Энергия менен энтропиянын ортосундагы байланышты изилдөө техникалык термодинамика изилдейт. Ал өлчөнө турган макроскопиялык касиеттерди (температура, басым жана көлөм) энергияга жана анын жумуш аткаруу жөндөмүнө байланыштырган бүтүндөй теорияларды камтыйт.
Кириш
Жылуулук жана температура түшүнүктөрү техникалык термодинамика үчүн эң негизгиси. Аны температурага жана анын өзгөрүүсүнө көз каранды болгон бардык кубулуштар жөнүндөгү илим деп атоого болот. Учурда анын бир бөлүгү болгон статистикалык физикада бул азыркы материя түшүнүгү негизделген эң чоң теориялардын бири. Термодинамикалык система белгиленген массадагы жана бирдейликтеги заттын саны катары аныкталат. Андан сырткы нерселердин баары ал чек ара менен бөлүнгөн чөйрө болуп саналат. Техникалык термодинамиканын колдонмолору төмөнкүдөй конструкцияларды камтыйт:
- кондиционерлер жана муздаткычтар;
- унаа кыймылдаткычтарындагы турбокомпрессорлор жана супер заряддагычтар;
- электр станцияларындагы буу турбиналары;
- реактивдүүучак кыймылдаткычтары.
Жылуулук жана температура
Ар бир адам температура түшүнүгү жөнүндө интуитивдик билимге ээ. Температурасы аздыр-көптүр жогору болгонуна жараша дене ысык же муздак болот. Бирок так аныктама кыйыныраак. Классикалык техникалык термодинамикада дененин абсолюттук температурасы аныкталган. Келвин шкаласын түзүүгө алып келген. Бардык денелер үчүн минималдуу температура нөл Кельвин (-273, 15°С). Бул абсолюттук нөл, анын түшүнүгү биринчи жолу 1702-жылы француз физиги Гийом Амонтондун аркасында пайда болгон.
Жылуулукту аныктоо кыйыныраак. Техникалык термодинамика аны энергиянын системадан тышкы чөйрөгө туш келди өтүшү катары чечмелейт. Ал кыймылдаган жана туш келди таасирлерге дуушар болгон молекулалардын кинетикалык энергиясына туура келет (Броун кыймылы). Өткөрүлгөн энергия макроскопиялык деңгээлдеги жумуш аркылуу аткарылган иреттүү эмес, микроскопиялык деңгээлде тартипсиз деп аталат.
Маселенин абалы
Заттын абалы – бул зат көрсөткөн физикалык түзүлүштүн түрүнүн сүрөттөлүшү. Ал материалдын структурасын кантип сактап турганын сүрөттөгөн касиеттерге ээ. Заттын беш абалы бар:
- газ;
- суюк;
- катуу дене;
- плазма;
- суюктук (эң сейрек).
Көптөгөн заттар газ, суюк жана катуу фазалардын ортосунда кыймылдай алат. Плазма заттын өзгөчө абалычагылган сыяктуу.
Жылуулук сыйымдуулугу
Жылуулук сыйымдуулугу (C) - жылуулуктун өзгөрүшүнүн (ΔQ, мында грек тамгасы Delta чоңдукту билдирет) температуранын өзгөрүшүнө (ΔT):
C=Δ Q / Δ T.
Ал затты ысытуу оңойлугун көрсөтөт. Жакшы жылуулук өткөргүч төмөн сыйымдуулук рейтингине ээ. Жогорку жылуулук сыйымдуулугу менен күчтүү жылуулук изолятору.
Терминология
Ар бир илимдин өзүнүн уникалдуу лексикасы болот. Техникалык термодинамиканын негизги түшүнүктөрүнө төмөнкүлөр кирет:
- Жылуулук берүү - бул эки заттын ортосундагы температуралардын өз ара алмашуусу.
- Микроскопиялык ыкма - ар бир атомдун жана молекуланын жүрүм-турумун изилдөө (кванттык механика).
- Макроскопиялык ыкма - көптөгөн бөлүкчөлөрдүн жалпы жүрүм-турумун байкоо.
- Термодинамикалык система – изилдөө үчүн тандалган мейкиндиктеги заттын же аймактын көлөмү.
- Айлана-чөйрө - бардык тышкы системалар.
- Өткөрүү - жылуулук ысытылган катуу дене аркылуу өткөрүлөт.
- Конвекция - ысытылган бөлүкчөлөр жылуулукту башка затка кайтарат.
- Радиация - жылуулук электромагниттик толкундар аркылуу, мисалы, күндөн берилет.
- Энтропия - термодинамикада изотермикалык процессти мүнөздөш үчүн колдонулган физикалык чоңдук.
Илим жөнүндө көбүрөөк маалымат
Термодинамиканы физиканын өзүнчө дисциплинасы катары чечмелөө толук туура эмес. Бул дээрлик бардыгына таасир этетаймактар. Системанын ички энергияны жумуш үчүн колдонуу жөндөмү болбосо, физиктердин изилдей турган эч нерсеси калмак эмес. Термодинамиканын кээ бир абдан пайдалуу тармактары да бар:
- Жылуулук техникасы. Ал энергияны берүүнүн эки мүмкүнчүлүгүн изилдейт: жумуш жана жылуулук. Машинанын жумушчу затындагы энергияны өткөрүүгө баа берүү менен байланышкан.
- Криофизика (криогеника) - төмөнкү температуралар жөнүндөгү илим. Заттардын физикалык касиеттерин Жердин эң суук аймагында да башынан өткөргөн шарттарда изилдейт. Буга мисал катары ашыкча суюктуктарды изилдөө болуп саналат.
- Гидродинамика - суюктуктардын физикалык касиеттерин изилдөө.
- Жогорку басымдардын физикасы. Суюктуктун динамикасына байланыштуу өтө жогорку басымдуу системалардагы заттардын физикалык касиеттерин изилдейт.
- Метеорология – аба ырайы процесстерине жана болжолдоого багытталган атмосфераны илимий изилдөө.
- Плазма физикасы - плазма абалындагы затты изилдөө.
Нөл мыйзам
Техникалык термодинамиканын предмети жана ыкмасы закондор түрүндө жазылган эксперименттик байкоолор. Термодинамиканын нөлдүк мыйзамы эки дененин температурасы үчтөн бир бөлүгү менен бирдей болгондо, алар өз кезегинде бири-бири менен бирдей температурага ээ болот деп айтылат. Мисалы: жездин бир блогу температура барабар болгонго чейин термометр менен байланыштырылат. Андан кийин ал алынып салынат. Жездин экинчи блогу ошол эле термометр менен байланышта болот. Эгерде сымаптын деңгээлинде эч кандай өзгөрүү болбосо, анда эки блок тең бар деп айта алабызтермометр менен жылуулук тең салмактуулук.
Биринчи мыйзам
Бул мыйзам системанын абалын өзгөртүүгө дуушар болгондо, энергия чек арадан жылуулук же жумуш катары кесип өтүшү мүмкүн деп айтылат. Алардын ар бири оң же терс болушу мүмкүн. Системанын таза энергия өзгөрүшү дайыма системанын чек арасын кесип өткөн таза энергияга барабар. Акыркысы ички, кинетикалык же потенциалдуу болушу мүмкүн.
Экинчи Мыйзам
Ал белгилүү бир жылуулук процессинин жүрүшү мүмкүн болгон багытты аныктоо үчүн колдонулат. Термодинамиканын бул мыйзамы циклде иштеген жана температурасы төмөн денеден ысык денеге жылуулукту өткөрүүдөн башка эффект бербеген түзүлүштү түзүү мүмкүн эместигин айтат. Кээде энтропия мыйзамы деп аталат, анткени ал бул маанилүү касиетти киргизет. Энтропияны системанын тең салмактуулукка же тартипсиздикке канчалык жакын экендигинин өлчөгү катары караса болот.
Термикалык процесс
Система, адатта, басымдын, көлөмдүн, температуранын өзгөрүшү менен байланышкан кандайдыр бир энергия өзгөрүүсү болгондо, термодинамикалык процесске дуушар болот. Өзгөчө касиеттери бар бир нече белгилүү түрлөрү бар:
- адиабаттык - системада жылуулук алмашуу жок;
- изохорикалык - үнү өзгөрбөйт;
- изобарикалык - басымда өзгөрүү жок;
- изотермиялык - температура өзгөрбөйт.
Кайрылуу
Кайтарылма процесс - бул ишке ашкандан кийин боло турган процессжокко чыгарылды. Ал системада да, чөйрөдө да эч кандай өзгөрүү калтырбайт. Кайтарылышы үчүн система тең салмактуулукта болушу керек. Процессти кайтарылгыс кылган факторлор бар. Мисалы, сүрүлүү жана качып кеңейүү.
Колдонмо
Азыркы адамзаттын жашоосунун көптөгөн аспектилери жылуулук техникасынын негизинде курулган. Аларга төмөнкүлөр кирет:
- Бардык транспорт каражаттары (унаалар, мотоциклдер, арабалар, кемелер, учактар ж.б.) термодинамиканын экинчи мыйзамынын жана Карно циклинин негизинде иштейт. Алар бензин же дизелдик кыймылдаткычты колдоно алышат, бирок мыйзам ошол эле бойдон калат.
- Аба жана газ компрессорлору, желдеткичтер, желдеткичтер ар кандай термодинамикалык циклдерде иштешет.
- Жылуулук алмашуу бууланткычтарда, конденсаторлордо, радиаторлордо, муздаткычтарда, жылыткычтарда колдонулат.
- Муздаткычтар, тоңдургучтар, өнөр жай муздаткыч системалары, кондиционерлердин бардык түрлөрү жана жылуулук насостору экинчи мыйзамга ылайык иштейт.
Техникалык термодинамика ошондой эле электр станцияларынын ар кандай түрлөрүн изилдөөнү камтыйт: жылуулук, атомдук, гидроэлектростанциялар, энергиянын кайра жаралуучу булактарына негизделген (мисалы, күн, шамал, геотермалдык), толкундар, толкундар жана башкалар.
