Energiya va entropiya oʻrtasidagi munosabatni oʻrganish texnik termodinamikani oʻrganadi. U oʻlchash mumkin boʻlgan makroskopik xususiyatlarni (harorat, bosim va hajm) energiya va uning ishlash qobiliyati bilan bogʻlaydigan butun nazariyalarni oʻz ichiga oladi.
Kirish
Issiqlik va harorat tushunchalari texnik termodinamika uchun eng asosiy hisoblanadi. Uni harorat va uning o'zgarishiga bog'liq bo'lgan barcha hodisalar haqidagi fan deb atash mumkin. Hozirgi vaqtda uning bir qismi bo'lgan statistik fizikada materiya haqidagi hozirgi tushuncha asos bo'lgan buyuk nazariyalardan biridir. Termodinamik tizim sobit massa va o'ziga xoslikdagi moddalar miqdori sifatida aniqlanadi. Undan tashqaridagi hamma narsa chegaralar bilan ajratilgan muhitdir. Texnik termodinamikaning qo'llanilishi quyidagilardan iborat:
- konditsionerlar va muzlatgichlar;
- avtomobil dvigatellaridagi turbo zaryadlovchilar va super zaryadlovchilar;
- elektr stansiyalardagi bug 'turbinalari;
- reaktivsamolyot dvigatellari.
Issiqlik va harorat
Har bir inson harorat tushunchasi haqida intuitiv bilimga ega. Tana harorati ko'p yoki kamroq yuqori bo'lishiga qarab issiq yoki sovuq bo'ladi. Ammo aniq ta'rif qiyinroq. Klassik texnik termodinamikada jismning mutlaq harorati aniqlangan. Kelvin shkalasining yaratilishiga olib keldi. Barcha jismlar uchun minimal harorat nol Kelvin (-273, 15 ° C). Bu mutlaq nol bo'lib, uning tushunchasi birinchi marta 1702 yilda frantsuz fizigi Giyom Amonton tufayli paydo bo'lgan.
Issiqlikni aniqlash qiyinroq. Texnik termodinamika uni energiyaning tizimdan tashqi muhitga tasodifiy o'tkazilishi sifatida izohlaydi. Bu harakatlanuvchi va tasodifiy ta'sirga (Braun harakati) duchor bo'lgan molekulalarning kinetik energiyasiga mos keladi. O'tkazilayotgan energiya makroskopik darajadagi ish orqali bajariladigan tartibdan farqli o'laroq, mikroskopik darajada tartibsiz deb ataladi.
Holat
Materiya holati - bu modda ko'rsatadigan fizik tuzilish turining tavsifi. U materialning tuzilishini qanday saqlab turishini tavsiflovchi xususiyatlarga ega. Moddaning beshta holati mavjud:
- gaz;
- suyuq;
- qattiq tana;
- plazma;
- oʻta suyuqlik (eng kam uchraydigan).
Koʻp moddalar gaz, suyuq va qattiq fazalar oʻrtasida harakatlana oladi. Plazma materiyaning alohida holatidirchaqmoq kabi.
Isitish sigimi
Issiqlik sig`imi (C) - issiqlik o`zgarishining (DQ, bu yerda yunoncha Delta - miqdorni bildiradi) harorat o`zgarishiga (DT) nisbati:
C=D Q / D T.
U moddani qizdirish qulayligini ko'rsatadi. Yaxshi issiqlik o'tkazgich past sig'imga ega. Yuqori issiqlik sig'imiga ega kuchli issiqlik izolyatori.
Terminologiya
Har bir fanning oʻziga xos soʻz boyligi bor. Texnik termodinamikaning asosiy tushunchalariga quyidagilar kiradi:
- Issiqlik almashinuvi - bu ikki modda oʻrtasidagi oʻzaro harorat almashinuvi.
- Mikroskopik yondashuv - har bir atom va molekulaning harakatini o'rganish (kvant mexanikasi).
- Makroskopik yondashuv - ko'p zarrachalarning umumiy harakatini kuzatish.
- Termodinamik tizim tadqiqot uchun tanlangan fazodagi modda yoki maydon miqdoridir.
- Atrof-muhit - barcha tashqi tizimlar.
- Oʻtkazuvchanlik - issiqlik qizdirilgan qattiq jism orqali uzatiladi.
- Konveksiya - qizdirilgan zarralar issiqlikni boshqa moddaga qaytaradi.
- Radiatsiya - issiqlik elektromagnit to'lqinlar orqali, masalan, quyoshdan uzatiladi.
- Entropiya - termodinamikada izotermik jarayonni xarakterlash uchun foydalaniladigan fizik miqdor.
Fan haqida batafsil
Termodinamikani fizikaning alohida fan sifatida talqin qilish mutlaqo toʻgʻri emas. Bu deyarli hamma narsaga ta'sir qiladihududlar. Tizim ichki energiyadan ish bajarish uchun foydalanish qobiliyatisiz fiziklarning o'rganish uchun hech narsasi bo'lmaydi. Termodinamikaning juda foydali sohalari ham bor:
- Issiqlik muhandisligi. U energiya uzatishning ikkita imkoniyatini o'rganadi: ish va issiqlik. Mashinaning ishchi moddasida energiya uzatilishini baholash bilan bog'liq.
- Kriofizika (kriogenika) - past haroratlar haqidagi fan. Yerning eng sovuq mintaqasida ham sodir bo'lgan sharoitlarda moddalarning fizik xususiyatlarini o'rganadi. Bunga o'ta suyuqliklarni o'rganish misol bo'la oladi.
- Gidrodinamika suyuqliklarning fizik xususiyatlarini oʻrganadi.
- Yuqori bosimlar fizikasi. Suyuqlik dinamikasi bilan bog'liq o'ta yuqori bosimli tizimlardagi moddalarning fizik xususiyatlarini o'rganadi.
- Meteorologiya - bu ob-havo jarayonlari va prognozlarga qaratilgan atmosferani ilmiy o'rganish.
- Plazma fizikasi - plazma holatidagi moddalarni o'rganish.
Nol qonun
Texnik termodinamikaning predmeti va usuli qonunlar shaklida yozilgan eksperimental kuzatishlardir. Termodinamikaning nolinchi qonuni shuni ko'rsatadiki, agar ikkita jism uchinchisi bilan bir xil haroratga ega bo'lsa, ular o'z navbatida bir-biri bilan bir xil haroratga ega. Masalan: bir mis bloki harorat tenglashguncha termometr bilan aloqa qiladi. Keyin u olib tashlanadi. Misning ikkinchi bloki xuddi shu termometr bilan aloqa qiladi. Agar simob darajasida hech qanday o'zgarish bo'lmasa, unda ikkala blok ham mavjud deb aytishimiz mumkintermometr bilan issiqlik muvozanati.
Birinchi qonun
Bu qonunda aytilishicha, tizim holat oʻzgarishi bilan energiya chegarani issiqlik yoki ish sifatida kesib oʻtishi mumkin. Ularning har biri ijobiy yoki salbiy bo'lishi mumkin. Tizimning sof energiya o'zgarishi har doim tizim chegarasini kesib o'tgan sof energiyaga teng bo'ladi. Ikkinchisi ichki, kinetik yoki potentsial bo'lishi mumkin.
Ikkinchi qonun
U ma'lum bir issiqlik jarayoni sodir bo'lishi mumkin bo'lgan yo'nalishni aniqlash uchun ishlatiladi. Termodinamikaning bu qonuni tsiklda ishlaydigan va haroratni pastroq bo'lgan jismdan issiqroq jismga issiqlik o'tkazishdan boshqa hech qanday ta'sir ko'rsatmaydigan qurilma yaratish mumkin emasligini bildiradi. Ba'zan entropiya qonuni deb ataladi, chunki u ushbu muhim xususiyatni kiritadi. Entropiyani tizimning muvozanat yoki tartibsizlikka qanchalik yaqinligini o'lchovi sifatida ko'rish mumkin.
Termal jarayon
Tizimda odatda bosim, hajm, haroratning oʻzgarishi bilan bogʻliq boʻlgan energiya oʻzgarishi sodir boʻlganda termodinamik jarayon sodir boʻladi. Maxsus xususiyatlarga ega bo'lgan bir nechta o'ziga xos turlar mavjud:
- adiabatik - tizimda issiqlik almashinuvi yo'q;
- izokorik - ovoz balandligi o'zgarmaydi;
- izobarik - bosim o'zgarmaydi;
- izotermik - harorat oʻzgarmaydi.
Reversibility
Qaytariladigan jarayon bu sodir boʻlgandan keyin sodir boʻlishi mumkin boʻlgan jarayondirbekor qilingan. Tizimda ham, muhitda ham hech qanday o'zgarishlar qoldirmaydi. Qaytariladigan bo'lishi uchun tizim muvozanatda bo'lishi kerak. Jarayonni qaytarib bo'lmaydigan qiladigan omillar mavjud. Masalan, ishqalanish va qochqin kengayish.
Ilova
Zamonaviy insoniyat hayotining koʻplab jabhalari issiqlik texnikasi asoslariga qurilgan. Bunga quyidagilar kiradi:
- Barcha transport vositalari (avtomobillar, mototsikllar, aravalar, kemalar, samolyotlar va boshqalar) termodinamikaning ikkinchi qonuni va Karno sikli asosida ishlaydi. Ular benzin yoki dizel dvigateldan foydalanishlari mumkin, lekin qonun oʻzgarmaydi.
- Havo va gaz kompressorlari, shamollatgichlar, fanatlar turli termodinamik sikllarda ishlaydi.
- Issiqlik almashinuvi evaporatorlar, kondensatorlar, radiatorlar, sovutgichlar, isitgichlarda ishlatiladi.
- Sovutgichlar, muzlatgichlar, sanoat sovutish tizimlari, barcha turdagi konditsioner tizimlari va issiqlik nasoslari ikkinchi qonunga muvofiq ishlaydi.
Texnik termodinamika har xil turdagi elektr stansiyalarini oʻrganishni ham oʻz ichiga oladi: issiqlik, atom, gidroelektr, qayta tiklanadigan energiya manbalariga (masalan, quyosh, shamol, geotermal), suv toshqini, toʻlqinlar va boshqalarga asoslangan.
