Қазіргі уақытта жылу Күштік және жылу қондырғылары халық шаруашылығының әртүрлі салаларында кеңінен таралған. Өндірістік кәсіпорындарда олар технологиялық жабдықтың негізгі маңызды бөлігін құрайды.

Отын энергиясын пайдалану әдістерін, заттың жай-күйінің өзгеру үрдістерінің заңдарын, әртүрлі машиналар мен аппараттардың, энергетикалық және технологиялық қондырғылардың жұмыс істеу принциптерін зерттейтін ғылым жылутехника деп аталады. Жылу техникасының теориялық негіздері термодинамика және жылу алмасу теориясы болып табылады.

Термодинамика ағзалардың нақты қасиеттеріне қарамастан табиғатта өтетін үдерістерді бақылау жалпылама болып табылатын іргелі заңдарға (бастауларға) сүйенеді, бұл термодинамикалық зерттеулер кезінде алынатын физикалық шамалар арасындағы заңдылықтар мен арақатынастардың әмбебаптылығы түсіндіріледі.

Термодинамиканың бірінші заңы энергияның сандық жағынан айналу процестерін сипаттайды және сипаттайды және кез келген қондырғының немесе процестің энергетикалық балансын құрастыру үшін қажетті барлық нәрселерді береді.

Термодинамиканың екінші заңы, табиғаттың маңызды Заңы бола отырып, термодинамикалық процестер өтетін бағытты анықтайды, айналмалы процестер кезіндегі жұмысқа жылудың айналуының ықтимал шектерін белгілейді, энтропия, температура және т. б. сияқты ұғымдарды қатаң анықтауға мүмкіндік береді.

Термодинамиканың үшінші бастамасы ретінде абсолюттік нөлге қол жеткізбеу принципі қабылданады.

Жылу алмасу теориясында жылудың кеңістіктің бір аймағынан екіншісіне ауысу заңдылықтары зерттеледі. Жылу алмасу процестері қарастырылып отырған жүйенің элементтері арасында жылу түрінде ішкі энергия алмасу процестері болып табылады.

Термодинамиканың екінші заңының жалпы сипаттамасы және тұжырымдалуы
Табиғи процестер үнемі жүйемен тепе-тең жағдайға (механикалық, термиялық немесе кез келген басқа) жету жағына бағытталған. Бұл құбылыс жылуэнергетикалық машиналардың жұмысын талдау үшін үлкен маңызы бар термодинамиканың екінші заңымен көрсетілген. Осы Заңға сәйкес, мысалы, жылу тек денеден төмен температурамен денеге ауыса алады. Кері процесті жүзеге асыру үшін белгілі бір жұмыс жұмсалуы тиіс. Осыған байланысты термодинамиканың екінші заңын былайша тұжырымдауға болады: жылу суық денелерден денелерге жылылырақ өтетін процесс мүмкін емес (постулат Клаузиус, 1850 г.).

Термодинамиканың екінші заңы, сондай-ақ жылу жұмысқа ұзақ уақыт түрленуі мүмкін жағдайларды анықтайды. Кез келген ажыратылған термодинамикалық процесте көлем ұлғайған кезде оң жұмыс жасалады:

бірақ кеңейту процесі шексіз жалғасуы мүмкін емес, демек, жылуды жұмысқа айналдыру мүмкіндігі шектеулі.

Жылудың үздіксіз жұмыс істеуі айналмалы процесте немесе циклде ғана жүзеге асырылады.

Тұйық контур бойынша интегралдау:

Мұнда QЦ және LЦ – циклге айналдырылған жылу және циклдің қарапайым процестерінің оң және теріс жұмыстарының |L1 | – |L2 | айырымын білдіретін жұмыс денесімен жасалған жұмыс.

Жылудың қарапайым мөлшерін ( dQ>0) және жұмыс денесінен бұрылатын ( dQ<0) деп қарастыруға болады. Берілген жылу сомасы |Q1 |, ал бөлінген жылу сомасы |Q2 |. Демек,

LЦ =QЦ = / Q1 | – / Q2/.

Жұмыс денесіне Q1 жылу мөлшерін жеткізу жұмыс денесінің температурасынан жоғары температурадағы сыртқы көзі болған кезде мүмкін болады. Мұндай жылу көзі ыстық деп аталады. Жұмыс денесінен Q2 жылу мөлшерін бұру сыртқы жылу көзі болған кезде де мүмкін болады, бірақ жұмыс денесінің температурасына қарағанда төмен температурамен. Мұндай жылу көзі суық деп аталады. Осылайша, циклді жасау үшін екі жылу көзі болуы керек: біреуі жоғары температурамен, екіншісі төмен температурамен. Сонымен қатар, Q1 жылудың барлық шығыны жұмысқа айналуы мүмкін, өйткені Q2 жылудың саны суық көзіне беріледі.

Жылу қозғалтқышының жұмыс шарттары мыналардан тұрады::

– екі жылу көздерінің қажеттілігі (ыстық және суық);

– қозғалтқыштың циклдік жұмысы;

– ыстық көзден алынған жылу мөлшерінің бір бөлігін суық жұмысқа айналмастан беру.

Осыған байланысты термодинамиканың екінші заңына тағы бірнеше тұжырым беруге болады:

– суық көзден ыстық жылу беру жұмыс шығынынсыз мүмкін емес;

– жұмыс жасайтын және тиісінше салқындатқыш жылу резервуарын мезгіл-мезгіл жұмыс істеп тұрған машинаны салу мүмкін емес;

– табиғат аз ықтимал жағдайлардан неғұрлым ықтимал жағдайға көшуге ұмтылады.

Термодинамиканың екінші заңы (біріншісі сияқты) тәжірибе негізінде тұжырымдалғанын атап өту керек.

Термодинамиканың екінші заңы ең жалпы түрде келесідей тұжырымдалуы мүмкін: кез-келген нақты өздігінен жүретін процесс қайтымсыз болып табылады. Екінші заңның барлық өзге тұжырымдары неғұрлым жалпы тұжырымдардың жеке жағдайлары болып табылады.

В. Томсон (лорд Кельвин) 1851 жылы келесі тұжырымдаманы ұсынды: жансыз материалдық агенттің көмегімен заттың қандай да бір массасынан механикалық жұмысты қоршаған заттардың ең суық температурасынан төмен салқындату арқылы алу мүмкін емес.

М. Планк Томсон тұжырымдамасына қарағанда айқын тұжырымдауды ұсынды: барлық әрекеті кейбір жүктің түсінігіне және жылу көзін салқындатуға әкелетін мерзімді әрекет ететін машинаны салу мүмкін емес. Астында мерзімді қолданыстағы машинаны түсіну қозғалтқыш үздіксіз (циклическом процесінде) превращающий жылуын. Шын мәнінде, егер жылу қозғалтқышын салу мүмкін болса, ол жай ғана кейбір көзден жылу алатын және оны үздіксіз (циклді) жұмысқа айналдыратын болса, онда бұл жүйеде тепе – теңдік болмаған кезде ғана жұмыс жүйемен жүргізілуі мүмкін (атап айтқанда, жылу қозғалтқышына қатысты-жүйеде ыстық және суық көздер температураларының айырмасы болған кезде) туралы жағдайға қайшы келеді.

Егер термодинамиканың екінші заңымен қойылатын шектеулер болмаса, онда бұл жылу қозғалтқышын бір ғана жылу көзі болған кезде құруға болатынын білдіреді. Мұндай қозғалтқыш салқындату, мысалы, мұхиттағы су есебінен әрекет етуі мүмкін. Бұл процесс мұхиттың барлық ішкі энергиясы жұмысқа айналғанға дейін жалғасуы мүмкін. В. Ф. Оствальд екінші түрдегі мәңгілік қозғалтқыш деп атады (энергияны сақтау Заңына қарамастан жұмыс істейтін бірінші текті Мәңгілік қозғалтқышқа қарағанда). Термодинамиканың екінші заңының айтылған тұжырымдамасына сәйкес, бұл Планкта мынадай түрде түрленуі мүмкін: екінші түрдегі мәңгілік қозғалтқышты жүзеге асыру мүмкін емес.

Екінші түрдегі мәңгілік қозғалтқыштың болуы термодинамиканың бірінші заңына қайшы келмейтінін байқаған жөн; шын мәнінде, бұл қозғалтқышта жұмыс ештеңе емес, жылу көзінде жасалған ішкі энергия есебінен жүргізілетын болар еді, сондықтан сандық жағынан бұл жағдайда жылудан жұмыс алу процесі орындалмайтын болар еді. Бірақ мұндай қозғалтқыштың болуы денелер арасындағы жылудың өту процесінің сапалы жағы тұрғысынан мүмкін емес.

Энтропия ұғымы
Жылудың жұмысқа және жұмысқа айналуының арасындағы сәйкессіздік табиғаттағы нақты процестердің бір жақты бағытталуына әкеледі,бұл энергияның құнсыздану шарасын анықтайтын энтропия деп аталған нақты процестерде бар болуы және өсуі туралы заңда термодинамиканың екінші бастауының физикалық мәнін көрсетеді.

Термодинамиканың екінші бастамасы энтропияның өмір сүруі мен өсуінің Біріккен принципі ретінде оқытылады.

Энтропияның болу принципі процестердің қайтымды ағымында термодинамикалық жүйелер энтропиясының математикалық көрінісі ретінде тұжырымдалады.:

.

Энтропияның өсу принципі оқшауланған жүйелердің энтропиясы олардың жай-күйінің кез келген өзгерісі кезінде өзгеріссіз өсуде және процестердің қайтымды ағымында ғана тұрақты болып қала береді деген тұжырымға келіп түседі.:

.

Энтропияның болуы мен өсуі туралы екі қорытынды табиғаттағы нақты процестердің қайтымсыздығын көрсететін қандай да бір постулат негізінде алынады. Жиі дәлелдеу біріккен принципін өмір сүру және өсу энтропия пайдаланады постулаттары Р. Клаузиуса, В. Томпсона-Келтен, М. Планк.

Шындығында энтропияның өмір сүру және өсу принциптері ештеңе жоқ. Физикалық мазмұны: энтропияның болу принципі жүйелердің термодинамикалық қасиеттерін сипаттайды, ал энтропияның өсу принципі – нақты процестердің ықтимал ағымы. Энтропияның өмір сүру принципінің математикалық көрінісі-теңдік, ал өсу принципі-теңсіздік. Қолдану саласы: энтропияның болу принципі және одан туындайтын тергеу заттардың физикалық қасиеттерін зерттеу үшін, ал энтропияның өсу принципі – физикалық құбылыстардың ықтимал ағымы туралы пайымдау үшін қолданылады. Бұл қағидаттардың философиялық маңызы да әртүрлі.

Осыған байланысты энтропияның өмір сүру және өсу принциптері бөлек қарастырылады және олардың кез келген денелер үшін математикалық өрнектері әр түрлі постулаттар негізінде алынады.

Кез келген денелер мен жүйелердің жай – күйінің термодинамикалық функциялары ретінде T және энтропиясының абсолюттік температурасының бар болуы туралы қорытынды термодинамиканың екінші заңының негізгі мазмұнын құрайды және кез келген процестерге таралады-қайтымды және қайтымсыз.

Қорытынды
Жылу көзінен үздіксіз жұмыс алу тек ыстық жылу көзінен алынатын бөлікті суық көзге берген жағдайда ғана мүмкін болуына байланысты, жылу процестерінің маңызды ерекшелігін атап өткен жөн: механикалық жұмыс, электр жұмысы, магнит күштері мен т.б. жұмысы. Жылулыққа келетін болсақ, оның бір бөлігі кезеңді қайталанатын процесте механикалық және басқа да жұмыс түрлеріне айналуы мүмкін; оның басқа бөлігі суық көзіне берілуі тиіс. Жылу үрдістерінің бұл маңызды ерекшелігімен жұмыс алудың кез келген басқа тәсілдерінің жылулығынан жұмыс алу процесін алатын ерекше жағдай анықталады (мысалы, дененің кинетикалық энергиясы есебінен механикалық жұмыс алу, Механикалық жұмыс есебінен электр энергиясын алу, электр энергиясы және т. б. есебінен магнит өрісімен жұмыс істеу). Түрлендірудің осы тәсілдерінің әрқайсысында энергияның бір бөлігі жылуға өтіп, үйкеліс, электр қарсылығы, магниттік тұтқырлық және т.б. сияқты қайтымсыз жоғалтуларға жұмсалуы тиіс.

Әдебиеттер тізімі
1. Техникалық термодинамика: жоғары оқу орындарына арналған оқулық.- 4-ші басылым., өңдеу. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

2. Жылу техникасының негіздері /в. С. Охотин, В. Ф. Жидких, В. М. Лавыгин және т.б. – М.: Жоғары Мектеп, 1984.

3. Поршаков Б. П. Романов, Б. А. термодинамика және жылу техникасының Негіздері.- М.: Недра, 1988.

4. Жылутехника /ред.В. И. Крутова.- М.: Машина Жасау, 1986

5. Жылу энергетикасы және жылутехника. Жалпы сұрақтар (анықтамалық).- М.: Энергия, 1980.