Orbita . U Z

Ilm-fan fazosi uzra

  • Shrift o'lchamini kattalashtirish
  • Odatiy shrift o'lchami
  • Shrift o'lchamini kichiklashtirish
Bosh sahifa

Termodinamikaning ikkinchi bosh qonuni

E-mail Chop etish PDF
Maqola Reytingi: / 20
Juda yomon!A'lo! 

Termodinamikaning ikkinchi bosh qonuni

Hozirgi zamon fizikasida termodinamikaning ikkinchi bosh qonuni, ikkinchi tur abadiy dvigatelning, ya'ni issiqlikni butunlay ishga aylantirib, davriy ishlaydigan dvigatelning yasash imkonsizligini uqtiradi. Keling, ushbu qonunning ochilishi tarixi va u tufayli insoniyat erishgan boshqa ilmiy-texnik yutuqlar haqida gaplashamiz.

Ingliz Gemfri Devid (1788-1829) 23 yoshidayoq koplab ilmiy va ijtimoiy mukofotlar, hamda, professor darajasiga ega boldi. Undan tashqari uni qirollikning eng oliy e'tiroflaridan bir - ser unvoni bilan sharaflashdi va London qirollik ilmiy jamiyatining prezidenti etib saylandi. ozining qisqa umri davomida koplab muvaffaqiyatli tadqiqot va tajribalar otkazdi. XIX asr boshlarida Devi noldan past haroratda muzni eritishga muvaffaq boladi. Keyinroq uning tajribalarini rus olimi Petrov takrorladi. Harbiy amaliyotchi Benjamin Tompson (1753-1814) AQSH mustaqilligi uchun bolgan urushdan qaytib, Bavariyada graf Rumford unvoni bilan taqdirlandi. U 1798-yili zambarak quvurlarini tayyorlash boyicha ozining tajribalari bayon qilingan risolani chop ettirdi. Uning tajribalarida, slindr shaklida quyilgan metallni ortasini burgulab, zambarak quvuri tayyorlash usullari keltirilgan edi. Uning tajribalaridan birida, zambarak quvuri tayyorlash jarayonida, metallni burgulayotganida, burguning aylanishlari soni daqiqasiga 960 martaga yetganida, slindr harorati 37C ga yetgani yozilgan. Mazkur qayd bilan tanishgan Gemfri Devi, fanda hukm surib kelayotgan teplorod haqidagi tushuncha Rumfordning ham, ozining ham tajribalariga mos kelmasligini fahmladi. Devi, issiqlik paydo bolishi hodisasini tushuntirish, uchun oz nazariyasini taklif etdi. Unga kora, issiqlik bu - jismni tashkil qiluvchi moddalarning tebranma harakati natijasida paydo bolib, Devining fikriga kora, gazlar va suyuqliklar uchun zarrachalarning harakati nafaqat tebranma, balki aylanma yonalishda ham bolishi kerak edi. Devining bu nazariyasi kinetik issiqlik nazariyasi nomini oldi. Shunga oxshash nazariyani Gustav Yung ham ilgari surgan.

Baribir teplorod haqidagi nazariya, hali beri fanda oz hukmini otkazishda davom etardi. Qaralayotgan davr (XIX asr boshi) uchun, issiqlik va issiqlik texnikasi haqidagi ikkita eng ommabop fundamental asarlar - Furyening Issiqlikning tahliliy nazariyasi va Karnoning Alangani harakatlantiruvchi kuch va bu kuchni rivojlantira oladigan mashinalar haqida mulohaza kitoblari ham aynan teplorod tushunchasi asosida yozilgan. Furyening asari 1822 yilda Parijda nashr etilgan bolib, olimning matematik fizika boyicha olib borgan kop yillik izlanishlarining xulosalarini ozida namoyon etadi. Karno esa oz asarida, bu masalaga ancha chuqurroq yondoshgan.

Mashhur farang siyosatchisi va matematik olimi Lazara Nikola Margerit Sadi Karnoning ogli bolmish Nikolo Leonar Sadi Karno (1796-1832) politexnika maktabida ta'lim olgan. 1814-yildan e'tiboran u Napaleon armiyasi safida xizmatda harbiy muhandis bolib ish boshlaydi. 1819-Napaleon hukumatdan agdarilgandan song u general shtabda leytenant harbiy unvoni bilan xizmat olib boradi. Uning otasi sobiq respublikachi amaldorlardan bolib, siyosiy qochqinda bolgani uchun (u vazir lavozimida ishlagan), Karnoning ham harbiy faoliyatida muammolar kelib chiqa boshlaydi va u 1828-yili iste'foga chiqishga majbur boladi. Nikolo Sadi Karno 1832-yilda, birdaniga xolera va qizilcha kasalliklariga duchor bolib, juda erta - 36 yoshida vafot etdi. Uning 1824-yilda nashrdan chiqqan Alangani harakatlantiruvchi kuch va bu kuchni rivojlantira oladigan mashinalar haqida mulohaza (fransuzcha: Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres - d'velopper cette puissance) asari, hayotligida ulgurgan yagona ilmiy ishi boldi.

Karno shunday yozadi:

Issiqlik - harakatlantiruvchi kuch, aniqrogi, oz korinishini ozgartirgan harakatdan boshqa narsa emas; harakatlantiruvchi kuchni sondirish yuz berayotgan har qanday joyda, yoqotilayotgan harakatlantiruvchi kuchga aniq proportsional miqdordagi issiqlik paydo boladi. Shu tarzda, shunday umumiy qoidani keltirib chiqarish mumkin: harakatlantiruvchi kuch tabiatda ozgarmas miqdorda doimo mavjud; u hech qachon paydo bolmaydi, hech qachon yoqolib qolmaydi; amalda u faqat shaklini ozgartiradi, ya'ni ba'zan unday, ba'zan bunday turdagi harakatni yuzaga keltiradi, lekin ozi hech qachon yoqqa aylanmaydi. Menda issiqlik nazariyasi yuzasidan paydo bolgan ba'zi tushunchalarimga kora, bir birlik kuch hosil qilish uchun, 2.7 birlik issiqlik sarflash zarur.

Karnoning bu satrlariga qoyil qolgan mashhur farang olimi Anri Puankare 1892 yilda shunday xitob qilgan edi: Energiyaning saqlanish qonunini bundan ham mukammalroq tushuntirish mumkinmi?

Harbiy muhandislik ishlarida ajoyib mutaxassis bolgan Karno gidrodvigatellarning muhandislik hisob-kitoblari va qurilish ishlari bilan shugullangan. Lekin, bu vaqtga kelib, butun Yevropada bolgani kabi, Fransiyada ham ishlab chiqarish va boshqa sohalarda asosan bug mashinalarini qollash boshlanganligi sababli, yosh muhandis issiqlik mashinalarining nazariyasini yaratish ustida qizgin ishlay boshladi. Aytib otganimizdek, u vaqtlarda fanda hali issiqlikning ham havo, tuproq, va ho kazolar kabi modda ekanligi haqidagi tushuncha hukm surardi. Lekin Karno vaziyatga boshqa jihatdan yondoshdi va fizikaning eng mushkul muammolaridan biriga yechim izlashga kirishdi: qanday qilib issiqlikni ishga aylantirish (ish bajarishga majburlash) mumkin va buning uchun qanday majburiy shartlarni bajarish kerak? Suv dvigatellari uchun muhandislik hisob-kitoblaridan yaxshi xabardor bolgan Karno, issiqlikni suv ornida tasavvur qilib kordi.

U juda yaxshi bilgan qoida - suv tegirmonini yoki charxpalagini aylantirish uchun, suv oqimi, balandlikdan pastlikka oqib tushishi kerak. Shundagina suv oqimining harakat kuchidan foydalanib, suv tegirmoni ish bajaradi. Karno savol yechimiga kalit topdi: issiqlik ham qandaydir ish bajarishi uchun, yuqori darajadan pastki darajaga otishi kerak va suvning balandlikdan pastlikka oqib tushishidagi balandlik farqi, issiqlik uchun ham, harorat darajalari farqiga hamohang bolishi kerak.

1824 yilda Sadi Nikollo Karno, oz nomini ilm-fan tarixi zarvaraqlariga abadiy muhrlanishiga sabab bolgan, dohiyona fikrni ortaga tashladi: issiqlik mashinasining ish bajarishi uchun, haroratlar farqi zarur boladi, issiqlikning ham har xil haroratli ikkita manbasi talab qilinadi. Bu tasdiq Karno nazariyasida hal qiluvchi fikr hisoblanadi va u Karno tamoyili deb yuritiladi. Ushbu tamoyil asosida Karno issiqlik mashinasi uchun, oziga xos ideal sikl oylab topdi va bu holatga hech qanday real mashina yetisha olmasligini ta'kidladi. Bu sikl ilm-fanda Karno sikli deb yuritiladi va issiqlik texnikasi, mashinasozlik va texnikaning barcha sohalari uchun nihoyatda muhim fundamental nazariy tamoyildir.

Karnoga kora, ideal mashina porshen va ideal gaz bilan toldirilgan silindrdan iborat bolishi kerak. Karnoning ideal mashinasi mutlaqo nazariy-xayoliy qurilma bolgani uchun, undagi porshen va slindr orasidagi ishqalanish kuchini nolga teng deb olish mumkin. Porshen biri issiq va biri ota sovuq bolgan ikkita harorat rezervuarlari orasida erkin harakatlanishi mumkin.

Silindrning pastki devori ideal issiqlik otkazuvchanlikka ega. U qizigan yuzaga masalan, erigan va qotgan qorgoshin aralashmasidan iborat massa bilan toldirilgan issiqlik rezervuari ichiga va suv va muz aralashmasi bilan toldirilgan muzlatgich rezervuar ichiga ham erkin kirishi mumkin. (Ushbu harorat manbalarining miqdori cheksiz kop deb tasavvur qilamiz.) bunday issiqlik mashinasida quyidagi tort fazali tsiklik jarayon yuz beradi.

Silindr avvaliga qizigan rezervuar bilan kontakt hosil qiladi va uning ichidagi ideal gaz rezervuardagi ozgarmas harorat tufayli kengayadi. Bu fazada gaz, qizigan rezervuaridan qandaydir miqdorda issiqlik oladi.

Keyin silindr ideal issiqlik izolyatsiyasi bilan oraladi va shu tufayli, uning ichidagi ideal gaz harorati saqlanadi va gaz harorati ideal sovuq rezervuardagi harorat darajasiga tushmagunicha (tenglashmagunicha) kengayaveradi.

Uchinchi fazada silindrning issiqlik izolyatsiyasi yechib qoyiladi va uning ichidagi gaz, siqila boshlaydi. Bu jarayonda u oz issiqligining ma'lum miqdorini sovuq rezervuarga uzatadi.

Gazning siqilishi ma'lum nuqtaga yetib borishi bilan, silindrga yana issiqlik izolyatsiyasi oraladi va gaz endi porshen yordamida, uning (gazning) harorati issiqlik rezervuaridagi haroratga tenglashgunicha yanada siqib boriladi. Shundan song, issiqlik izolyatsiyasi yana olib qoyiladi va sikl birinchi fazadan boshlab qayta takrorlanaveradi.

Biz yodlab, organib olgan Termodinamikaning ikkinchi qonuni shuni ta'kidlaydiki, ikkinchi tur abadiy dvigatelning amalda bolishi mumkin emas. Bu tasdiq aslida Karno tamoyilining boshqacha shaklda qayta hikoya qilinishi xolos. Demak, Karno sikliga kora ishlayotgan mashinaning foydali ish koeffitsiyenti sikl uchun foydalanilayotgan moddaga bogliq bolishi mumkin emas. Karno ideal issiqlik mashinasining ish siklini batafsil tahlil qilib va uning maksimal foydali ish koeffitsiyentini qanday hisoblab topish mumkin ekanligini korsatib berdi. Buning uchun, mazkur mashinada foydalaniladigan suv bugi (yoki, Karno alohida ta'kidlaganidek, har qanday issiqlik manbaining) eng yuqori va eng pastki haroratini bilish kifoya. Ushbu harorat farqining (ayirmasining), eng yuqori harorat korsatkichiga bolinmasi - mashinaning FIK qiymatini ifodalaydi. Bunda haroratni mutloq harorat shkalasi - Kelvin gradusida ifodalash zarur. Bu tenglama, termodinamikaning ikkinchi tugilishi deyiladi va barcha texnika uskunalari unga boysunadi.

Karno formulasi boyicha hisoblashlar shuni korsatdiki, tarixdagi dastlabki issiqlik mashinalarining FIK korsatkichi 7-8% dan yuqori bolmagan. Agar, bartaraf qilib bolmaydigan vaziyat - issiqlikning atmosferaga chiqib ketishi hodisasini ham inobatga olsak, FIK atiga 2-3% atrofida bolgan boladi.

Karno, texnikada tez orada bug orniga gazlardan foydalanishga otilishi haqida ham ilmiy taxmin bildirgan edi. Uning bu taxminlari ham ozini uzoq kuttirmadi va turbinalarda bug ornida gazdan foydalanish texnologiyasi asta sekin rivojlana boshladi. Bugdan farqli ravishda, gazni ancha yuqori haroratlargacha osonroq qizdirish mumkin.

Agar turbinadagi gaz haroratini 800 K (527C) gacha qizdirilsa, va sovutgichni 300 K gacha sovuq haroratda ishlatilsa, mashina toliq Karno siklida ishlagan taqdirda ham, uning FIK 62% dan ortmaydi. Muqarrar issiqlik yoqotilishini inobatga olsak, bu korsatkich yanada pasayishi aniq. Zamonaviy elektrostansiyalarda ornatilgan eng namunaviy turbinalarda ham FIK 35-40% ni tashkil qiladi xolos.

Karno issiqlikning oziga xos maxsus jihatini tushuntirib berdi. Issiqlik faqat haroratlar farqi mavjud bolganidagina mexanik ishni yuzaga keltiradi (ya'ni ish bajaradi). Ushbu harorat farqlariga kora issiqlik mashinalarining foydali ish koeffitsiyenti aniqlanadi.

1834-yilda Karnoning fikrini davom ettirib, Pol Klayperon termodinamik tadqiqotlar uchun goyat muhim bolgan grafik usulni ishlab chiqdi.

1850-yilda Rudolf Klauzis (1822-1888) muallifligidagi Issiqlikni harakatlantiruvchi kuch haqida nomli asar nashrdan chiqdi. unda ham Karno va Klayperon singari, issiqlikni ishga aylantirish masalasi korib chiqilgan edi. Unda Klauzis, energiya saqlanish qonuni faqat miqdoriy tenglikni talab qilib, energiyaning sifatli holda ozgartirish uchun hech qanday sharoit bermasligini yozadi. Bu ilmiy ishida Klauzis, Karno nazariyasini yangicha yondoshuv - issiqlikning mexanik nazariyasi nuqtai nazaridan tahlil qilib chiqadi. Undan avvalroq esa, Karnoning ilmiy ishlarini boshqa bir mashhur olim - Uilyam Tomson (Lord Kelvin 1824 - 1907) chuqur organib va tahlil qilib chiqib, ularning ilmiy dolzarbligini qayta jonlantirgan edi. U Karnoning mashinalarda issiqlik faqat taqsimlanadi, lekin iste'mol qilinmaydi degan qarashi notogri ekanini, lekin, Karnoning issiqlikni ishga aylanishi uchun zaruriy shartlar haqidagi tasdiqlaridan voz kechilsa, issiqlik texnikasi boyicha shu choqqacha erishilgan ilmiy faktlarni tushunishda yengib bolmas qiyinchiliklarga duchor bolamiz - deb yozgan edi. Tomson issiqlik nazariyasi boyicha jiddiy qayta korib chiqish va qoshimcha amaliy tadqiqotlar otkazish vaqti kelganligini ta'kidlaydi. oz navbatida Klauzis ham, issiqlik ish bajarayotgan har qanday holatlarda, bajarilayotgan ishga proportsional miqdorda issiqlik iste'mol qilinadi korinishidagi birinchi tamoyil bilan bir qatorda, Karnoning - Issiqlik nisbatan baland haroratdan pastroq haroratga otayotganidagina ish bajariladi korinishidagi tasdigini ikkinchi tamoyil sifatida e'tirof etish kerak degan fikrni ilgari surdi. Klauzisning fikricha bunday qoida, issiqlikning tabiati, ya'ni, har doim kuzatiladigan holat - issiqlikning nisbatan yuqori haroratdan pastroq haroratga oz-ozidan otishi va hech qachon aksincha bolmasligi bilan muvofiq keladi.

Ikkinchi qoida uchun Klauzis quyidagicha postulatni ortaga tashlaydi: issiqlik oz-ozidan nisbatan sovuq haroratdan nisbatan issiq haroratga otishi mumkin emas. Oz-ozidan sozi haroratni sovuq holatdan issiqlik holatga umuman otkazib bolmaydi degan ma'noda tushunilmasligi kerak (u holda sovitish mashinalari nazariy jihatda butunlay imkonsiz bolib qolardi). Bu soz shuni anglatadiki, boshqa kompensatsion ozgarishlarsiz, shunchaki harorat ozgarishlariga erishib bolmaydi. (Ya'ni energiya sarflamasdan, issiqlik hosil qilib bolmaydi demoqchi).

Klauzis bilan deyarli bir vaqtda, 1851-yilda fan olamida Lord Kelvinning uchta hisoboti paydo boldi. Energiyaning turli shakllarini miqdoriy jihatdan tahlil qilib chiqib, Kelvin, bir xil miqdoriy qiymatda, energiyaning hamma turlari ham bir xil darajada ozgarishlarga erisha olmasligini ta'kidlaydi. Masalan, shunday sharoitlar mavjud bolishi mumkinki, ularda issiqlikni ishga aylantirish (issiqlik yordamida ish bajarish) imkonsiz boladi. Tomson postulati shunday yangraydi: Biror bir harakatsiz jism yordamida, biror bir moddaning haroratini, uni orab turgan muhitdagi eng sovuq jismning haroratidan pastroq haroratgacha sovitish imkonsiz. Bu fikrni rivojlantirib, Lord Kelvin, 1857-yilda, tabiatdagi energiyaning issiqlikka aylanishi va haroratlarni tenglashtirishi (mutanosiblashi), oxir oqibatda esa, har qanday jismning ish qobiliyatini pasaytirib borib, oxiri nolga tushirishi, ya'ni, harorat olimiga olib kelishi tendensiyasi haqidagi mashhur xulosaga keladi. Mutloq nol harorat - Kelvin shkalasining eng quyi darajasini anglash tomon qoyilgan muhim qadam edi. Keyinchalik Lord Kelvin ushbu mulohaza ustidan ozini mashhur qilib yuborgan isbot - tabiatdagi bolishi mumkin bolgan eng past harorat - jismlarni tashkil etgan molekulalarning harakatdan mutlaqo toxtaydigan harorati ekanligini aniqladi. Biz yaxshi bilamizki, bu selsiy shkalasida - 273.16 C boladigan mutloq nol darajadir.

1854-yilda Klauzis Mexanik issiqlik nazariyasining ikkinchi qoidasining ozgargan korinishi haqida deb nomlangan maqolasini e'lon qiladi va ushbu maqolada Karno teoremasini, ozining postulatiga asoslanib isbotlab beradi. Shuningdek, u Karno teoremasi va oz postulatini umumlashtirib, ular uchun, tengsizlik korinishidagi matematik ifodani keltirib chiqaradi. Keyingi ilmiy ishlarida esa Klauzis fanga entropiya holati funksiyasini kiritadi va Tomson ilgari surgan, tendensiya uchun matematik ta'rif keltiradi: Butun olam entropiyasi maksimumga intiladi. Shu tarzda, fizikada olam malikasi (energiya) bilan bir qatorda, uning soyasi (entropiya) paydo boldi. Klauzisning ozi, 1865-yilda chop etilgan ilmiy ishining songgi qismida shunday yozadi: Men ta'rif bergan ikkinchi qoida shuni ifodalaydiki, Tabiatdagi yuz berayotgan barcha hodisalarning men musbat yonalishda deb qabul qilganlarim, hech qanday kompensatsiyalarsiz, oz-ozidan yuz berishi mumkin, lekin, teskari, ya'ni manfiy yonalishda, ular, faqat ular bilan bir vaqtning ozida yuz berishi shart bolgan musbat yonalishdagi ozgarishlar bilan kompensatsiyalanganidagina yuz berishi mumkin.

Bu qoidani butun olam uchun tadbiq etish, birinchi bolib Lord Kelvin keltirgan xulosaga olib keladi. Demak, amalda, agar butun olam boyicha yuz berayotgan hodisalar, alohida olingan ma'lum bir yonalishda kechishi miqdor qiymati, qarama-qarshi yonalishda kechayotgan yonalishdagi hodisalarning miqdor qiymatidan doimo katta bolsa, demak, butun olamning umumiy holati, doimiy ravishda, birinchi yonalishda yana va yana ozgarib, shu tarzda, u chegaraviy holatga intilar ekan.

Guvohi bolganingizdek, Karno, Kelvin, Klauzislarning ilmiy tafakkurlari evaziga insoniyat nafaqat termodinamikaning ikkinchi qonuni, balki, mutloq nol harorat, butun olamning toxtovsiz kengayishi haqidagi bilimlarga ham ega boldi.


Bizni ijtimoiy tarmoqlarda ham kuzatib boring:

Feysbukda: https://www.facebook.com/Orbita.Uz/

Tvitterda: @OrbitaUz

Google+ : https://plus.google.com/104225891102513041205/posts/

Telegramdagi kanalimiz: https://telegram.me/OrbitaUz

Yangilаndi: 12.09.2018 13:56  
Maqola yoqdimi? Do'stlaringizga ham tavsiya qiling:

Mulohaza bildiring:


Mahfiy kod
Yangilash

Banner

Ixtiro va Kashfiyotlar

Orbita.Uz infotekasi

Milliy bayramlarimiz

Yaqin kunlardagi rasmiy bayramlar, kasb bayramlari, muhim tarixiy va xalqaro sanalar.

26 - Iyun - Iyd al-Fitr - Ramazon hayiti Dam olish kuni) (oy chiqishiga qarab bir kunga o'zgarishi mumkin)


1 - Sentyabr - Mustaqillik kuni. (Dam olish kuni)


2 - Sentyabr - Iyd al-Adho - Qurbon Hayiti . (Dam olish kuni) (oy chiqishiga qarab bir kunga o'zgarishi mumkin)

O'zbekiston shaharlari ob-havo ma'lumotlari

Orbita.Uz do'stlari:

Ziyo istagan qalblar uchun:

O'zbek tilidagi eng katta elektron kutubxona!

​Ўзбекча va o'zbekcha o'zaro transkripsiya!
O'zbekcha va ўзбекча ўзаро транскрипция!

Bizning statistika


Orbital latifalar :) :)

????????????????????????

Agar qizil qalpoqcha,
bo'ridan yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda qochsa,
u infraqizil qalpoqchaga aylanadi...



Tafakkur durdonalari

Xitoydan bo'lsa ham ilm o'rganinglar.

Hadis