ა თერმოდინამიკის მეორე კანონი კარნახობს რა პირობები არსებობს სითბო გარდაიქმნება სამუშაოდ სითბოს ძრავებში და მაცივრებში. ის ასევე ეხება განმარტებას ენტროპია როგორც ფენომენს, რომელსაც შეუძლია გაზომოს ნაწილაკების დეზორგანიზაცია ფიზიკურ სისტემებში.
წაიკითხეთ ასევე: კალორიმეტრია - ფიზიკის ფილიალი, რომელიც შეისწავლის სითბოს გაცვლას
შეჯამება თერმოდინამიკის მეორე კანონის შესახებ
თერმოდინამიკის მეორე კანონი წარმოდგენილია კლაუსიუსის და კელვინ-პლანკის განცხადებებით.
კლაუსიუსის განცხადება ეხება სითბოს ნაკადს ცხელი სხეულიდან ცივ სხეულში.
კელვინ-პლანკის განცხადება ეხება თერმული მოწყობილობების შეუძლებლობას გადააკეთონ მთელი მათი სითბო მუშაობა.
თერმოდინამიკის მეორე კანონი გამოიყენება სითბოს ძრავებსა და მაცივრებზე.
კარნოს ციკლი არის მაქსიმალური ეფექტურობის ციკლი, რომელიც მიღებულია სითბოს ძრავებით.
კარნოს ციკლს აქვს ოთხი ეტაპი, შექცევადი იზოთერმული გაფართოება, შექცევადი ადიაბატური გაფართოება, შექცევადი იზოთერმული შეკუმშვა და შექცევადი ადიაბატური შეკუმშვა.
კარნოს თეორემა ეხება მოსავლიანობას კარნოს მანქანები.
რა არის თერმოდინამიკის მეორე კანონი?
თერმოდინამიკის მეორე კანონი არის ა კანონი, რომელიც ეხება თერმოდინამიკურ პროცესებში არსებულ შეზღუდვებს. ეს გამოთქვეს ფიზიკოსებმა რუდოლფ კლაუზიუსმა (1822-1888), ლორდ კელვინმა (1824-1907) და მაქს პლანკმა (1858-1947), როგორც ქვემოთ ვნახავთ:
ფიზიკოსმა და მათემატიკოსმა რუდოლფ კლაუზიუსმა განაცხადა, რომ სითბოს გამტარობის ნაკადი ხდება უფრო მაღალი ტემპერატურის სხეულიდან ქვედა ტემპერატურის სხეულზე. დაბალი ტემპერატურა, შესაბამისად, არ არის ბუნებრივი, რომ მოხდეს ინვერსიული პროცესი, ამიტომ აუცილებელია ამაზე მუშაობა სისტემა. ამასთან, მან განაცხადა:
შეუძლებელია ისეთი პროცესის განხორციელება, რომლის ერთადერთი ეფექტი არის სითბოს გადატანა ცივი სხეულიდან ცხელ სხეულზე.|1|
მათემატიკური ფიზიკოსი უილიამ ტომსონი, ცნობილი როგორც ლორდ კელვინი, ფიზიკოს მაქს პლანკის წვლილთან ერთად, განაცხადა, რომ შეუძლებელია თერმული მოწყობილობების 100% ეფექტურობა, რადგან სითბოს დაკარგვა ყოველთვის იქნება.
თერმოდინამიკის მეორე კანონის გამოყენება
თერმოდინამიკის მეორე კანონი გამოიყენება სითბოს ძრავებსა და მაცივრებზე.
თერმოდინამიკის მეორე კანონი მანქანებში თერმული
რომ თერმული მანქანები შეუძლიათ სითბოს სამუშაოდ გადაქცევა. ცხელი წყარო სითბოს აწვდის სითბოს ძრავას, რაც მას სამუშაოდ აქცევს. დანარჩენ სითბოს ის უგზავნის ცივ წყაროს, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე:
თერმული მანქანების რამდენიმე მაგალითია: ორთქლისა და ნავთის ტურბინები რეაქტიულ თვითმფრინავებში, წვის ძრავები, თერმობირთვული რეაქტორები.
თერმოდინამიკის მეორე კანონი მაცივრებში
მაცივრები არის მანქანები, რომლებიც ისინი მუშაობენ ძრავების გათბობის საპირისპიროდ., სადაც ისინი აშორებენ სითბოს რეგიონიდან ტემპერატურა შეამციროს ტემპერატურა და მიაწოდოს ის უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე რეგიონს. ვინაიდან ეს არ არის ბუნებრივი, აუცილებელია მანქანამ შეასრულოს სამუშაო ელექტროენერგიის გამოყენებით, როგორც ეს აღწერილია ქვემოთ მოცემულ სურათზე:
მაცივრების ზოგიერთი მაგალითია მაცივრები და კონდიციონერები.
ენტროპია და თერმოდინამიკის მეორე კანონი
ა თერმოდინამიკის მეორე კანონი გვთავაზობს ენტროპიის არსებობას, ერთი ფიზიკური რაოდენობა პასუხისმგებელია ფიზიკურ სისტემაში ნაწილაკების დეზორგანიზაციის ხარისხის ან შეუქცევადობის ხარისხის გაზომვაზე. სითბოს ძრავებში ჩართული თერმოდინამიკური პროცესები, რომლებიც სპონტანური, გარდაუვალი, შეუქცევადი და ექსპანსიური. ამით შესაძლებელია მხოლოდ პროცესების ცვალებადობის ხარისხის დაკვირვება და შეკავება. ენტროპიის მატებასთან ერთად, სისტემაში არეულობის ხარისხიც იზრდება.
ა ენტროპიის ნომენკლატურა ბერძნული წარმოშობისაა და ნიშნავს "ტრანსფორმაციას"., "ცვლილება", რითაც გამოიყენება ფიზიკური შემთხვევითობაზე და უწესრიგობაზე მიუთითოს. ენტროპია შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით:
\(∆S=\frac{∆U}T\)
\(∆S\) არის ენტროპიის ცვლილება, რომელიც იზომება [J/K]-ში.
\(∆U\) არის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
T არის ტემპერატურა, რომელიც იზომება კელვინში [K].
სტატისტიკური თვალსაზრისით, ენტროპია გამოითვლება ფორმულით:
\(S=k\cdot ln\Ω\)
S არის ენტროპია, რომელიც იზომება [J/K]-ში.
k არის ბოლცმანის მუდმივი, ღირს \(1,4\cdot 10^{-23}\ J/K\).
Ω არის სისტემის შესაძლო მიკრომდგომარეობების რაოდენობა.
წაიკითხეთ ასევე: სითბოს გამრავლების პროცესები
თერმოდინამიკის მეორე კანონის ფორმულები
თერმული მანქანები და მაცივრები
\(Q_Q=W+Q_F\)
\(Q_Q\) არის ცხელი წყაროს სითბო, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
W არის სითბოს ძრავის მიერ შესრულებული სამუშაო, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
\(Q_F\) არის სითბო ცივი წყაროდან, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
ის შეიძლება წარმოდგენილი იყოს:
\(W=Q_Q-Q_F\)
W არის სითბოს ძრავის მიერ შესრულებული სამუშაო, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
\(Q_Q\) არის ცხელი წყაროს სითბო, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
\(Q_F\) არის სითბო ცივი წყაროდან, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
მაცივრები
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(η\) არის მაცივრის ეფექტურობა.
\(Q_F\) არის სითბო ცივი წყაროდან, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
\(Q_Q\) არის ცხელი წყაროს სითბო, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
ის შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც:
\(η=\frac{Q_F}W\)
\(η\) არის მაცივრის ეფექტურობა.
\(Q_F\) არის სითბო ცივი წყაროდან, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
W არის სითბოს ძრავის მიერ შესრულებული სამუშაო, რომელიც იზომება ჯოულებში [J].
მაგალითები ფორმულების გამოყენება
მაგალითი 1: გამოთვალეთ სამუშაო, რომელსაც ასრულებს სითბოს ძრავა ციკლის დროს, რომელიც იღებს 500 ჯ სითბოს ცხელი წყაროდან და გადასცემს მხოლოდ 400 ჯ სითბოს ცივ წყაროს.
სითბოს ძრავის მუშაობის გამოსათვლელად გამოვიყენებთ ფორმულას:
\(W=Q_Q-Q_F\)
განცხადებაში მითითებული მნიშვნელობების ჩანაცვლება:
\(W=500-400\)
\(W=100\ J\)
სითბოს ძრავის მუშაობა იყო 100 ჯოული.
მაგალითი 2: როგორია მაცივრის ეფექტურობა, რომელიც ცხელი წყაროდან იღებს 150 ჯ სითბოს და ცივ წყაროს გადასცემს 50 ჯ სითბოს?
მაცივრის ეფექტურობის გამოსათვლელად გამოვიყენებთ ფორმულას:
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
განცხადებაში მოცემული მნიშვნელობების ჩანაცვლებით, მივიღებთ:
\(η=\frac{50}{150-50}\)
\(η=\frac{50}{100}\)
\(η=0,5\)
მოსავლიანობის 100%-ით გამრავლება:
\(η=0.5\cdot100%\)
\(η=50\%\)
მაცივარს აქვს 50% ეფექტურობა.
კარნოს ციკლი
კარნოს ციკლი იყო შეიმუშავა მეცნიერმა სადი კარნომ (1796-1832), მაქსიმალური ეფექტურობის იდენტიფიცირების მიზნით, რომლის მიღწევაც შესაძლებელია თერმული ძრავით, რომელიც მუშაობს ცხელ და ცივ წყაროს შორის.
თავის კვლევებზე დაყრდნობით, კარნომ დაადგინა, რომ სითბოს ძრავისგან მაქსიმალური ეფექტურობის მისაღებად, აუცილებელია მისი პროცესის შექცევადობა, ამიტომ მან შეიმუშავა მაქსიმალური მოსავლიანობის ციკლი, რომელსაც ეწოდება ციკლი კარნო და სითბოს ძრავას, რომელიც მუშაობს მასში, ეწოდება კარნოს სითბოს ძრავა.. ვინაიდან კარნოს ციკლი შექცევადია, მისი შეცვლა შესაძლებელია, ასე შეიქმნა მაცივრები.
კარნოს ციკლი, განურჩევლად გამოყენებული ნივთიერებისა, შედგება ოთხი პროცესისგან, რომელიც აღწერილია მოცულობითი წნევის გრაფიკზე (p×V), როგორც ამას ქვემოთ სურათზე ვხედავთ:
1 პროცესი, 1 → 2 წერტილიდან: არსებობს შექცევადი იზოთერმული გაფართოება (პროცესი, რომლის დროსაც ტემპერატურა მუდმივი რჩება), რომლის დროსაც გაზი (ან სისტემა) მუშაობს და იძენს სითბოს რაოდენობას ცხელი წყაროდან.
მე-2 პროცესი, მე-2 → 3 წერტილიდან: არსებობს ადიაბატური გაფართოება (პროცესი, რომლის დროსაც ხდება სითბოს გაცვლა გარე გარემოსთან) შექცევადი, რომელშიც არ ხდება სითბოს გაცვლა სითბო თერმული წყაროებით, მაგრამ გაზი მუშაობს და მცირდება მისი შინაგანი ენერგია, რაც იწვევს ტემპერატურა.
მე-3 პროცესი, მე-3 → 4 წერტილიდან: ხდება შექცევადი იზოთერმული შეკუმშვა, რომლის დროსაც გაზი იღებს მუშაობას და სითბოს უთმობს ცივ წყაროს.
მე-4 პროცესი, მე-4 პუნქტიდან → 1: ხდება შექცევადი ადიბატური შეკუმშვა, რომლის დროსაც არ ხდება სითბოს გაცვლა თერმული წყაროებთან და გაზი ხდება თბება მანამ, სანამ არ მიაღწევს ცხელი წყაროს ტემპერატურას და, შესაბამისად, მოთავსდება მასთან კონტაქტში, მთავრდება ციკლი.
თერმოდინამიკის კანონები
თერმოდინამიკის კანონები არის ოთხი კანონი, რომელიც არეგულირებს მთელ შესწავლას თერმოდინამიკა, შეისწავლეთ ურთიერთობა მოცულობას, ტემპერატურასა და წნევას და სხვა ფიზიკურ სიდიდეებს, როგორიცაა სითბო და ენერგია.
თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი: არის კანონი თერმული ბალანსი, ის სწავლობს სითბოს გაცვლას სხვადასხვა ტემპერატურის მქონე სხეულებს შორის.
თერმოდინამიკის პირველი კანონი: არის ენერგიის შენარჩუნების კანონი თერმოდინამიკურ სისტემებში, ის სწავლობს სითბოს გარდაქმნას სამუშაოდ ან/და შინაგან ენერგიად.
თერმოდინამიკის მეორე კანონი: ეს არის კანონი, რომელიც ეხება სითბოს ძრავებს, მაცივრებს და ენტროპიას.
თერმოდინამიკის მესამე კანონი: არის კანონი აბსოლუტური ნულიის სწავლობს ამ ტემპერატურის ეფექტს.
წაიკითხე შენც: სითბოს ძრავების მუშაობა
ამოხსნილი სავარჯიშოები თერმოდინამიკის მეორე კანონზე
კითხვა 1 განსაზღვრეთ კარნოს ძრავის ცხელი წყაროს ტემპერატურა, იმის ცოდნა, რომ ცივი წყაროს ტემპერატურაა 450 K და მისი ეფექტურობა 80%.
ა) 2250K
ბ) 450 კ
გ) 1500 კ
დ) 900 კ
ე) 3640K
რეზოლუცია:
ალტერნატივა ა. ჩვენ გამოვთვლით ცხელი წყაროს ტემპერატურას კარნოს ძრავის ეფექტურობის ფორმულის საფუძველზე:
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(80 \%=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(\frac{80}{100}=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8-1=-\frac{450}{T_Q} \)
\(-0,2=-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,2=\frac{450}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{450}{0,2}\)
\(T_Q=2250\ K\)
კითხვა 2 (Cefet-PR) თერმოდინამიკის მე-2 პრინციპი შეიძლება ასე ჩამოყალიბდეს: „მანქანის აშენება შეუძლებელია. ციკლურად მოქმედი თერმული ენერგია, რომლის ერთადერთი ეფექტია წყაროდან სითბოს ამოღება და მისი ინტეგრალურად გადაქცევა მუშაობა". გაფართოებით, ეს პრინციპი მიგვიყვანს დასკვნამდე, რომ:
ა) ყოველთვის შესაძლებელია თერმული მანქანების აგება, რომელთა ეფექტურობა 100%-ია.
ბ) ნებისმიერ სითბოს ძრავას სჭირდება მხოლოდ ერთი სითბოს წყარო.
გ) სითბო და სამუშაო არ არის ერთგვაროვანი სიდიდეები.
დ) ნებისმიერი სითბური ძრავა იღებს სითბოს ცხელი წყაროდან და უარყოფს ამ სითბოს ნაწილს ცივ წყაროზე.
ე) მხოლოდ ცივი წყაროს შემთხვევაში, რომელიც ყოველთვის შენარჩუნებულია 0 °C ტემპერატურაზე, იქნება შესაძლებელი გარკვეული სითბოს ძრავისთვის სითბო მთლიანად სამუშაოდ გარდაქმნას.
რეზოლუცია:
ალტერნატივა D. ეს პრინციპი გვამცნობს, რომ შეუძლებელია ცხელი წყაროდან მთელი სითბოს ამოღება და ცივ წყაროზე გადატანა.
შენიშვნა
|1| ფიზიკის ძირითადი კურსი: სითხეები, რხევები და ტალღები, სითბო (ტ. 2).
პამელა რაფაელა მელოს მიერ
ფიზიკის მასწავლებელი
წყარო: ბრაზილიის სკოლა - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/segunda-lei-da-termodinamica.htm
