддэг ердийн төлөвийн хувьд дурын утгыг өгдөг. Хэрэв энэ стандарт төлөвийг анхны төлөв гэж үзэж, энтропийн утгыг түүнд өгсөн бол Энтропи 0 , дараа нь муж дахь энтропийг тооцоолох Аилэрхийлэл байх болно:

Буурсан энтропийн утгыг дараах байдлаар тэмдэглэнэ с = Энтропи / м нэгжтэй хэмжилт J/(кг×К).

Өгөгдсөн утгуудын дагуу бичигдсэн илэрхийлэл (1.22) дараах хэлбэртэй байна.

. (1.23)

Калорийн параметр болох энтропи нь хэд хэдэн шинж чанартай байдаг.

1. Энтропи нь системийн төлөв байдлын өвөрмөц функц юм.

2. Энтропи нь дотоод энергитэй адил нэмэлт хэмжигдэхүүн юм.

.

3. Термодинамик систем дэх буцах ба эргэлт буцалтгүй процессуудын хувьд

Энэ сэдвээр энтропийн өөрчлөлтийг тэгшитгэлээр тодорхойлно.

, (1.24)

Үүнд тэнцүү тэмдэг нь урвуу процессыг илэрхийлдэг бол их тэмдэг нь эргэлт буцалтгүй үйл явцыг хэлнэ.

(1.24) илэрхийллээс харахад тусгаарлагдсан системийн энтропи өөрчлөгдөхгүй эсвэл өсөх боловч буурахгүй байж болно.

1.2.4. Эксерги

"Энтропи" гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлснээр дулаан ба ажлын чанарын ялгааг тооцоолох боломжтой болсон. 1 кг жинтэй системийн хувьд бид термодинамикийн нэг ба хоёрдугаар хуулиудын аналитик илэрхийллийг нэгтгэсэн тэгшитгэлийг олж авдаг. Тиймээс (1.23) ба (1.19) илэрхийллээс дараах байдалтай байна.

ds =
. (1.25)

(1.23) ба (1.18) тэгшитгэлээс бид дараахь зүйлийг олж авна.

ds =
. (1.26)

(1.25) ба (1.26) хэлбэрийн тэгшитгэлийг термодинамик гэж нэрлэдэг им- и т о д э с т в а м и. Тэдгээрийн тусламжтайгаар термодинамик дахь системийн хэд хэдэн шинж чанарыг тогтоож, процесс дахь физик хэмжигдэхүүний хоорондын холбоог илүү бүрэн илрүүлдэг.

(1.25) тэгшитгэлийг ашиглан бид тухайн системийн гүйцэтгэсэн бүх процессууд буцаах боломжтой бөгөөд эцсийн төлөв хүртэл явагддаг бол тухайн термодинамик системээр гүйцэтгэж болох хамгийн их техникийн ажлын хэмжээг тогтооно. хүрээлэн буй орчны тэнцвэрт байдал.

Термодинамикийн хувьд системийн хамгийн их боломжит техникийн ажлыг e x erg y гэж нэрлэдэг .

Системийн эксергиг тэмдэглэнэ үү Э x . Эксергийн SI нэгж нь жоуль юм. Түүний үнэ цэнэ буурсан (д x = Э x / м) хэмжилтийн нэгж Ж/кг байна.

Хаалттай термодинамик системд дулааныг Карногийн мөчлөгийн дагуу ажил болгон хувиргахдаа авч болно д x = л ts. Дараа нь температуртай эх үүсвэрээс дулааныг зайлуулах үед Т 1 температуртай орчинд Т 0 бичих эрхтэй д x = q· t = q (1 - ). Эдгээр өөрчлөлтүүд нь бусад мөчлөгт хамгийн их ажлыг өгөх нөхцөлийг тодорхойлъё.

Системийн анхны төлөвийг цэгээр тодорхойл А, Зураг 1.8. Хүрээлэн буй орчинтой харьцах үед системийн төлөв тэнцвэрт байдалд орох хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь цэгээр тэмдэглэгдсэн байдаг. О.Үйл явц а-осистемийн анхны төлөвөөс тэнцвэрт байдалд шилжихээс өөр юу ч биш. Системтэй харилцан үйлчлэлцэж байгаа хэдий ч орчны температур тогтмол бөгөөд T0-тэй тэнцүү байдгийг санаарай.

Термодинамикийн эхний хуулийн тэгшитгэлийг ашиглан (1.15) хэлбэр ба Зураг. 1.8

д x = q а - Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. +(би 0 – би А ). (1.27)

Энтальпийн өөрчлөлт нь үйл явцын шинж чанараас хамаардаггүй. Тиймээс хэрэв системийн эхний болон эцсийн төлөвүүд мэдэгдэж байгаа бол энтальпийн зөрүүг тодорхойлох боломжтой байдаг. Дулааны хэмжээ нь үйл явцын функц юм а-о . Тодорхойлохын тулд q а - Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна.Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийг ашиглая. q Хүрээлэн буй орчны дулааны хэмжээг хүлээн авах нь ойлгомжтойЛхагва q а-о, системээс хүрээлэн буй орчинд шилжүүлсэн дулааны хэмжээтэй тэнцүү,

q Хүрээлэн буй орчны дулааны хэмжээг хүлээн авах нь ойлгомжтой = - q а - Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. (1.28)

, өөрөөр хэлбэл q а - Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна.Дулааны хэмжээ с Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. - Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна.- а- с апроцессын муруй доорх талбайтай пропорциональ (Зураг 1.8, талбай Т = Т Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна.). Хүрээлэн буй орчин нь дулааныг изотермийн процессоор хүлээн авдаг .Энэ үйл явцын анхны төлөв нь цэгээр тодорхойлогддог . ′ ) О с Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. - Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна.- Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. " - с Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. / , ба эцсийн (цэг с Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. - Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна.- а- с а .

ийм байх ёстой pl.

dq Хүрээлэн буй орчны дулааны хэмжээг хүлээн авах нь ойлгомжтой = Т Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. ds Хүрээлэн буй орчны дулааны хэмжээг хүлээн авах нь ойлгомжтой ,

, (1.28) дагуу pl-тэй тэнцүү байсан. . Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн дагуу А дараа нь энэ илэрхийлэлийг мужаас нэгтгэсний дараа

q цэг хүртэл байх болно: 0 cp 0" = Т а (с 0 cp а -s 0 ) = Т 0 cp 0 ′ –s а ). (1.29)

) + Т

д x = (би а – би Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. ) – Т Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. (с а – с Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. ) – Т Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. (с Техникийн ажлыг эксергиороор орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна. / - с а). (1.30)

-s

Дараа нь (1.28)-ыг харгалзан (1.27) илэрхийллийг бичнэ. Т 0 (с 0/ - с а ) ≥ 0.

(1.30) тэгшитгэлээс хэд хэдэн чухал дүгнэлт гарч байна: с а 1. Буцах процесстой системд эксерги нь эргэлт буцалтгүй процесстой ижил системээс их байдаг, учир нь (би а – би 0 2. Системийн анхны энтропийн утга их байх тусам

, тогтмол энтальпийн зөрүүгээр хийх ажил бага байх болно

).

Үүний үр дүнд энтропи нь системийн энергийг тодорхойлдог.

- дулаан, ажил гэх мэт эрчим хүчний солилцооны хэлбэрийг харилцан өөрчлөхөд шаардлагатай нөхцлийг тодорхойлдог; - дулааныг ажил болгон хувиргах бүрэн байдлыг тогтооно. 1.2.5 Термодинамикийн гуравдугаар хуулийн тухай ойлголт Үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо бага температурт янз бүрийн бодисын шинж чанарыг судлахдаа

(Т = 0), бодит биетүүдийн зан төлөвт чухал загвар илэрсэн:.

үнэмлэхүй тэг мужид аливаа тэнцвэрт байдалд байгаа биеийн энтропи нь температур, эзэлхүүн болон биеийн төлөв байдлыг тодорхойлдог бусад үзүүлэлтээс хамаардаггүй.

В.Нернст М.Планкийн квант онолыг ашиглан lim ∆s T → 0 = 0 гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн.(1.31)

Эндээс термодинамикийн гуравдахь хуулийн томъёолол гарч ирэв.

Үнэмлэхүй тэг температурт даралт, нягтрал, фазаас үл хамааран тэнцвэрт байдалд байгаа бүх бодисын энтропи тэг болно.

Термодинамикийн гуравдугаар хуулийн аналитик илэрхийлэл нь тэгш байдал (1.31) юм.

Хоёрдахь хууль нь эмх замбараагүй байдлын хэмжүүр (эсвэл дэг журмын хэмжүүр) болох энтропи гэсэн ойлголттой холбоотой юм. Термодинамикийн хоёр дахь хуульд орчлон ертөнц бүхэлдээ энтропи нэмэгддэг гэж заасан байдаг.

Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн хоёр сонгодог тодорхойлолт байдаг.

1. Келвин ба Планк нар: Усан сангаас тодорхой температурт тодорхой хэмжээний дулаан ялгаруулж, тэр дулааныг бүрэн ажил болгон хувиргадаг циклийн процесс байдаггүй. (Ачаа өргөх, дулааны нөөцлүүрийг хөргөхөөс өөр ажил хийдэггүй, үе үе ажилладаг машин бүтээх боломжгүй)
2. Клаузиус: Цорын ганц үр дүн нь бага халсан биеэс тодорхой хэмжээний дулааныг илүү халсан бие рүү шилжүүлэх процесс байхгүй. (Дугуй хэлбэртэй үйл явц нь боломжгүй бөгөөд үүний цорын ганц үр дүн нь дулааны савыг хөргөх замаар ажил үйлдвэрлэх явдал юм)

Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн хоёр тодорхойлолт хоёулаа термодинамикийн нэгдүгээр хуульд тулгуурладаг бөгөөд энэ нь энерги буурдаг. Хоёр дахь хууль нь үзэл баримтлалтай холбоотой энтропи (S).

Энтропи. Хоёрдахь хуулийн математик илэрхийлэлбүх процессоор үүсгэгддэг, энэ нь системийн ажил хийх чадвараа алдсантай холбоотой юм. Энтропийн өсөлт нь аяндаа явагддаг үйл явц юм. Хэрэв системийн эзэлхүүн ба энерги тогтмол байвал систем дэх аливаа өөрчлөлт нь энтропийг нэмэгдүүлдэг. Хэрэв системийн эзэлхүүн эсвэл энерги өөрчлөгдвөл системийн энтропи буурна. Гэсэн хэдий ч орчлон ертөнцийн энтропи буурдаггүй.

Эрчим хүчийг ашиглахын тулд системд эрчим хүчний өндөр, бага түвшний хэсгүүд байх ёстой. Ашигтай ажил нь эрчим хүчийг эрчим хүчний өндөр түвшний бүсээс бага эрчим хүчний түвшин рүү шилжүүлэх замаар бүтээгддэг.

• Эрчим хүчийг 100% ажил болгон хувиргах боломжгүй
• Энтропи үүсгэж болох ч устгах боломжгүй

Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг

Эрчим хүчний хоёр түвшний хооронд ажилладаг дулааны хөдөлгүүрийн үр ашгийг үнэмлэхүй температураар тодорхойлно

• η = (T h - T c) / T h = 1 - T c / T h
  • η = үр ашиг
  • T h = дээд хязгаар (K)
  • T c = температурын доод хязгаар (K)

Хамгийн их үр дүнд хүрэхийн тулд Tc-ийг аль болох бага байлгах хэрэгтэй. Үр нөлөө 100% байхын тулд T c нь Келвиний хуваарийн дагуу 0-тэй тэнцүү байх ёстой. Практикт энэ нь боломжгүй тул үр ашиг нь үргэлж 1-ээс бага (100% -иас бага) байдаг.

• Энтропийн өөрчлөлт > 0 Буцааж болшгүйүйл явц
• Энтропийн өөрчлөлт = 0 Хоёр талынүйл явц (буцах боломжтой)
• Энтропийн өөрчлөлт< 0 Боломжгүйүйл явц (боломжгүй)

Энтропи нь нэг системийн нөгөө системд нөлөөлөх харьцангуй чадварыг тодорхойлдог. Эрчим хүч нь хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх нөлөөлөл багасах энергийн доод түвшинд шилжих тусам энтропи нэмэгддэг.

Энтропийн тодорхойлолт

Тогтмол эзэлхүүний систем дэх энтропи нь дараахь байдлаар тодорхойлогддог.

• dS = dH/T
  • S = энтропи (кЖ/кг*К)
  • H = (kJ/kg) (заримдаа dH оронд dQ бичдэг = системд өгсөн дулааны хэмжээ)
  • T = үнэмлэхүй температур (K - )

Системийн энтропийн өөрчлөлт нь түүний доторх дулааны агууламж өөрчлөгдсөнөөс үүсдэг. Энтропийн өөрчлөлт нь системийн дулааны өөрчлөлтийг дундаж үнэмлэхүй температурт (T a) хуваасантай тэнцүү байна.

Карногийн дулааны мөчлөг. Карногийн мөчлөг бол хамгийн тохиромжтой термодинамик мөчлөг юм.

dS = dH / T a Карногийн бүрэн мөчлөг бүрийн утгуудын нийлбэр (dH / T) нь 0 байна. Энэ нь эерэг H бүрийн хувьд эсрэг талын сөрөг H утга байдагтай холбоотой юм.

Дулааны хөдөлгүүрт хий (урвуу) халааж, дараа нь хөргөнө. Циклийн загвар нь дараах байдалтай байна: Байрлал 1 --() --> Байрлал 2 --() --> Байрлал 3 --(изотерм шахалт) --> Байрлал 4 --(адиабат шахалт) --> Байрлал 1

• 1-р байр - 2-р байр: изотермийн тэлэлт
  • Изотерматик тэлэлт. Үйл явцын эхэнд ажлын шингэн нь температур T h, өөрөөр хэлбэл халаагчийн температуртай байдаг. Дараа нь биеийг халаагчтай холбож, изотермоор (тогтмол температурт) дулааны QH-ийн хэмжээг шилжүүлдэг. Үүний зэрэгцээ ажлын шингэний хэмжээ нэмэгддэг. Q H =∫Tds=T h (S 2 -S 1) =T h ΔS
• Байрлал 2 - Байрлал 3: Адиабат тэлэлт
  • Адиабат (изентропик) тэлэлт. Ажлын шингэн нь халаагуураас салгагдсан бөгөөд хүрээлэн буй орчинтой дулаан солилцоогүйгээр тэлсээр байна. Үүний зэрэгцээ түүний температур нь хөргөгчийн температур хүртэл буурдаг.
• 3-р байр - 4-р байр: изотермийн шахалт
  • Изотерм шахалт. Тухайн үед Tc температуртай ажлын шингэн нь хөргөгчтэй холбогдож изотермоор шахаж эхэлдэг бөгөөд энэ нь хөргөгчинд Qc дулааны хэмжээг өгдөг. Q c =T c (S 2 -S 1)=T c ΔS
• Байрлал 4 - Байрлал 1: Адиабат шахалт
  • Адиабат (изентропик) шахалт. Ажлын шингэнийг хөргөгчнөөс салгаж, хүрээлэн буй орчинтой дулаан солилцохгүйгээр шахдаг. Үүний зэрэгцээ түүний температур халаагчийн температур хүртэл нэмэгддэг.

Изотермийн процессын үед адиабат процессын үед температур тогтмол хэвээр байна, дулааны солилцоо байхгүй, энэ нь энтропи хадгалагдана гэсэн үг юм. Тиймээс Карногийн циклийг T ба S координатаар (температур ба энтропи) дүрслэх нь тохиромжтой. Термодинамикийн хуулиудыг эмпирик (туршилтаар) тодорхойлсон. Термодинамикийн хоёр дахь хууль бол энтропитэй холбоотой туршилтуудын ерөнхий дүгнэлт юм. Системийн dS ба орчны dS нь 0-тэй тэнцүү буюу түүнээс их байдаг нь мэдэгдэж байна. энтропийн буурдаггүй хууль . Адиабатаар тусгаарлагдсан системийн энтропи өөрчлөгддөггүй! 100 хэм (373 К) цагтууршилт = 2,258 кЖ/кг

• Тодорхой энтропийн өөрчлөлт:
• dS = dH / T a = (2 258 - 0) / ((373 + 373)/2) = 6.054 кЖ/кг*К

Усны ууршилтын хувийн энтропийн нийт өөрчлөлт нь усны хувийн энтропи (0 ° C) дээр уурын хувийн энтропи (100 ° C температурт) нийлбэр юм.

Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн үндсэн заалтууд

Термодинамикийн нэгдүгээр хууль нь энергийг хадгалах, хувиргах ерөнхий хуулийн онцгой тохиолдол болохын хувьд дулааныг ажил болгон хувиргаж, ажлыг дулаан болгон хувиргах боломжтой бөгөөд эдгээр хувиргалт хийх боломжтой нөхцөлийг тогтоогоогүй болно.

Тэрээр дулааны үйл явцын чиглэлийн талаархи асуултыг огт авч үздэггүй бөгөөд энэ чиглэлийг мэдэхгүй бол түүний мөн чанар, үр дүнг урьдчилан таамаглах боломжгүй юм.

Жишээлбэл, эхний хууль нь халсан биеэс дулааныг хүйтэнд шилжүүлэх үү, эсвэл эсрэгээр нь шилжүүлэх үү гэсэн асуултыг шийдэж чадахгүй. Өдөр тутмын ажиглалт, туршилтууд нь дулааныг зөвхөн халсан биеэс хүйтэн бие рүү шилжүүлж чаддаг болохыг харуулж байна. Халсан биеэс дулааныг хүрээлэн буй орчинд шилжүүлэх нь хүрээлэн буй орчинтой температурын бүрэн тэнцвэрт байдалд хүрэх хүртэл явагдана. Зөвхөн ажлын зардлаар дулааны хөдөлгөөний чиглэлийг өөрчлөх боломжтой.

Дулааны энэ шинж чанар нь түүнийг ажлаас эрс ялгадаг.

Аливаа үйл явцад оролцдог бусад бүх төрлийн энергитэй адил ажил нь амархан бөгөөд бүрэн дулаан болж хувирдаг. Ажлыг дулаан болгон бүрэн хувиргадаг нь эрт дээр үед хүн хоёр мод үрж гал гаргах үед мэддэг байсан. Ажлыг дулаан болгон хувиргах үйл явц нь байгальд тасралтгүй явагддаг: үрэлт, цохилт, тоормос гэх мэт.

Дулаан нь жишээлбэл, дулааны хөдөлгүүрт тэс өөрөөр ажилладаг. Дулааныг ажил болгон хувиргах нь зөвхөн дулааны эх үүсвэр ба дулаан шингээгчийн хоорондох температурын зөрүүтэй тохиолдолд л тохиолддог. Энэ тохиолдолд бүх дулааныг ажил болгон хувиргах боломжгүй юм.

Дээрхээс харахад дулааныг ажил болгон хувиргах ба эсрэгээр нь гүн гүнзгий ялгаатай байна. Дулааны урсгалын чиглэлийг зааж өгөх, дулааны хөдөлгүүрт дулааныг ажил болгон хувиргах хамгийн дээд хязгаарыг тогтоосон хууль нь шинэ хууль юм.туршлагаас олж авсан. Энэ бол бүх дулааны процесст ерөнхий ач холбогдолтой термодинамикийн хоёр дахь хууль юм. Термодинамикийн хоёр дахь хууль нь зөвхөн технологиор хязгаарлагдахгүй; үүнийг физик, хими, биологи, одон орон судлал гэх мэт салбарт ашигладаг.

1824 онд Францын инженер, эрдэмтэн Сади Карно галын хөдөлгөгч хүчний талаар ярилцахдаа хоёр дахь хуулийн мөн чанарыг тодорхойлсон.

Өнгөрсөн зууны 50-аад онд Клаузиус термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн хамгийн ерөнхий бөгөөд орчин үеийн томъёоллыг дараахь постулат хэлбэрээр өгсөн. Дулаан нь чөлөөт процессоор (нөхөн төлбөргүйгээр) хүйтэн биеээс дулаан руу шилжих боломжгүй." Клаусиусын постулатыг хүрээлэн буй орчны ажиглалтаас олж авсан туршилтын хууль гэж үзэх нь зүйтэй. Клаузиусын дүгнэлтийг технологийн салбартай холбон хийсэн боловч физик, химийн үзэгдлийн талаархи хоёр дахь хууль нь бас зөв болох нь тогтоогджээ. Клаусиусын постулат нь хоёр дахь хуулийн бусад бүх томъёололын нэгэн адил байгалийн үндсэн, гэхдээ үнэмлэхүй хуулиудын нэгийг илэрхийлдэг, учир нь энэ нь биднийг хүрээлэн буй дэлхийн нөхцөлд хязгаарлагдмал хэмжээстэй объектуудтай холбоотой томъёолсон юм.

1851 онд Клаусиустай нэгэн зэрэг Томсон термодинамикийн хоёр дахь хуулийн өөр нэг томъёоллыг дэвшүүлсэн бөгөөд үүнээс үзэхэд дулаан дамжуулалтаас хүлээн авсан бүх дулааныг ажил болгон хувиргах боломжгүй, харин зөвхөн заримыг нь авч болно.

Дулааны нэг хэсэг нь дулаан шингээгч рүү орох ёстой.

Тиймээс ажил олж авахын тулд өндөр температуртай дулааны эх үүсвэртэй байх шаардлагатай, эсвэл дулаан шингээгч, мөн бага температурт дулааны эх үүсвэр, эсвэл дулаан шингээгч. Түүнчлэн, Томсоны постулат нь зөвхөн далай, далай, агаарын дотоод энергийг ашиглан ажил бүтээх мөнхийн хөдөлгөөнт машин бүтээх боломжгүй гэдгийг харуулж байна. Энэ байр суурийг термодинамикийн хоёр дахь хууль гэж томъёолж болно: "Хоёр дахь төрлийн мөнхийн хөдөлгөөнт машиныг хэрэгжүүлэх боломжгүй юм." Хоёр дахь төрлийн байнгын хөдөлгөөнт машин гэдэг нь зөвхөн нэг эх үүсвэрээс хүлээн авсан бүх дулааныг бүрэн ажил болгон хувиргах чадвартай хөдөлгүүрийг хэлнэ.

Эдгээрээс гадна термодинамикийн хоёрдахь хуулийн хэд хэдэн томъёолол байдаг бөгөөд тэдгээр нь үндсэндээ шинэ зүйл нэвтрүүлдэггүй тул өгөгддөггүй.

Энтропи.

Термодинамикийн 2-р хууль нь 1-р (Энерги хадгалагдах хууль) шиг эмпирик байдлаар тогтоогдсон. Үүнийг Клаусиус анх томъёолсон: "Дулаан нь зөвхөн өндөр температуртай биеэс бага температуртай бие рүү аяндаа шилжиж, эсрэг чиглэлд аяндаа шилжиж чадахгүй."

Өөр нэг үг хэллэг: бүх зүйл аяндаа үүсэх үйл явцбайгальд тэд нэмэгддэг энтропи. (Энтропи. Хоёрдахь хуулийн математик илэрхийлэл- эмх замбараагүй байдлын хэмжүүр, системийн эмх замбараагүй байдал). Өөр өөр температуртай хоёр холбоо барих биеийн системийг авч үзье. ХалуунХоёр биеийн температур тэнцэх хүртэл өндөр температуртай биеэс бага бие рүү шилжих болно. Энэ тохиолдолд тодорхой хэмжээгээр нэг биеэс нөгөөд шилжинэ дулаан dQ. Гэхдээ энтропиэнэ тохиолдолд эхний биеийн хувьд энэ нь хоёр дахь биеийн хувьд нэмэгдэхээс бага хэмжээгээр буурах болно дулаан, учир нь тодорхойлолтоор dS=dQ/T (хүлээн авагч дахь температур!). Үүний үр дүнд гэсэн үг аяндаа үүсэх процессын энтропихоёр биеийн систем нийлбэрээс их болно энтропиүйл явц эхлэхээс өмнө эдгээр байгууллагууд. Өөрөөр хэлбэл, аяндаа үүсэх үйл явцөндөр температуртай биеэс дулааныг бага температуртай биед шилжүүлэхэд хүргэсэн энтропиэнэ хоёр биений систем нэмэгдсэн!

Хаалттай системийн энтропийн хамгийн чухал шинж чанарууд:

a) Карногийн урвуу циклийг гүйцэтгэдэг хаалттай системийн энтропи өөрчлөгдөхгүй.

ΔS arr =0, S=const.

б) Карногийн эргэлт буцалтгүй мөчлөгийг гүйцэтгэдэг хаалттай системийн энтропи нэмэгддэг.

ΔS түүхий >0.

в) Хаалттай системийн энтропи нь түүнд тохиолдох аливаа процессын хувьд буурахгүй: ΔS≥0.

Хаалттай системийн төлөв байдлын энгийн өөрчлөлтөөр энтропи буурахгүй: dS≥0. Тэнцүү тэмдэг нь эргэлт буцалтгүй процессыг, тэгш бус байдлын тэмдэг нь эргэлт буцалтгүй үйл явцыг илэрхийлдэг. c) цэг нь термодинамикийн хоёр дахь хуулийн (хуулийн) томъёоллын нэг юм. Термодинамик системд тохиолдох дурын үйл явцын хувьд дараахь хамаарал хүчинтэй байна.

Энд T нь мэдээлдэг биеийн температур юм. Термодинамик систем нь системийн төлөв байдлын хязгааргүй бага өөрчлөлтийн явцад δQ энергитэй байдаг. Термодинамикийн 1-р хуулийг δQ-д ашигласнаар өмнөх тэгш бус байдлыг термодинамикийн 1 ба 2-р хуулиудыг нэгтгэсэн хэлбэрээр дахин бичиж болно: TdS ≥ dU+δA.

Энтропийн шинж чанарууд.

1. Тэгэхээр энтропи бол төлөв байдлын функц юм. Хэрэв процесс нь адиабатын дагуу явагдах юм бол системийн энтропи өөрчлөгдөхгүй. Энэ нь адиабатууд нь бас изоэнтропууд гэсэн үг юм. "Өндөр" байрлах адиабат (изентроп) бүр илүү том энтропийн утгатай тохирч байна. Үүнийг 1 ба 2-р цэгүүдийн хооронд өөр өөр адиабатууд дээр байрлах изотермаль процессыг хийх замаар хялбархан шалгаж болно (*зураг харна уу). Энэ процесст T=const, тиймээс S2-S1=Q/T. Идеал хийн хувьд Q нь системийн гүйцэтгэсэн ажил А-тай тэнцүү байна. Тэгээд A>0 учраас S 2 >S 1 гэсэн үг. Тиймээс адиабат систем ямар харагддагийг мэдэх болно. Бидний сонирхлыг татдаг тэнцвэрийн 1 ба 2-р төлөвийн хоорондох энтропи нэмэгдэх тухай асуултад бид амархан хариулж чадна: Энтропи нь нэмэлт хэмжигдэхүүн юм: макросистемийн энтропи нь түүний бие даасан хэсгүүдийн энтропиүүдийн нийлбэртэй тэнцүү байна.

3. Энтропийн хамгийн чухал шинж чанаруудын нэг нь битүү (өөрөөр хэлбэл дулаан тусгаарлагдсан) макросистемийн энтропи буурахгүй - энэ нь өсөх эсвэл тогтмол хэвээр байх явдал юм. Хэрэв систем хаалттай бол түүний энтропи нэмэгдэж эсвэл буурч болно.

Хаалттай системийн энтропийг нэмэгдүүлэх зарчим нь термодинамикийн хоёр дахь хуулийн өөр нэг томъёолол юм. Хаалттай макросистем дэх энтропийн өсөлтийн хэмжээ нь системд болж буй үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдлын хэмжүүр болж чаддаг. Хязгаарлагдмал тохиолдолд процессууд буцах боломжтой үед хаалттай макросистемийн энтропи өөрчлөгддөггүй.

Системийн хоёр төлөв дэх энтропийн ΔS ялгаа нь физикийн утгатай. Систем нэг төлөвөөс нөгөөд эргэлт буцалтгүй шилжих тохиолдолд энтропийн өөрчлөлтийг тодорхойлохын тулд та анхны болон эцсийн төлөвийг холбосон зарим урвуу процессыг гаргаж, системийн хүлээн авсан дулааны бууралтыг олох хэрэгтэй. шилжилт.

Цагаан будаа. 3.12.4 - Дулаан солилцоо байхгүй үед хийн "хоосон" тэлэлтийн эргэлт буцалтгүй үйл явц

Энэ үйл явц дахь хийн зөвхөн эхний ба эцсийн төлөвүүд нь тэнцвэрт байдал бөгөөд тэдгээрийг (p, V) диаграммд дүрсэлж болно. Эдгээр төлөвт харгалзах (a) ба (b) цэгүүд нь ижил изотерм дээр байрладаг. ΔS энтропийн өөрчлөлтийг тооцоолохын тулд (a) -аас (b) хүртэлх урвуу изотермийн шилжилтийг авч үзэж болно. Изотермийн тэлэлтийн үед хий нь хүрээлэн буй биетүүдээс тодорхой хэмжээний дулааныг Q > 0 хүлээн авдаг тул хийн эргэлт буцалтгүй тэлэлтийн үед энтропи нэмэгдсэн гэж дүгнэж болно: ΔS > 0.

Эргэшгүй үйл явцын өөр нэг жишээ бол хязгаарлагдмал температурын зөрүүтэй дулаан дамжуулалт юм. Зураг дээр. Зураг 3.12.5-д адиабат бүрхүүлд бэхлэгдсэн хоёр биеийг үзүүлэв. Биеийн анхны температур T 1 ба T 2< T 1 . При теплообмене температуры тел постепенно выравниваются. Более теплое тело отдает некоторое количество теплоты, а более холодное – получает. Приведенное тепло, получаемое холодным телом, превосходит по модулю приведенное тепло, отдаваемое горячим телом. Отсюда следует, что изменение энтропии замкнутой системы в необратимом процессе теплообмена ΔS > 0.

Энтропийн өсөлт нь тусгаарлагдсан термодинамик системд аяндаа тохиолддог бүх эргэлт буцалтгүй үйл явцын нийтлэг шинж чанар юм. Тусгаарлагдсан систем дэх урвуу процессын үед энтропи өөрчлөгддөггүй: ΔS≥0. Энэ хамаарлыг ихэвчлэн энтропийн өсөлтийн хууль гэж нэрлэдэг. Термодинамик тусгаарлагдсан системд тохиолддог аливаа процессын хувьд энтропи өөрчлөгдөхгүй эсвэл нэмэгддэг.

Тиймээс энтропи нь аяндаа үүсэх үйл явцын чиглэлийг заадаг. Энтропийн өсөлт нь систем термодинамикийн тэнцвэрт байдалд ойртож байгааг харуулж байна. Тэнцвэрт байх үед энтропи хамгийн их утгыг авдаг. Энтропи нэмэгдэх хуулийг термодинамикийн хоёр дахь хуулийн өөр нэг томъёолол болгон авч болно.

1878 онд Л.Больцман энтропийн тухай ойлголтын магадлалын тайлбарыг өгчээ. Тэрээр энтропийг хаалттай термодинамик систем дэх статистик эмх замбараагүй байдлын хэмжүүр гэж үзэхийг санал болгов. Хаалттай системд аяндаа тохиолддог бүх үйл явц нь системийг тэнцвэрт байдалд ойртуулж, энтропийн өсөлтийг дагалдаж, төлөв байдлын магадлалыг нэмэгдүүлэхэд чиглэгддэг.

Маш олон тооны бөөмс агуулсан макроскоп системийн аливаа төлөвийг олон янзаар ойлгож болно. Системийн төлөвийн термодинамик магадлал W гэдэг нь макроскоп системийн өгөгдсөн төлөвийг хэрэгжүүлэх арга замуудын тоо буюу тухайн макро төлөвийг хэрэгжүүлэх микро төлөвийн тоо юм. Тодорхойлолтоор термодинамик магадлал нь W >> 1 байна.

Жишээлбэл, хэрэв саванд 1 моль хий байгаа бол молекулыг савны хоёр хагаст байрлуулах асар олон тооны N арга боломжтой: Авогадрогийн тоо хаана байна. Тэд тус бүр нь бичил төлөв юм.

Бүх молекулуудыг савны хагаст (жишээлбэл, баруун талд) цуглуулсан тохиолдолд зөвхөн нэг микро төлөвт тохирно. Ийм үйл явдлын магадлал бараг тэг байна. Хамгийн олон тооны бичил төлөв нь молекулууд эзлэхүүн даяар жигд тархсан тэнцвэрийн төлөвтэй тохирч байна. Тиймээс тэнцвэрт байдал хамгийн их магадлалтай. Нөгөө талаас, тэнцвэрийн төлөв нь термодинамик систем дэх хамгийн их эмх замбараагүй байдал ба хамгийн их энтропитэй төлөв юм.

Больцманы үзэж байгаагаар системийн энтропи S ба термодинамик магадлал W нь дараах байдлаар хамааралтай: S=klnW, энд k = 1.38·10 –23 Ж/К нь Больцманы тогтмол юм. Тиймээс энтропи нь өгөгдсөн макро төлөвийг хэрэгжүүлэх боломжтой микро төлөв байдлын тооны логарифмээр тодорхойлогддог. Тиймээс энтропи нь термодинамик системийн төлөв байдлын магадлалын хэмжүүр гэж үзэж болно. Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн магадлалын тайлбар нь термодинамикийн тэнцвэрийн төлөв байдлаас системийг аяндаа хазайх боломжийг олгодог. Ийм хазайлтыг хэлбэлзэл гэж нэрлэдэг. Олон тооны бөөмс агуулсан системд тэнцвэрийн төлөвөөс мэдэгдэхүйц хазайх магадлал маш бага байдаг.

Дугуй термодинамик процессууд буюу мөчлөгүүд

Өмнө нь авч үзсэн термодинамик процессуудад нийлүүлсэн дулааны үр дүнд эсвэл ажлын шингэний дотоод энерги өөрчлөгдсөний үр дүнд эсвэл хоёулангийнх нь үр дүнд нэгэн зэрэг ажил олж авах асуудлыг судал. Цилиндр дэх хийн нэг удаагийн өргөтгөлөөр зөвхөн хязгаарлагдмал хэмжээний ажлыг авах боломжтой. Үнэн хэрэгтээ, цилиндрт рений хий үүсэх аливаа процессын явцад ажлын шингэний температур, даралт нь хүрээлэн буй орчны температур, даралттай тэнцүү байх мөч ирэх бөгөөд энэ үед ажлын үйлдвэрлэл зогсох болно.

Тиймээс дахин ажил олж авахын тулд шахалтын явцад ажлын шингэнийг анхны байдалд нь оруулах шаардлагатай.

Зураг 8-аас харахад хэрэв ажлын шингэн нь 1-3-2 муруй дагуу өргөжиж байвал pv-диаграмм дээр дүрсэлсэн ажил үүсдэг. 13245. 2-р цэгт хүрэхэд ажлын шингэнийг анхны байдалд нь (1-р цэг хүртэл) буцааж өгөх ёстой бөгөөд ингэснээр дахин ажил үүсгэж болно. Биеийг анхны байдалд нь буцаах үйл явцыг гурван аргаар хийж болно.

Зураг 8 – Тойрог процесс.

1.Шахалтын муруй 2-3-1 нь тэлэлтийн муруй 1-3-2-тай давхцаж байна. Ийм процесст тэлэлтийн үед олж авсан бүх ажил (13245-р тал) нь шахалтын ажилтай (23154-р тал) тэнцүү бөгөөд эерэг ажил нь тэг байна. Шахалтын муруй 2-6-1 нь тэлэлтийн шугамын 1-3-2 дээр байрладаг; .энэ тохиолдолд шахалтад (51624-р тал) өргөтгөлийн үед авахаас илүү их ажил зарцуулагдана (51324-р тал).

Шахалтын муруй-2-7-1 нь 1-3-2 тэлэлтийн шугамын доор байрладаг. Энэ дугуй процесст тэлэлтийн ажил (51324-р тал) шахалтын ажлаас (51724-р тал) илүү байх болно. Үүний үр дүнд pl.-ээр дүрсэлсэн эерэг ажлыг гаднаас нь өгөх болно. 13271 дугуй процесс буюу мөчлөгийн хаалттай шугамын дотор.

Циклийг хязгааргүй олон удаа давтснаар та нийлүүлсэн дулааныг ашиглан ямар ч хэмжээний ажлыг авах боломжтой.

Эерэг ажил хийдэг мөчлөгийг нэрлэдэг шууд цикл буюу дулааны хөдөлгүүрийн мөчлөг; түүний дотор тэлэлтийн ажил нь шахалтын ажлаас их байдаг. Ажлыг зарцуулдаг мөчлөгийг нэрлэдэг урвуу, үүн дотор шахалтын ажил нь тэлэлтийн ажлаас их байдаг. Хөргөх төхөөрөмж нь урвуу циклийг ашиглан ажилладаг.

Цикл нь эргэлт буцалтгүй, эргэлт буцалтгүй байдаг. Тэнцвэрт буцах процессуудаас бүрдэх мөчлөгийг нэрлэдэг буцаах боломжтой. Ийм мөчлөгийн ажлын шингэн нь химийн өөрчлөлтөд орох ёсгүй.

Хэрэв мөчлөгт орсон процессуудын дор хаяж нэг нь эргэлт буцалтгүй бол бүхэл бүтэн мөчлөг болно эргэлт буцалтгүй.

Туршилтын залруулгын хүчин зүйлийг нэвтрүүлэх замаар хамгийн тохиромжтой мөчлөгийн судалгааны үр дүнг бодит машинуудын бодит эргэлт буцалтгүй процесс руу шилжүүлж болно.

Дулааны үр ашиг ба мөчлөгийн хөргөлтийн коэффициент

Аливаа урвуу эргэлтийг судлах нь үүнийг хэрэгжүүлэхийн тулд шууд процессын цэг бүрт дулаан дамжуулагчаас ажлын шингэн рүү дулааныг хязгааргүй бага температурын зөрүүгээр хангах, ажлын шингэнээс дулаан хүлээн авагч руу дулааныг зайлуулах шаардлагатай болохыг баталж байна. мөн хязгааргүй бага температурын зөрүүтэй. Энэ тохиолдолд хоёр хөрш дулааны эх үүсвэрийн температур хязгааргүй бага хэмжээгээр ялгаатай байх ёстой, эс тэгвээс хязгаарлагдмал температурын зөрүүтэй үед дулаан дамжуулах процессууд эргэлт буцалтгүй байх болно: Иймээс дулааны хөдөлгүүрийг бий болгохын тулд хязгааргүй том хэмжээтэй байх шаардлагатай. дулаан дамжуулагч, дулаан хүлээн авагч, ажлын шингэний тоо.

1-3-2 (Зураг 8) зам дээр ажлын шингэн нь тодорхой тооны өргөтгөлийн ажлыг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь pl-тэй тэнцүү байна. 513245, дулаан ялгаруулагчаас хүлээн авсан дулааны тодорхой хэмжээ, зарим талаараа дотоод энергитэй холбоотой. 2-7-1 зам дээр шахалтын тодорхой ажил зарцуулагдаж, тоон хувьд pl-тэй тэнцүү байна. 427154, түүний нэг хэсэг нь тодорхой хэмжээний дулаан хэлбэрээр дулаан хүлээн авагчид зайлуулж, нөгөө хэсэг нь ажлын шингэний дотоод энергийг анхны төлөвт хүргэхэд зарцуулагддаг. Шууд мөчлөгийн үр дүнд өргөтгөл ба шахалтын ажлын зөрүүтэй тэнцүү эерэг тодорхой ажил гадагшаа шилжинэ. Энэ ажил.

Тодорхой хэмжээний дулаан ба эерэг тодорхой ажлын хоорондын хамаарлыг термодинамикийн нэгдүгээр хуулиар тодорхойлно.

Циклийн үед биеийн эцсийн төлөв нь анхны төлөвтэй давхцдаг тул ажлын биеийн дотоод энерги өөрчлөгддөггүй тул

Нэг мөчлөгт эерэг тодорхой ажилд хувирсан дулааны тодорхой хэмжээг ажлын шингэнд нийлүүлсэн дулааны бүх хувийн хэмжээтэй харьцуулсан харьцааг t гэж нэрлэдэг. шууд дулааны үр ашиг

мөчлөг:

Утга нь дулааны хөдөлгүүрийн мөчлөгийн төгс төгөлдөр байдлын үзүүлэлт юм. Утга өндөр байх тусам нийлүүлсэн дулааны ихэнх хэсэг нь ашигтай ажил болж хувирдаг. Дулааны үр ашгийн үнэ цэнэ мөчлөг нь үргэлж нэгээс бага бөгөөд хэрэв эсвэл нэгтэй тэнцүү байж болно, үүнийг хийх боломжгүй.

Үүссэн тэгшитгэл (62) нь цикл дэх ажлын шингэнд өгч буй бүх дулааныг дулаан хүлээн авагч руу тодорхой хэмжээний дулааныг зайлуулахгүйгээр бүрэн ажил болгон хувиргах боломжгүйг харуулж байна.

Тиймээс Карногийн гол санаа зөв болов, тухайлбал: хаалттай дугуй процесст дулаан дамжуулагч ба дулааны хүлээн авагчийн хооронд температурын зөрүү байгаа тохиолдолд л дулаан механик ажил болж хувирдаг. Энэ ялгаа их байх тусам үр ашиг өндөр болно. дулааны хөдөлгүүрийн мөчлөг.

Одоо цагийн зүүний эсрэг чиглэлд ажилладаг урвуу мөчлөгийг авч үзье, pv-диаграмм pl дээр дүрслэгдсэн байна. 13261. Энэ мөчлөгийн ажлын шингэний тэлэлт нь шахалтаас бага температурт явагдах ба тэлэлтийн ажил (132451-р хэсэг) шахалтын ажил (162451-р хэсэг)-ээс бага байна. Ийм мөчлөгийг зөвхөн гадны ажлын зардлаар хийх боломжтой.

Урвуу эргэлтэнд дулааныг дулаан хүлээн авагчаас ажлын шингэн рүү нийлүүлж, тодорхой ажил зарцуулдаг бөгөөд энэ нь ижил хэмжээний дулаан болж хувирдаг бөгөөд энэ нь хамтдаа дулаан ялгаруулагчид шилждэг.

Ажлын зардалгүйгээр ийм шилжилт хийх боломжгүй юм.

Урвуу мөчлөгийн төгс байдлын зэрэг нь гэж нэрлэгддэг зүйлээр тодорхойлогддог гүйцэтгэлийн мөчлөгийн коэффициент.

Гүйцэтгэлийн коэффициент нь ажлын нэг нэгжийг зарцуулах үед дулаан шингээгчээс хэр их дулаан ялгардагийг харуулдаг. Түүний үнэ цэнэ нь ихэвчлэн нэгдлээс илүү байдаг.

Карногийн мөчлөг.

Шууд эргэх боломжтой Карногийн мөчлөг

Тогтмол температуртай хоёр дулааны эх үүсвэрийн хооронд явагдах урвуу эргэлт нь хоёр буцах изотерм ба хоёр буцах адиабат процессоос бүрдэх ёстой.

Энэ мөчлөгийг анх Сади Карно 1824 онд хэвлэгдсэн "Галын хөдөлгөгч хүч ба энэ хүчийг хөгжүүлэх чадвартай машинуудын тухай эргэцүүлэл" бүтээлдээ авч үзсэн. Энэ мөчлөгийг хэрэгжүүлэх дарааллыг илүү сайн ойлгохын тулд дулааны хөдөлгүүрийг төсөөлье. , цилиндрийг шаардлагатай бол туйлын дулаан дамжуулагч ба туйлын дулаан дамжуулагчгүй аль алиныг нь сольж болно. Поршений эхний байрлал дахь ажлын шингэний анхны параметрүүд ба температур нь дулаан дамжуулагчийн температуртай тэнцүү байна. Хэрэв энэ үед цилиндр туйлын дулаан дамжуулагч бөгөөд түүнийг 1-2-р изотермын дагуу ажлын шингэнд дулаан өгч, хязгааргүй их эрчим хүчний багтаамжтай дулаан дамжуулагчтай холбоо барьвал хий нь 2-р цэг хүртэл өргөжиж, хийгдэх болно. ажил. 2-р цэгийн параметрүүд: 2-р цэгээс цилиндр нь туйлын дулаан дамжуулалтгүй байх ёстой. Адиабатын 2-3 дагуу T 2 дулаан шингээгчийн температур хүртэл өргөжиж, T 1 температуртай ажлын шингэн ажиллах болно. 3-р цэгийн параметрүүд: . 3-р цэгээс бид цилиндрийг туйлын дулаан дамжуулагч болгодог. Ажлын шингэнийг 3-4-р изотермийн дагуу шахах замаар бид дулаан хүлээн авагч руу нэгэн зэрэг дулааныг зайлуулдаг. Изотерм шахалтын төгсгөлд ажлын шингэний параметрүүд нь . Бүрэн дулаан дамжуулдаггүй цилиндрийн 4-р цэгээс адиабат шахалтын процесс 4-1 нь ажлын шингэнийг анхны байдалд нь буцаана.

Ийнхүү бүх мөчлөгийн туршид дулаан дамжуулагчаас ажлын шингэнд дулааныг өгч, дулааныг дулаан хүлээн авагч руу шилжүүлсэн.

Дулааны үр ашиг мөчлөг

1-2-р изотермийн дагуу өгсөн дулааныг дараах байдлаар тодорхойлно.

3-4 изотермийг ашиглан ялгаруулсан дулааны үнэмлэхүй утгыг бид дараах байдлаар олно.

Олсон утгыг дулааны үр ашгийн тэгшитгэлд орлуулж бид олж авна

Өргөтгөх, шахах адиабат үйл явцын хувьд бид тус тустай

Тэгээд

Тиймээс дулааны үр ашгийн тэгшитгэл Багасгасны дараах Карногийн мөчлөг хэлбэрийг авна

Дулааны үр ашиг буцах боломжтой Карногийн мөчлөг нь зөвхөн дулаан дамжуулагч ба дулаан шингээгчийн үнэмлэхүй температураас хамаарна. Дулаан шингээгчийн температур өндөр, дулаан шингээгчийн температур бага байх тусам илүү их байх болно. Дулааны үр ашиг Карногийн мөчлөг нь үргэлж нэгээс бага байдаг, учир нь нэгтэй тэнцүү үр ашгийг олж авахын тулд T 2 = 0 эсвэл T 1 = ∞ байх шаардлагатай бөгөөд энэ нь боломжгүй юм. Дулааны үр ашиг Карногийн мөчлөг нь ажлын шингэний шинж чанараас хамаардаггүй бөгөөд T 2 -T 1 үед тэгтэй тэнцүү байна, өөрөөр хэлбэл бие нь дулааны тэнцвэрт байдалд байгаа бол дулааныг ажил болгон хувиргах боломжгүй юм.

Дулааны үр ашиг Карногийн мөчлөг хамгийн их ач холбогдолтой
үр ашигтай харьцуулахад нэг болон хийгдэх аливаа мөчлөг
ижил температурын хүрээ. Тиймээс харьцуулалт
дулааны үр ашиг ямар ч мөчлөг болон Карногийн мөчлөг танд хийх боломжийг олгодог
тухайн мөчлөгт ажиллаж байгаа машинд дулааны ашиглалтын төгс байдлын талаархи дүгнэлт.

Бодит хөдөлгүүрт Карногийн мөчлөг нь практик байдлаас шалтгаалан хийгддэггүй
хүндрэлүүд. Гэсэн хэдий ч Карногийн мөчлөгийн онолын болон практик ач холбогдол нь маш их юм. Энэ нь аливаа дулааны хөдөлгүүрийн мөчлөгийн төгс байдлыг үнэлэх жишиг болж өгдөг. .

T 1 ба T 2 температурын мужид хийгдсэн урвуу Карно циклийг Ts диаграмм дээр 1234 тэгш өнцөгтөөр дүрсэлсэн болно (Зураг 9).

Зураг 9 – Карногийн урвуу эргэлт.

Карногийн урвуу эргэлт

Карногийн мөчлөг нь зөвхөн урагшаа төдийгүй урвуу чиглэлд ч үргэлжилж болно. Зураг 10-д Карногийн урвуу мөчлөгийг үзүүлэв. Цикл нь буцах процессуудаас бүрдэх ба ерөнхийдөө буцах боломжтой байдаг.

Зураг 10 – Карногийн урвуу мөчлөг.

1-р цэгээс ажлын шингэн нь гадаад орчинтой дулаан солилцоогүйгээр адиабат 1-4-ийн дагуу өргөжиж, T 1 температур T 2 хүртэл нэмэгддэг. Үүний дараа 4-3-р изотермийн дагуу хийн цаашдын тэлэлт явагдаж, дулааны хангамжийг T2 бага температуртай эх үүсвэрээс авдаг. Үүний дараа температур T 2-аас T 1 хүртэл нэмэгддэг адиабат шахалт 3-2 байна. Сүүлчийн процессын үед 2-1 изотермийн шахалт үүсдэг бөгөөд энэ үед дулааныг өндөр температурт халаах төхөөрөмж рүү авдаг.

Урвуу мөчлөгийг бүхэлд нь авч үзвэл, зарцуулсан гаднах шахалтын ажил нь өргөтгөлийн ажлаас pl-ийн хэмжээгээр их байгааг тэмдэглэж болно. 14321 хаалттай гогцооны шугам дотор. Энэ ажил нь дулаан болж хувирч, дулааны хамт T 1 температуртай эх үүсвэр рүү шилждэг. Тиймээс урвуу цикл дээр тодорхой ажил хийсний дараа дулаан хүлээн авагчаас дулаан шингээгч рүү шилжүүлэх боломжтой болно.

дулааны нэгж. Энэ тохиолдолд дулаан хүлээн авагчийн хүлээн авсан дулаан нь тэнцүү байна

Урвуу мөчлөгт ажилладаг машиныг хөргөлтийн машин гэж нэрлэдэг. Карногийн урвуу мөчлөгийг авч үзвэл, Клаузиусын постулатын дагуу дулааныг бага температуртай эх үүсвэрээс өндөр температуртай эх үүсвэр рүү шилжүүлэх нь эрчим хүчний зарцуулалтыг зайлшгүй шаарддаг (хэрэглэх боломжгүй) гэж дүгнэж болно. нөхөн төлбөргүйгээр үнэгүй процесс).

Хөргөлтийн машинуудын үр ашгийн шинж чанар нь гүйцэтгэлийн коэффициент юм

Карногийн урвуу мөчлөгийн хувьд

Карногийн урвуу мөчлөгийн хөргөлтийн коэффициент нь үнэмлэхүй температур ба дулааны эх үүсвэрээс хамаардаг бөгөөд ижил температурын хязгаарт тохиолддог бусад мөчлөгийн хөргөлтийн коэффициенттэй харьцуулахад хамгийн өндөр утгатай байна.

Карногийн шууд ба урвуу мөчлөгийг авч үзсэний дараа бид Клаусиусын өгсөн термодинамикийн хоёр дахь хуулийн томъёололыг нарийвчлан тайлбарлаж болно.

Клаусиус байгальд тохиолддог бүх байгалийн үйл явц нь аяндаа явагддаг үйл явц (тэдгээрийг заримдаа эерэг (эсвэл нөхөн олговоргүй үйл явц гэж нэрлэдэг) гэж нэрлэдэг) бөгөөд эсрэг чиглэлд урсах нөхөн төлбөргүйгээр "өөрөө" чадахгүй гэдгийг харуулсан.

Аяндаа үүсэх үйл явц нь: дулааныг илүү халсан биеэс бага халсан бие рүү шилжүүлэх; ажлыг дулаан болгон хувиргах; шингэн эсвэл хийн харилцан тархалт; сансарт хий тэлэх гэх мэт.

Аяндаа бус үйл явц нь дээр дурьдсан аяндаа үүсэх процессуудын эсрэг үйл явцууд орно: дулааныг бага халсан биеэс илүү халсан бие рүү шилжүүлэх; дулааныг ажил болгон хувиргах; бие биендээ тархсан бодисыг бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваах гэх мэт. аяндаа явагдахгүй үйл явц боломжтой боловч нөхөн төлбөргүйгээр хэзээ ч "өөрөө" үүсдэггүй.

Боломжтой болгохын тулд аяндаа бус үйл явц ямар процессууд дагалдаж байх ёстой вэ? Бидний эргэн тойрон дахь физик үзэгдлүүдийг нарийвчлан, иж бүрэн судалснаар аяндаа бус үйл явц нь аяндаа явагдах үйл явц дагалдаж байх үед л боломжтой гэдгийг харуулсан. Иймээс аяндаа аяндаа үүсэх үйл явц нь аяндаа биш, зөвхөн аяндаа үүсэх үйл явцтай хамт явагдах боломжтой. Тиймээс, жишээлбэл, аливаа шууд дугуй процесст дулааныг ажил болгон хувиргах аяндаа бус үйл явц нь дулаан дамжуулагчаас дулаан хүлээн авагч руу нийлүүлсэн дулааны тодорхой хэсгийг нэгэн зэрэг аяндаа шилжүүлэх замаар нөхөгддөг. .

Урвуу эргэлтийг хэрэгжүүлэх үед бага халсан биеэс илүү халсан бие рүү дулаан дамжуулах аяндаа бус үйл явц боломжтой боловч энд гаднаас зарцуулсан ажлыг дулаан болгон хувиргах аяндаа үйл явцаар нөхөгддөг.

Тиймээс аливаа аяндаа бус үйл явц нь нөхөн олговор бүхий аяндаа үүсэх үйл явц дагалдаж байх үед л тохиолдож болно.

Карногийн теорем

Дулааны үр ашгийг гаргах үед Карногийн урвуу мөчлөгийн хувьд зөвхөн идеал хийн хувьд хүчинтэй харилцааг ашигласан. Иймд Карногийн мөчлөгийн тухай өгүүлсэн бүх зүйлийг бодит хий, уур болгон өргөжүүлэхийн тулд дулааны үр ашиг гэдгийг батлах шаардлагатай. Карногийн мөчлөг нь тухайн мөчлөгийг явуулж буй бодисын шинж чанараас хамаардаггүй. Энэ бол Карногийн теоремын агуулга юм.

Дулаан. Ажил зарцуулсан

Хэрэв бид ингэж тооцвол ижил үр дүн гарна. Тиймээс, хэзээ нэг боломжит сонголт хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь гэсэн үг бөгөөд , өөрөөр хэлбэл, жинхэнэ дулааны үр ашиг. урвуу Карно цикл нь ажлын шингэний шинж чанараас хамаардаггүй бөгөөд зөвхөн дулаан дамжуулагч ба дулаан хүлээн авагчийн температурын функц юм.

Лекц No6. Дулаан дамжуулалтын онолын сэдэв, даалгавар

Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн дагуу орон зайд дулаан дамжуулах аяндаа үүсэх процесс нь температурын зөрүүний нөлөөн дор явагддаг бөгөөд температурыг бууруулахад чиглэгддэг. Дулаан дамжуулалтын зүй тогтол ба энэ үйл явцын тоон шинж чанар нь онолын судалгааны сэдэв, даалгавар юм дулаан солилцоо (дулаан дамжуулалт).

Дулаан дамжуулах тухай сургаалдулаан тархах процессыг судалдаг шинжлэх ухаан юм. Технологийн бараг бүх салбарт чухал ач холбогдолтой тул тэдний өвөрмөц онцлог нь олон талт байдал юм.

Дулааны энерги нь бусад энергийн нэгэн адил хамгийн өндөр потенциалаас хамгийн бага руу шилждэг. Учир нь Дулааны энергийн боломж бол температур юм, дараа нь дулааны тархалтын үйл явц нь температурын тархалттай нягт холбоотой, өөрөөр хэлбэл, температурын талбар гэж нэрлэгддэг. Температурын талбаророн зай, цаг хугацааны температурын утгын багц юм. Ерөнхийдөө температур торон зайн аль ч цэгт координатын функц байдаг x, y, zба цаг хугацаа τ Тиймээс температурын талбайн тэгшитгэл нь байх болно

t = f(x, y, z, τ). (65)

Цаг хугацаа өнгөрөхөд температур өөрчлөгддөг талбарыг тогтворгүй буюу тогтворгүй гэж нэрлэдэг суурин бус.Хэрэв цаг хугацааны явцад температур өөрчлөгддөггүй бол энэ талбарыг тогтвортой төлөв гэж нэрлэдэг, эсвэл суурин, түүний тэгшитгэл нь байх болно

t = f(x,y,z).(66)

Температурын талбайн хамгийн энгийн тохиолдол бол нэг хэмжээст хөдөлгөөнгүй орон бөгөөд тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

t = f(x). (67)

Тогтворгүй температурын талбайн нөхцөлд үүсэх дулаан дамжуулалтыг гэж нэрлэдэг тогтворгүй нөхцөлд дулаан дамжуулалт, мөн суурин талбайн нөхцөлд тогтвортой байдалд дулаан дамжуулалт.

Дулаан дамжуулах үйл явц нь дулаан дамжуулалт, конвекц, дулааны цацраг (цацраг) гэсэн гурван үндсэн төрлийн дулаан дамжуулалтаас бүрдэх нарийн төвөгтэй процесс юм (Зураг 12).

А -дулаан дамжилтын илтгэлцүүр; б - конвекц; a - цацраг

Зураг 12 – Дулаан дамжуулалтын төрлүүд