Enerji və entropiya arasındakı əlaqənin öyrənilməsi texniki termodinamikanın öyrəndiyi şeydir. O, ölçülə bilən makroskopik xassələri (temperatur, təzyiq və həcm) enerji və onun iş görmək qabiliyyəti ilə əlaqələndirən bütün nəzəriyyələr toplusunu əhatə edir.
Giriş
İstilik və temperatur anlayışları texniki termodinamika üçün ən əsasdır. Onu temperaturdan və onun dəyişməsindən asılı olan bütün hadisələr haqqında elm adlandırmaq olar. Hal-hazırda bir hissəsi olduğu statistik fizikada, maddənin mövcud anlayışının əsaslandığı böyük nəzəriyyələrdən biridir. Termodinamik sistem sabit kütlə və eynilikdə olan maddənin kəmiyyəti kimi müəyyən edilir. Ondan kənar hər şey sərhədlərlə ayrıldığı mühitdir. Texniki termodinamika tətbiqlərinə aşağıdakı konstruksiyalar daxildir:
- kondisionerlər və soyuducular;
- avtomobil mühərriklərində turbomühərriklər və kompressorlar;
- elektrik stansiyalarında buxar turbinləri;
- reaktivtəyyarə mühərrikləri.
İstilik və temperatur
Hər bir insanın temperatur anlayışı haqqında intuitiv biliyi var. Bədən isti və ya soyuq, temperaturun az və ya çox yüksək olmasından asılı olaraq. Ancaq dəqiq tərif daha çətindir. Klassik texniki termodinamikada cismin mütləq temperaturu müəyyən edilirdi. Kelvin şkalasının yaradılmasına səbəb oldu. Bütün cisimlər üçün minimum temperatur sıfır Kelvindir (-273, 15°C). Bu, mütləq sıfırdır, anlayışı ilk dəfə 1702-ci ildə fransız fiziki Guillaume Amonton sayəsində ortaya çıxdı.
İstiliyi müəyyən etmək daha çətindir. Texniki termodinamika bunu enerjinin sistemdən xarici mühitə təsadüfi ötürülməsi kimi şərh edir. Hərəkət edən və təsadüfi təsirlərə məruz qalan molekulların kinetik enerjisinə uyğundur (Brown hərəkəti). Ötürülmüş enerji, makroskopik səviyyədə iş vasitəsilə həyata keçirilən nizamlı enerjidən fərqli olaraq, mikroskopik səviyyədə nizamsız adlanır.
Vəziyyəti
Materiyanın vəziyyəti maddənin nümayiş etdirdiyi fiziki quruluş növünün təsviridir. Materialın quruluşunu necə saxladığını təsvir edən xüsusiyyətlərə malikdir. Maddənin beş vəziyyəti var:
- qaz;
- maye;
- bərk bədən;
- plazma;
- supermaye (ən nadir).
Bir çox maddələr qaz, maye və bərk fazalar arasında hərəkət edə bilir. Plazma maddənin xüsusi vəziyyətidirildırım kimi.
İstilik tutumu
İstilik tutumu (C) istiliyin dəyişməsinin (ΔQ, burada yunan hərfi Delta kəmiyyət deməkdir) temperaturun dəyişməsinə (ΔT) nisbətidir:
C=Δ Q / Δ T.
Maddənin asanlıqla qızdırılmasını göstərir. Yaxşı bir istilik keçiricisi aşağı tutum dərəcəsinə malikdir. Yüksək istilik tutumlu güclü istilik izolyatoru.
Terminologiya
Hər bir elmin özünəməxsus lüğəti var. Texniki termodinamikanın əsas anlayışlarına aşağıdakılar daxildir:
- İstilik ötürülməsi iki maddə arasında qarşılıqlı temperatur mübadiləsidir.
- Mikroskopik yanaşma - hər bir atom və molekulun davranışının öyrənilməsi (kvant mexanikası).
- Makroskopik yanaşma - çoxlu hissəciklərin ümumi davranışının müşahidəsi.
- Termodinamik sistem tədqiqat üçün seçilmiş kosmosdakı maddə və ya sahənin miqdarıdır.
- Ətraf mühit - bütün xarici sistemlər.
- Keçirmə - istilik qızdırılan bərk cisim vasitəsilə ötürülür.
- Konveksiya - qızdırılan hissəciklər istiliyi başqa maddəyə qaytarır.
- Radiasiya - istilik günəş kimi elektromaqnit dalğaları vasitəsilə ötürülür.
- Entropiya - termodinamikada izotermik prosesi xarakterizə etmək üçün istifadə olunan fiziki kəmiyyətdir.
Elm haqqında ətraflı
Termodinamikanın ayrıca fizikanın intizamı kimi şərhi tamamilə doğru deyil. Demək olar ki, hər şeyə təsir edirsahələr. Sistemin iş görmək üçün daxili enerjidən istifadə etmə qabiliyyəti olmasaydı, fiziklərin öyrənəcəkləri heç nə olmazdı. Termodinamikanın bəzi çox faydalı sahələri də var:
- İstilik mühəndisliyi. Enerji ötürülməsinin iki imkanını öyrənir: iş və istilik. Maşının işləyən maddəsində enerji ötürülməsinin qiymətləndirilməsi ilə əlaqələndirilir.
- Kriofizika (kriogenika) - aşağı temperaturlar haqqında elm. Yerin ən soyuq bölgəsində belə yaşanan şəraitdə maddələrin fiziki xassələrini araşdırır. Buna misal olaraq həddindən artıq mayelərin tədqiqini göstərmək olar.
- Hidrodinamika mayelərin fiziki xassələrinin öyrənilməsidir.
- Yüksək təzyiqlər fizikası. Maye dinamikası ilə bağlı son dərəcə yüksək təzyiq sistemlərində maddələrin fiziki xassələrini araşdırır.
- Meteorologiya hava prosesləri və proqnozlarına diqqət yetirən atmosferin elmi tədqiqidir.
- Plazma Fizikası - plazma vəziyyətində maddənin öyrənilməsi.
Sıfır Qanun
Texniki termodinamikanın predmeti və metodu qanunlar şəklində yazılmış eksperimental müşahidələrdir. Termodinamikanın sıfırıncı qanunu bildirir ki, iki cismin üçüncü ilə eyni temperaturu olduqda, onlar da öz növbəsində bir-biri ilə eyni temperatura malikdirlər. Məsələn: bir mis bloku temperatur bərabər olana qədər termometrlə təmasda olur. Sonra çıxarılır. İkinci mis bloku eyni termometrlə təmasda olur. Əgər civə səviyyəsində dəyişiklik yoxdursa, o zaman hər iki blokun içəridə olduğunu söyləyə biləriktermometr ilə istilik tarazlığı.
Birinci Qanun
Bu qanun bildirir ki, sistem vəziyyət dəyişikliyinə məruz qaldıqda, enerji həm istilik, həm də iş kimi sərhədi keçə bilər. Onların hər biri müsbət və ya mənfi ola bilər. Sistemin xalis enerji dəyişməsi həmişə sistemin sərhədini keçən xalis enerjiyə bərabərdir. Sonuncu daxili, kinetik və ya potensial ola bilər.
İkinci Qanun
Müəyyən bir istilik prosesinin baş verə biləcəyi istiqaməti müəyyən etmək üçün istifadə olunur. Termodinamikanın bu qanunu deyir ki, istiliyi aşağı temperaturlu cisimdən daha isti cismə ötürməkdən başqa heç bir effekt verməyən və dövrə ilə işləyən qurğu yaratmaq mümkün deyil. Bəzən bu mühüm xüsusiyyəti təqdim etdiyi üçün ona entropiya qanunu da deyirlər. Entropiya bir sistemin tarazlığa və ya nizamsızlığa nə qədər yaxın olduğunun ölçüsü kimi düşünülə bilər.
Termal proses
Sistem, adətən təzyiqin, həcmin, temperaturun çevrilməsi ilə bağlı olan bir növ enerji dəyişikliyi baş verdikdə termodinamik prosesdən keçir. Xüsusi xüsusiyyətlərə malik bir neçə spesifik növ var:
- adiabatik - sistemdə istilik mübadiləsi yoxdur;
- izokorik - həcmdə dəyişiklik yoxdur;
- izobarik - təzyiqdə dəyişiklik yoxdur;
- izotermik - temperaturda dəyişiklik yoxdur.
Reversibility
Qaytarılan proses baş verdikdən sonra ola biləcək prosesdirləğv edildi. Nə sistemdə, nə də mühitdə heç bir dəyişiklik buraxmır. Geri çevrilə bilən sistem tarazlıqda olmalıdır. Prosesi geri dönməz edən amillər var. Məsələn, sürtünmə və qaçaq genişlənmə.
Tətbiq
Müasir bəşəriyyətin həyatının bir çox aspektləri istilik mühəndisliyinin əsasları üzərində qurulub. Bunlara daxildir:
- Bütün nəqliyyat vasitələri (avtomobillər, motosikletlər, arabalar, gəmilər, təyyarələr və s.) termodinamikanın ikinci qanunu və Karno dövrü əsasında fəaliyyət göstərir. Onlar benzin və ya dizel mühərrikindən istifadə edə bilərlər, lakin qanun eyni qalır.
- Hava və qaz kompressorları, üfleyicilər, fanatlar müxtəlif termodinamik dövrlərdə işləyir.
- İstilik mübadiləsi buxarlandırıcılarda, kondensatorlarda, radiatorlarda, soyuducularda, qızdırıcılarda istifadə olunur.
- Soyuducu, dondurucu, sənaye soyuducu sistemləri, bütün növ kondisioner sistemləri və istilik nasosları ikinci qanuna görə işləyir.
Texniki termodinamika müxtəlif növ elektrik stansiyalarının öyrənilməsini də əhatə edir: istilik, nüvə, hidroelektrik, bərpa olunan enerji mənbələrinə (məsələn, günəş, külək, geotermal), gelgitlər, dalğalar və s. əsaslanır.
