Энерги ба энтропи хоорондын хамаарлыг судалдаг зүйл бол техникийн термодинамикийн судалдаг зүйл юм. Энэ нь хэмжигдэхүйц макроскоп шинж чанаруудыг (температур, даралт, эзэлхүүн) энерги болон түүний ажил хийх чадвартай холбодог бүхэл бүтэн онолыг багтаасан болно.
Танилцуулга
Дулаан ба температурын тухай ойлголтууд нь техникийн термодинамикийн хамгийн суурь ойлголт юм. Үүнийг температур, түүний өөрчлөлтөөс хамаардаг бүх үзэгдлийн шинжлэх ухаан гэж нэрлэж болно. Одоо түүний нэг хэсэг болсон статистик физикийн хувьд энэ нь материйн талаарх өнөөгийн ойлголтод үндэслэсэн агуу онолуудын нэг юм. Термодинамик системийг тогтмол масстай, ижил төстэй бодисын хэмжигдэхүүн гэж тодорхойлдог. Түүний гаднах бүх зүйл нь хилээр тусгаарлагдсан орчин юм. Техникийн термодинамикийн хэрэглээнд:
- агааржуулагч, хөргөгч;
- автомашины хөдөлгүүр дэх турбо цэнэглэгч ба супер цэнэглэгч;
- Цахилгаан станц дахь уурын турбин;
- реактивонгоцны хөдөлгүүр.
Халуун ба температур
Хүн болгонд температурын тухай ойлголт байдаг. Бие нь халуун эсвэл хүйтэн байдаг нь түүний температур их эсвэл бага байхаас хамаарна. Гэхдээ яг тодорхой тодорхойлолт нь илүү хэцүү байдаг. Сонгодог техникийн термодинамикийн хувьд биеийн үнэмлэхүй температурыг тодорхойлсон. Энэ нь Келвин хэмжүүрийг бий болгоход хүргэсэн. Бүх биеийн хамгийн бага температур нь тэг Kelvin (-273, 15 ° C). Энэ нь үнэмлэхүй тэг бөгөөд энэ ойлголт нь 1702 онд Францын физикч Гийом Амонтоны ачаар анх бий болсон.
Дулааныг тодорхойлоход хэцүү. Техникийн термодинамик үүнийг системээс гадаад орчин руу энергийн санамсаргүй шилжүүлэлт гэж тайлбарладаг. Энэ нь хөдөлж, санамсаргүй нөлөөлөлд өртөж буй молекулуудын кинетик энергитэй тохирч байна (Брауны хөдөлгөөн). Дамжуулж буй энергийг бичил харуурын түвшинд эмх замбараагүй гэж нэрлэдэг ба эмх цэгцтэй, макроскопийн түвшинд ажлаар гүйцэтгэдэг.
Хамгийн байдал
Материйн төлөв байдал нь тухайн бодисыг үзүүлж буй физик бүтцийн төрлийг дүрсэлсэн тодорхойлолт юм. Энэ нь материал нь түүний бүтцийг хэрхэн хадгалж байгааг тодорхойлдог шинж чанартай байдаг. Материйн таван төлөв байдаг:
- хий;
- шингэн;
- цуу бие;
- плазм;
- хэт шингэн (хамгийн ховор).
Олон бодис хий, шингэн, хатуу фазын хооронд шилжиж болно. Плазм бол бодисын онцгой төлөв юмаянга шиг.
Дулааны багтаамж
Дулааны багтаамж (C) гэдэг нь дулааны өөрчлөлтийн харьцаа (ΔQ, Грек үсэг нь тоо хэмжээг илэрхийлдэг Delta) температурын өөрчлөлтөд (ΔT):
C=Δ Q / Δ T.
Тэр бодисыг халах хялбар байдлыг харуулж байна. Сайн дулаан дамжуулагч нь бага багтаамжтай байдаг. Өндөр дулаан багтаамжтай хүчтэй дулаан тусгаарлагч.
Нэр томьёо
Шинжлэх ухаан бүр өөр өөрийн гэсэн үгийн сантай байдаг. Техникийн термодинамикийн үндсэн ойлголтууд нь:
- Дулаан дамжуулалт гэдэг нь хоёр бодисын хоорондох температурын харилцан солилцоо юм.
- Микроскоп арга - атом, молекул бүрийн зан төлөвийг судлах (квант механик).
- Макроскоп арга - олон бөөмсийн ерөнхий төлөв байдлыг ажиглах.
- Термодинамик систем гэдэг нь судалгаанд зориулж сонгосон орон зай дахь бодис эсвэл талбайн хэмжээ юм.
- Орчин орчин - бүх гадаад систем.
- Дамжилт - халсан хатуу биеэр дамжин дулаан дамждаг.
- Конвекц - халсан хэсгүүд дулааныг өөр бодис руу буцаана.
- Цацраг - дулааныг нарны гэх мэт цахилгаан соронзон долгионоор дамжуулдаг.
- Энтропи - термодинамикийн хувьд изотермийн процессыг тодорхойлох физик хэмжигдэхүүн юм.
Шинжлэх ухааны талаар дэлгэрэнгүй
Термодинамикийг физикийн тусдаа салбар гэж тайлбарлах нь огт зөв биш юм. Энэ нь бараг бүх зүйлд нөлөөлдөгбүс нутаг. Системийн дотоод энергийг ажил хийхэд ашиглах чадваргүй бол физикчдэд судлах зүйл байхгүй болно. Термодинамикийн маш хэрэгтэй салбарууд бас байдаг:
- Дулааны инженерчлэл. Энэ нь эрчим хүч дамжуулах хоёр боломжийг судалдаг: ажил ба дулаан. Машины ажлын бодисын энергийн дамжуулалтын үнэлгээтэй холбоотой.
- Криофизик (криоген) - бага температурын шинжлэх ухаан. Дэлхийн хамгийн хүйтэн бүсэд ч тохиолдсон нөхцөлд бодисын физик шинж чанарыг судалдаг. Үүний нэг жишээ бол хэт шингэнийг судлах явдал юм.
- Гидродинамик нь шингэний физик шинж чанарыг судалдаг шинжлэх ухаан юм.
- Өндөр даралтын физик. Шингэний динамиктай холбоотой хэт өндөр даралтын систем дэх бодисын физик шинж чанарыг судалдаг.
- Цаг уур судлал нь цаг агаарын үйл явц, урьдчилан таамаглахад анхаардаг агаар мандлын шинжлэх ухааны судалгаа юм.
- Плазмын физик - плазмын төлөвт байгаа бодисыг судалдаг.
Тэг хууль
Техникийн термодинамикийн сэдэв ба арга нь хуулийн хэлбэрээр бичигдсэн туршилтын ажиглалт юм. Термодинамикийн 0-р хууль нь хоёр бие гуравны нэгтэй ижил температуртай байвал эргээд бие биетэйгээ ижил температуртай байна. Жишээ нь: нэг блок зэсийг температур тэнцүү болтол термометрт хүргэнэ. Дараа нь үүнийг арилгадаг. Зэсийн хоёр дахь блок нь ижил термометртэй холбогддог. Хэрэв мөнгөн усны түвшинд өөрчлөлт ороогүй бол хоёр блок хоёуланд нь орсон гэж хэлж болнотермометртэй дулааны тэнцвэр.
Анхны хууль
Энэ хуульд систем төлөвийн өөрчлөлтөд орох үед энерги дулаан болон ажлын хэлбэрээр хил давж болно гэж заасан. Тэд тус бүр нь эерэг эсвэл сөрөг байж болно. Системийн цэвэр энергийн өөрчлөлт нь системийн хилийг давсан цэвэр энергитэй үргэлж тэнцүү байдаг. Сүүлийнх нь дотоод, кинетик эсвэл боломжит байж болно.
Хоёр дахь хууль
Энэ нь тодорхой дулааны процесс явагдах чиглэлийг тодорхойлоход хэрэглэгддэг. Термодинамикийн энэ хуульд дулааныг бага температуртай биеэс илүү халуун бие рүү шилжүүлэхээс өөр нөлөө үзүүлэхгүй, мөчлөгт ажилладаг төхөөрөмжийг бий болгох боломжгүй гэж заасан байдаг. Энэ чухал шинж чанарыг танилцуулж байгаа тул үүнийг заримдаа энтропийн хууль гэж нэрлэдэг. Энтропи нь систем тэнцвэрт байдал эсвэл эмх замбараагүй байдалд хэр ойрхон байгааг хэмжих хэмжүүр гэж үзэж болно.
Дулааны процесс
Систем нь даралт, эзэлхүүн, температурын өөрчлөлттэй холбоотой ямар нэгэн энергийн өөрчлөлт гарах үед термодинамик процесст ордог. Онцгой шинж чанартай хэд хэдэн төрөл байдаг:
- адиабат - системд дулаан солилцоо байхгүй;
- isochoric - дууны хэмжээ өөрчлөгдөхгүй;
- изобарик - даралт өөрчлөгдөхгүй;
- изотерм - температур өөрчлөгдөхгүй.
Урвах чадвар
Урваж болох үйл явц нь явагдсаны дараа байж болох процесс юмцуцалсан. Энэ нь систем болон хүрээлэн буй орчинд ямар ч өөрчлөлт үлдээдэггүй. Буцах боломжтой байхын тулд систем тэнцвэрт байдалд байх ёстой. Үйл явцыг эргэлт буцалтгүй болгодог хүчин зүйлүүд байдаг. Жишээлбэл, үрэлт ба гүйлтийн тэлэлт.
Програм
Орчин үеийн хүн төрөлхтний амьдралын олон тал нь дулааны инженерийн суурь дээр суурилдаг. Үүнд:
- Бүх тээврийн хэрэгсэл (машин, мотоцикл, тэрэг, хөлөг онгоц, онгоц гэх мэт) нь термодинамикийн 2-р хууль ба Карногийн мөчлөгийн үндсэн дээр ажилладаг. Тэд бензин эсвэл дизель хөдөлгүүр ашиглаж болох ч хууль нь хэвээрээ.
- Агаар, хийн компрессор, үлээгч, сэнс нь өөр өөр термодинамикийн цикл дээр ажилладаг.
- Дулаан солилцоог ууршуулагч, конденсатор, радиатор, хөргөгч, халаагуурт ашигладаг.
- Хөргөгч, хөлдөөгч, үйлдвэрийн хөргөлтийн систем, бүх төрлийн агааржуулалтын систем, дулааны насосууд хоёрдугаар хуулийн дагуу ажилладаг.
Техникийн термодинамик нь сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр (нар, салхи, газрын гүний дулаан гэх мэт), далайн түрлэг, давалгаа болон бусад зүйлд суурилсан дулааны, цөмийн, усан цахилгаан станцуудын янз бүрийн төрлийн цахилгаан станцуудын судалгааг агуулдаг.
