Mühazirə №11 Termodinamikanın II prinsipi. Karno prosesi. İdeal qazın entropiyası

- -

Mühazirə № 11
Termodinamikanın II prinsipi. Karno prosesi. İdeal qazın entropiyası
İstilik prosesləri üçün enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanununu ifadə edən termodinamikanın birinci prinsipi, prosesin istiqamətini müəyyən edə bilmir. Bundan əlavə termodinamikanın birinci qanunundan müəyyən olur ki, termodinamik sistem xaricdən verilən istilikdən çox iş görə bilməz. Əks halda bir istilik mənbəyinin soyuması hesabına periodik işləyən mühərrik alməış olarıq. Külli miqdarda aparılan təcrübələr göstərdi ki, belə maşını yatratmaq qeyri mümkündür.Bu nəticənin alınması termodinamikanın ikinci qanununun yaranmasına səbəb oldu. Termodinamikanın II prinsipini aşağıdakı kimi ifadə etmək olar:

1. 
   Dövrü proses zamanı qızdırıcıdan alınan istiliyin hamısını faydalı işə çevirmək olmaz.
   
2. 
   Termodinamik proses zamanı istilik özbaşına yalnız isti cisimlərdən soyuq cisimlərə keçir.
   

Termodinamikanın II qanunu statistik xarakter daşıyır. Bu qanunu bir neçə hissəcikdən (molekuladan) təşkil olunmuş sistemlərə tətbiq etmək olmaz.
Fransız mühəndisi Saadi Karno termodinamikanın II prinsipinə əsaslanaraq, dönən prosesdə iştirak edən ideal istilik maşınının faydalı iş əmsalını (f.i.ə) nəzəri hesablamışdır. Qeyd edək ki, dönən proses elə prosesə deyilir ki, sistem proses zamanı düzünə və əksinə eyni tarazlıq vəziyyətlərindən keçir və ilk vəziyyətinə qayıtdıqda ətraf mühitdə heç bir dəyişiklik baş vermir.

İki adiabatik və iki izotermik proesdən təşkil olunmuş bu dövri sistemdə işçi maddə olaraq bir mol ideal qaz götürülür.

Düzünə işləyən Karno prosesinin f.i.ə. təyin edək.

Şəkildə ideal qaz izotermik genişlənərək 1 vəziyyətindən 2 vəziyyətinə temperaturunda keçir. Qaz 2 vəziyyətindən 3 vəziyyətinə adiabatik genişlənmə yolu ilə keçir. Bu zaman görülən iş daxili enerjinin azalması hesabına baş verdiyi üçün qazın temperaturu -ə qədər azalır. Qaz 3 vəziyyətindən 4 vəziyyətinə izotermik sıxılmacaq, 4-dən 1 vəziyyətinə isə adiobatik sıxılma yolu ilə keçir.

Şəkil №1

Baxılan dövri prosesin varlığını təsdiq etməkdən ötrü qazzın həcmləri arasındakı əlaqəni müəyyən edək.Şəkildən görünür ki, 2 və 3nöqtələri və eynui zamanda 4 və 1 nöqtələri eyni adiabataloren üzərində yerləşib, onda Puasson tənliyinə görə yazmaq olar ki,

və buradan.

nəticədə alarıq.

Belə bir dövri prosesin olması mümkündür. Karno prosesinin f.i.ə. aşağıdakı şəkildə olar.

(1)

Deməli ideal istilik maşınının f.i.ə. ancaq qızdırıcının və soyuducunun temperaturundan asılıdır. Fərq nə qədər çox olarsa, f.i.ə.-da bir o qədər çox olar.

bərabərliyindən istifadə etsək

(2)

alarıq.

(2) ifadəsindən görünür ki, cisimlərin temperaturlarının nisbətləri, dövru prosesdə aldıqları və verdikləri istilik miqdarlarının nisbətlərinə bərabərdir. Nəzərə alsaq ki, Karno Prosesində işçi maddənin kimyəvi tərkibi rol oynamır, onda (2) ifadəsi termodinamik temperatur şkalasının yaranmasında əsas rol oynamışdır.Qeyd etmək lazımdır, istilik miqdarlarına görə temperaturların nisbətini təyin etmək praktiki olaraq qeyri mümkündür; çünki, bütün real proseslər dönməyən proseslərdir. İşçi maddədən soyuducuya verilən istiliyi, mənfi qəbul olunan istilik kimi götürsək, onda (1) ifadəsindən

(3)

almış olarıq. Qızdırıcıdan alınan istilik miqdarının onun temperaturuna olan nisbəti gətirilmiş istilik miqdarı adlanır. Onda Karno və istənilən dönən prosesdə iştirak edən istilik maşınlarında gətirilmiş istilik miqdarlarının cəmi sıfra bərabər olar. Ümumi halda

(4) yazmaq olar.

Qapalı kontur boyunca götürülmüş inteqral sıfra bərabərdirsə, onda inteqralaltı ifadə müəyyən bir funksiyanın tam differensialıdır,hal funksiyasıdır. Klauzius bunu entropiya adlandırmışdır.

Onda sistem bir haldan başqa hala keçdikdə onun entropiyasının dəyişməsi:

(5) olar.

(5) görünür ki, entropiyanın dəyişməsi, prosesin getdiyi yolun formasından asılı deyil, ancaq sistemin əvvəl və son vəziyyətlərindən asılıdır. Dönən adiobatik prosesdə sistemin entropiyası dəyişmir. Bütün real proseslər entropiyanın artması istiqamətində gedir, yəni,

(6)

Bərabərlik işarəsi dönən proseslərə aiddir. Entropiyanın artması sistemin az ehtimallı haldan,ehtimalı daha çox olan hala keçməsini göstərir.

İdea qazın entropiyasının dəyişməsini təyin edək.

Sistem 1 halından 2 halına keçdikdə onun ntropiyasının dəyişməsi

olar.

Nəzərə alsaq ki, ideal qaz üçün və

Onda yəni,


İzotermik proses zamanı

olar.

Izoxorik proseslərdə entropiyanın dəyişməsi

olar.

Ümumiyyətlə termodinamik sistemin entropiyası, bu sistemə daxil olan ayrı-ayrı cisimlərin entropiyalarının cəminə bərabərdir. Alman alimi Nernst müəyyən etmişdir ki, temperatur sıfra yaxınlaşdıqda ixtiyari cismin entropiyası da sıfra yaxınlaşır.

Bu teoremdən (buna bəzi hallarda termodinamikanın III qanununu da deyilir) daha bir nəticəyə gəlmək olar ki, temperatur artdıqca sistemin entropiyası artığından , entropiya bir növ sistemin nizamsızlıq dərəcəsini xarakterizə edən fiziki kəmiyyət olur.

Azərbaycan Dövlət Neft Akademiyası Fizika kafedrası

Mühazirə № 11 Mühazirətçi-dosent: Akif Ağayev