Աշխատանքային հեղուկը, տաքացուցիչից ստանալով Q 1 որոշակի քանակությամբ ջերմություն, այս քանակության ջերմության մի մասը՝ մոդուլով հավասար |Q2|, տալիս է սառնարան։ Հետեւաբար, կատարված աշխատանքն ավելի մեծ լինել չի կարող A = Q 1- |Ք 2 |.Այս աշխատանքի հարաբերակցությունը ջեռուցիչից ընդլայնվող գազի ստացած ջերմության քանակին կոչվում է արդյունավետությունը ջերմային շարժիչ.

Փակ ցիկլով աշխատող ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը միշտ մեկից պակաս է: Ջերմաէներգատեխնիկայի խնդիրն է արդյունավետությունը հնարավորինս բարձր դարձնել, այսինքն՝ օգտագործել ջեռուցիչից ստացված ջերմությունը որքան հնարավոր է աշխատանք արտադրելու համար։ Ինչպե՞ս կարելի է դրան հասնել:
Առաջին անգամ ամենակատարյալ ցիկլային պրոցեսը, որը բաղկացած է իզոթերմերից և ադիաբատներից, առաջարկել է ֆրանսիացի ֆիզիկոս և ինժեներ Ս.Կառնոն 1824 թվականին։

Կարնո ցիկլը.

Ենթադրենք, որ գազը գտնվում է բալոնի մեջ, որի պատերը և մխոցը պատրաստված են ջերմամեկուսիչ նյութից, իսկ հատակը՝ բարձր ջերմահաղորդականություն ունեցող նյութից։ Գազի զբաղեցրած ծավալը հավասար է V 1.

Նկար 2

Եկեք բալոնը շփենք տաքացուցիչի հետ (Նկար 2) և գազին հնարավորություն տանք իզոթերմորեն ընդարձակվելու և աշխատանք կատարելու . Գազը տաքացուցիչից ստանում է որոշակի քանակությամբ ջերմություն Q 1.Այս գործընթացը գրաֆիկորեն ներկայացված է իզոթերմով (կոր ԱԲ).

Նկար 3

Երբ գազի ծավալը հավասարվում է որոշակի արժեքի V 1'< V 2 , մխոցի հատակը մեկուսացված է ջեռուցիչից , Դրանից հետո գազը ադիաբատիկորեն ընդլայնվում է մինչև ծավալը V 2,համապատասխանում է մխոցի առավելագույն հնարավոր հարվածին մխոցում (ադիաբատիկ Արև). Այս դեպքում գազը սառչում է մինչև ջերմաստիճան Տ 2< T 1 .
Սառեցված գազը այժմ կարող է իզոթերմորեն սեղմվել ջերմաստիճանում T2.Դա անելու համար այն պետք է շփվի նույն ջերմաստիճան ունեցող մարմնի հետ T 2,այսինքն՝ սառնարանով , և սեղմել գազը արտաքին ուժով: Սակայն այս գործընթացում գազը չի վերադառնա իր սկզբնական վիճակին՝ նրա ջերմաստիճանը միշտ ավելի ցածր կլինի, քան Տ 1.
Հետեւաբար, իզոթերմային սեղմումը հասցվում է որոշակի միջանկյալ ծավալի V 2 '> V 1(իզոթերմ CD). Այս դեպքում գազը որոշակի ջերմություն է հաղորդում սառնարանին Q2,հավասար է դրա վրա կատարված սեղմման աշխատանքին։ Դրանից հետո գազը սեղմվում է ադիաբատիկ կերպով մինչև ծավալը V 1,միևնույն ժամանակ նրա ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև Տ 1(ադիաբատիկ Դ.Ա.). Այժմ գազը վերադարձել է իր սկզբնական վիճակին, որի ծավալը հավասար է V 1-ի, ջերմաստիճանը՝ T1,ճնշում - p 1, և ցիկլը կարող է նորից կրկնվել։

Այսպիսով, կայքում ABCգազն աշխատում է (A > 0),և կայքում CDAգազի վրա կատարված աշխատանք (Ա< 0). Կայքերում ԱրևԵվ մ.թաշխատանքը կատարվում է միայն գազի ներքին էներգիայի փոփոխությամբ։ Քանի որ ներքին էներգիայի փոփոխությունը UBC = – UDA, ապա աշխատանքը ադիաբատիկ գործընթացների ժամանակ հավասար է. ABC = –ADA.Հետևաբար, մեկ ցիկլով կատարված ընդհանուր աշխատանքը որոշվում է իզոթերմային գործընթացների ընթացքում կատարված աշխատանքի տարբերությամբ (հատվածներ ԱԲԵվ CD). Թվային առումով այս աշխատանքը հավասար է ցիկլի կորով սահմանափակված գործչի տարածքին ABCD.
Ջերմության քանակի միայն մի մասն է իրականում վերածվում օգտակար աշխատանքի QT,ստացված ջեռուցիչից, հավասար է QT 1 – |QT 2 |.Այսպիսով, Carnot ցիկլում օգտակար աշխատանք A = QT 1– |QT 2 |.
Իդեալական ցիկլի առավելագույն արդյունավետությունը, ինչպես ցույց է տվել Ս. Կարնոն, կարող է արտահայտվել ջեռուցիչի ջերմաստիճանով. (T 1)և սառնարան (T 2):

Իրական շարժիչներում հնարավոր չէ իրականացնել ցիկլ, որը բաղկացած է իդեալական իզոթերմային և ադիաբատիկ գործընթացներից։ Հետևաբար, իրական շարժիչներում իրականացվող ցիկլի արդյունավետությունը միշտ ավելի քիչ է, քան Carnot ցիկլի արդյունավետությունը (ջեռուցիչների և սառնարանների նույն ջերմաստիճաններում).

Բանաձևը ցույց է տալիս, որ որքան բարձր է տաքացուցիչի ջերմաստիճանը և որքան ցածր է սառնարանի ջերմաստիճանը, այնքան մեծ է շարժիչի արդյունավետությունը:

Carnot Nicolas Leonard Sadi (1796-1832) - տաղանդավոր ֆրանսիացի ինժեներ և ֆիզիկոս, թերմոդինամիկայի հիմնադիրներից մեկը: Իր «Մտորումներ կրակի շարժիչ ուժի և այս ուժը զարգացնելու ունակ մեքենաների մասին» (1824) աշխատության մեջ նա առաջին անգամ ցույց տվեց, որ ջերմային շարժիչները կարող են աշխատանք կատարել միայն տաք մարմնից սառը ջերմությունը փոխանցելու գործընթացում: Carnot-ը ստեղծեց իդեալական ջերմային շարժիչ, հաշվարկեց իդեալական մեքենայի արդյունավետությունը և ապացուցեց, որ այս գործակիցը առավելագույն հնարավորն է ցանկացած իրական ջերմային շարժիչի համար:
Որպես օգնություն իր հետազոտությանը, Կարնոն 1824 թվականին հորինեց (թղթի վրա) իդեալական ջերմային շարժիչ՝ իդեալական գազով որպես աշխատանքային հեղուկ: Կարնո շարժիչի կարևոր դերը կայանում է ոչ միայն դրա հնարավոր գործնական կիրառման մեջ, այլ նաև նրանում, որ այն թույլ է տալիս մեզ բացատրել ջերմային շարժիչների շահագործման սկզբունքները ընդհանրապես. Ոչ պակաս կարևոր է, որ Կարնոն իր շարժիչի օգնությամբ կարողացավ զգալի ներդրում ունենալ թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի հիմնավորման և ըմբռնման գործում։ Կարնո մեքենայի բոլոր գործընթացները համարվում են հավասարակշռություն (շրջելի): Հետադարձելի պրոցեսը գործընթաց է, որն այնքան դանդաղ է ընթանում, որ այն կարելի է դիտարկել որպես հաջորդական անցում մի հավասարակշռության վիճակից մյուսին և այլն, և այս ամբողջ գործընթացը կարող է իրականացվել հակառակ ուղղությամբ՝ առանց կատարված աշխատանքի և քանակի փոփոխության։ փոխանցված ջերմություն. (Նկատի ունեցեք, որ բոլոր իրական գործընթացներն անշրջելի են) Մեքենայում իրականացվում է շրջանաձև պրոցես կամ ցիկլ, որի դեպքում համակարգը մի շարք փոխակերպումներից հետո վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին։ Կարնո ցիկլը բաղկացած է երկու իզոթերմից և երկու ադիաբատից։ A - B և C - D կորերը իզոթերմներ են, իսկ B - C և D - A ադիաբատները: Նախ, գազը իզոթերմորեն ընդլայնվում է T 1 ջերմաստիճանում: Միաժամանակ ջեռուցիչից ստանում է Q 1 ջերմության քանակությունը։ Այնուհետև այն ադիաբատիկորեն ընդարձակվում է և ջերմություն չի փոխանակում շրջակա մարմինների հետ։ Դրան հաջորդում է գազի իզոթերմային սեղմումը T 2 ջերմաստիճանում: Այս գործընթացում գազը Q 2 ջերմության քանակությունը փոխանցում է սառնարան: Ի վերջո, գազը սեղմվում է ադիաբատիկ կերպով և վերադառնում իր սկզբնական վիճակին: Իզոթերմային ընդարձակման ժամանակ գազը աշխատում է A" 1 >0, որը հավասար է Q 1 ջերմության քանակին: B - C ադիաբատիկ ընդլայնման դեպքում դրական աշխատանքը A" 3 հավասար է ներքին էներգիայի նվազմանը, երբ գազը սառչում է ջերմաստիճանից: T 1 մինչև T 2 ջերմաստիճանը: A" 3 =- dU 1.2 =U(T 1)-U(T 2): Իզոթերմային սեղմումը T 2 ջերմաստիճանում պահանջում է A 2 աշխատանքը գազի վրա: Գազը կատարում է համապատասխան բացասական աշխատանք: A" 2 = -A 2 = Q 2: Վերջապես, ադիաբատիկ սեղմումը պահանջում է աշխատանքը գազի վրա A 4 = dU 2.1: Գազի աշխատանքը ինքնին A" 4 = -A 4 = -dU 2.1 = U(T 2) -U(T 1): Հետևաբար, գազի ընդհանուր աշխատանքը երկու ադիաբատիկ գործընթացների ընթացքում զրո է: Ցիկլի ընթացքում գազն աշխատում է A" = A" 1 + A" 2 =Q 1 +Q 2 =|Q 1 |-|Q 2 |. Այս աշխատանքը թվայինորեն հավասար է ցիկլի կորով սահմանափակված գործչի մակերեսին Արդյունավետությունը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է հաշվարկել A-B և C-D իզոթերմային պրոցեսների աշխատանքը: Հաշվարկները հանգեցնում են հետևյալ արդյունքի. (2) Կարնո ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը հավասար է ջեռուցիչի և սառնարանի բացարձակ ջերմաստիճանների և ջեռուցիչի բացարձակ ջերմաստիճանի տարբերության հարաբերակցությանը։ Իդեալական մեքենայի արդյունավետության համար Կարնո բանաձևի (2) հիմնական նշանակությունն այն է, որ այն որոշում է ցանկացած ջերմային շարժիչի առավելագույն հնարավոր արդյունավետությունը։ Կարնոն ապացուցեց հետևյալ թեորեմը. ցանկացած իրական ջերմային շարժիչ, որն աշխատում է T 1 ջերմաստիճանի տաքացուցիչով և T 2 ջերմաստիճանի սառնարանով, չի կարող ունենալ իդեալական ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը գերազանցող արդյունավետություն:
	Օտտո ցիկլում սկզբում 1-2 աշխատանքային խառնուրդը ներծծվում է գլան, ապա ադիաբատիկ սեղմում 2-3 և դրա իզոխորիկ այրումից հետո 3-4, ուղեկցվում է այրման արտադրանքի ջերմաստիճանի և ճնշման բարձրացմամբ, դրանց ադիաբատիկ ընդլայնմամբ: Առաջանում է 4-5, այնուհետև իզոխորիկ ճնշման անկում 5-2 և արտանետվող գազերի իզոբարային արտամղում 2-1 մխոցով: Քանի որ իզոխորների վրա աշխատանք չի կատարվում, իսկ աշխատանքային խառնուրդի ներծծման և արտանետվող գազերի արտանետման ժամանակ աշխատանքը հավասար է և հակառակ նշանով, մեկ ցիկլի համար օգտակար աշխատանքը հավասար է ընդարձակման և սեղմման ադիաբատների աշխատանքի տարբերությանը։ գրաֆիկորեն պատկերված է ցիկլի տարածքով:
Համեմատելով իրական ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը Carnot ցիկլի արդյունավետության հետ, պետք է նշել, որ (2) արտահայտության մեջ T 2 ջերմաստիճանը բացառիկ դեպքերում կարող է համընկնել շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի հետ, որը մենք վերցնում ենք սառնարանի համար, բայց ընդհանուր դեպքում այն ​​գերազանցում է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը: Այսպիսով, օրինակ, ներքին այրման շարժիչներում T2-ը պետք է հասկանալ որպես արտանետվող գազերի ջերմաստիճան, այլ ոչ թե շրջակա միջավայրի ջերմաստիճան, որտեղ արտադրվում է արտանետումը:
	Նկարը ցույց է տալիս իզոբարային այրմամբ չորս հարվածային ներքին այրման շարժիչի ցիկլը (Դիզելային ցիկլ): Ի տարբերություն նախորդ ցիկլի, 1-2 հատվածում այն ​​ներծծվում է: մթնոլորտային օդը, որը ենթարկվում է ադիաբատիկ սեղմման 2-3-ից մինչև 3 10 6 -3 10 5 Պա հատվածում: Ներարկվող հեղուկ վառելիքը բռնկվում է բարձր սեղմված և, հետևաբար, ջեռուցվող օդի միջավայրում և այրվում է իզոբարիկ 3-4, իսկ հետո տեղի է ունենում այրման արտադրանքի ադիաբատիկ ընդլայնում 4-5: Մնացած 5-2 և 2-1 գործընթացները ընթանում են նույն կերպ, ինչպես նախորդ ցիկլում: Պետք է հիշել, որ ներքին այրման շարժիչներում ցիկլերը պայմանականորեն փակ են, քանի որ յուրաքանչյուր ցիկլից առաջ մխոցը լցված է աշխատանքային նյութի որոշակի զանգվածով, որը ցիկլի վերջում դուրս է մղվում մխոցից։
Բայց սառնարանի ջերմաստիճանը գործնականում չի կարող շատ ավելի ցածր լինել, քան շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը: Դուք կարող եք բարձրացնել ջեռուցիչի ջերմաստիճանը: Այնուամենայնիվ, ցանկացած նյութ (պինդ մարմին) ունի սահմանափակ ջերմային դիմադրություն կամ ջերմային դիմադրություն: Երբ տաքացվում է, այն աստիճանաբար կորցնում է իր առաձգական հատկությունները, իսկ բավական բարձր ջերմաստիճանում հալվում է։ Այժմ ինժեներների հիմնական ջանքերն ուղղված են շարժիչների արդյունավետության բարձրացմանը՝ նվազեցնելով դրանց մասերի շփումը, վառելիքի կորուստները թերի այրման հետևանքով և այլն։ Այստեղ արդյունավետությունը բարձրացնելու իրական հնարավորությունները դեռևս մեծ են։ Այսպիսով, գոլորշու տուրբինի համար գոլորշու սկզբնական և վերջնական ջերմաստիճանները մոտավորապես հետևյալն են. T 1 = 800 K և T 2 = 300 K: Այս ջերմաստիճաններում արդյունավետության գործակիցի առավելագույն արժեքը հետևյալն է. Էներգիայի տարբեր տեսակի կորուստների հետևանքով իրական արդյունավետության արժեքը մոտավորապես 40% է: Առավելագույն արդյունավետությունը՝ մոտ 44%, ձեռք է բերվում ներքին այրման շարժիչներով։ Ցանկացած ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը չի կարող գերազանցել առավելագույն հնարավոր արժեքը որտեղ T 1-ը ջեռուցիչի բացարձակ ջերմաստիճանն է, իսկ T 2-ը՝ սառնարանի բացարձակ ջերմաստիճանը: Ջերմային շարժիչների արդյունավետության բարձրացումն ու հնարավոր առավելագույնին մոտեցնելը ամենակարեւոր տեխնիկական խնդիրն է։

Կլաուզիուսի անհավասարություն

Մատակարարվող ջերմության քանակը քվազաստատիկ կերպովՀամակարգի կողմից ստացվածը կախված չէ անցումային ուղուց (որոշվում է միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակներով). քվազի-ստատիկ գործընթացներըԿլաուզիուսի անհավասարությունը վերածվում է հավասարություն .

Էնտրոպիա, վիճակի ֆունկցիա Սթերմոդինամիկական համակարգ, որի փոփոխությունը dSՀամակարգի վիճակի անվերջ փոքր շրջելի փոփոխությունը հավասար է այս գործընթացում համակարգի կողմից ստացված ջերմության քանակի (կամ համակարգից հեռացված) բացարձակ ջերմաստիճանի հարաբերակցությանը. T:

Մեծություն dSընդհանուր դիֆերենցիալ է, այսինքն. դրա ինտեգրումը ցանկացած կամայականորեն ընտրված ճանապարհով տալիս է արժեքների տարբերությունը էնտրոպիասկզբնական (A) և վերջնական (B) մեջ նշվում է.

Ջերմությունը վիճակի ֆունկցիա չէ, ուստի δQ-ի ինտեգրալը կախված է A և B վիճակների միջև ընտրված անցումային ուղուց: Էնտրոպիաչափված J/(մոլ դեգ.):

Հայեցակարգ էնտրոպիաորպես համակարգի վիճակի գործառույթ դրված է թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը, որն արտահայտվում է միջոցով էնտրոպիամիջև տարբերությունը անշրջելի և շրջելի գործընթացներ. Առաջին dS>δQ/T երկրորդի համար dS=δQ/T:

Էնտրոպիան որպես ֆունկցիա ներքին էներգիա Uհամակարգ, V ծավալ և խալերի քանակը n i iրդ բաղադրիչը բնորոշ ֆունկցիա է (տես. Ջերմոդինամիկական պոտենցիալներ). Սա թերմոդինամիկայի առաջին և երկրորդ օրենքների հետևանք է և գրված է հավասարմամբ.

Որտեղ r - ճնշում, μ i - քիմիական ներուժ եսրդ բաղադրիչ. Ածանցյալներ էնտրոպիաբնական փոփոխականներով Ու, ՎԵվ n iհավասար են՝

Պարզ բանաձևերը միանում են էնտրոպիամշտական ​​ճնշմամբ ջերմային հզորություններով Ս պև հաստատուն ծավալ Cv:

Օգտագործելով էնտրոպիապայմանները ձևակերպված են համակարգի թերմոդինամիկական հավասարակշռության հասնելու համար մշտական ​​ներքին էներգիայի, մոլերի ծավալի և քանակի դեպքում եսրդ բաղադրիչը (մեկուսացված համակարգ) և կայունության պայմանը նման հավասարակշռության համար.

Սա նշանակում է, որ էնտրոպիաՄեկուսացված համակարգի առավելագույնը հասնում է թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում: Համակարգում ինքնաբուխ գործընթացները կարող են առաջանալ միայն աճի ուղղությամբ էնտրոպիա.

Էնտրոպիան պատկանում է թերմոդինամիկական ֆունկցիաների խմբին, որը կոչվում է Մասիե-Պլանկի ֆունկցիաներ։ Այս խմբին պատկանող մյուս գործառույթներն են Massier ֆունկցիան Ֆ 1 = S - (1/T)Uև Պլանկի ֆունկցիան Ф 2 = S - (1/T)U - (p/T)V, կարելի է ստանալ՝ կիրառելով Legendre-ի փոխակերպումը էնտրոպիայի վրա։

Համաձայն թերմոդինամիկայի երրորդ օրենքի (տես. Ջերմային թեորեմ), փոփոխություն էնտրոպիախտացված վիճակում գտնվող նյութերի միջև շրջելի քիմիական ռեակցիայի ժամանակ ձգտում է զրոյի Տ→0:

Պլանկի պոստուլատը (ջերմային թեորեմի այլընտրանքային ձևակերպում) ասում է, որ էնտրոպիաԲացարձակ զրոյական ջերմաստիճանում խտացված վիճակում գտնվող ցանկացած քիմիական միացություն պայմանականորեն զրո է և կարող է ընդունվել որպես ելակետ բացարձակ արժեքը որոշելիս էնտրոպիանյութեր ցանկացած ջերմաստիճանում: (1) և (2) հավասարումները սահմանում են էնտրոպիամինչև հաստատուն ժամկետ:

Քիմ թերմոդինամիկաԼայնորեն կիրառվում են հետևյալ հասկացությունները՝ ստանդարտ էնտրոպիա S 0, այսինքն. էնտրոպիաճնշման տակ r=1,01·10 5 Պա (1 ատմ); ստանդարտ էնտրոպիաքիմիական ռեակցիա, այսինքն. ստանդարտ տարբերություն էնտրոպիաներարտադրանք և ռեակտիվներ; մասնակի մոլար էնտրոպիաԲազմաբաղադրիչ համակարգի բաղադրիչ.

Քիմիական հավասարակշռությունը հաշվարկելու համար օգտագործեք բանաձևը.

Որտեղ TO - հավասարակշռության հաստատուն, և - համապատասխանաբար ստանդարտ Գիբսի էներգիան, ռեակցիայի էնթալպիա և էնտրոպիա; Ռ- գազի մշտական.

Հայեցակարգի սահմանում էնտրոպիահամար ոչ հավասարակշռված համակարգը հիմնված է տեղական թերմոդինամիկական հավասարակշռության գաղափարի վրա: Տեղական հավասարակշռությունը ենթադրում է (3) հավասարման կատարումը համակարգի փոքր ծավալների համար, որն ամբողջությամբ ոչ հավասարակշռված է (տես. Անդառնալի պրոցեսների թերմոդինամիկա). Համակարգում անդառնալի պրոցեսների ժամանակ կարող է առաջանալ արտադրություն (առաջացում)։ էնտրոպիա. Ամբողջական դիֆերենցիալ էնտրոպիաորոշվում է այս դեպքում Կարնո-Կլաուզիուս անհավասարությամբ.

Որտեղ dS i > 0 - դիֆերենցիալ էնտրոպիա, կապված չէ ջերմային հոսքի հետ, այլ արտադրության պատճառով էնտրոպիահամակարգում անդառնալի գործընթացների պատճառով ( դիֆուզիոն. ջերմային հաղորդունակությունքիմիական ռեակցիաներ և այլն): Տեղական արտադրություն էնտրոպիա (տ- ժամանակ) ներկայացված է որպես X ընդհանրացված թերմոդինամիկական ուժերի արտադրյալների գումար եսընդհանրացված թերմոդինամիկական հոսքերին Ջ ի:

Արտադրություն էնտրոպիապայմանավորված, օրինակ, բաղադրիչի տարածմամբ եսնյութի ուժի և հոսքի պատճառով Ջ; արտադրություն էնտրոպիաքիմիական ռեակցիայի պատճառով՝ ուժով X=A/T, Որտեղ Ա- քիմիական հարաբերակցությունը և հոսքը Ջ, հավասար է ռեակցիայի արագությանը: Վիճակագրական թերմոդինամիկայի մեջ էնտրոպիամեկուսացված համակարգը որոշվում է հարաբերությամբ՝ որտեղ կ - Բոլցմանի հաստատուն. - վիճակի թերմոդինամիկական քաշը, որը հավասար է համակարգի հնարավոր քվանտային վիճակների թվին էներգիայի, ծավալի, մասնիկների քանակի տրված արժեքներով: Համակարգի հավասարակշռության վիճակը համապատասխանում է միայնակ (ոչ այլասերված) քվանտային վիճակների պոպուլյացիաների հավասարությանը։ Աճող էնտրոպիաանշրջելի գործընթացներում կապված է առանձին ենթահամակարգերի միջև համակարգի տվյալ էներգիայի առավել հավանական բաշխման հաստատման հետ։ Ընդհանրացված վիճակագրական սահմանում էնտրոպիա, որը վերաբերում է նաև ոչ մեկուսացված համակարգերին, միանում է էնտրոպիատարբեր միկրովիճակների հավանականությամբ հետևյալ կերպ.

Որտեղ w i- հավանականություն ես-րդ նահանգ.

Բացարձակ էնտրոպիաՔիմիական միացությունը որոշվում է փորձարարական եղանակով, հիմնականում կալորիմետրիկ մեթոդով, հիմնվելով հարաբերակցության վրա.

Երկրորդ սկզբունքի օգտագործումը թույլ է տալիս որոշել էնտրոպիաքիմիական ռեակցիաներ՝ հիմնված փորձարարական տվյալների վրա (էլեկտրաշարժիչ ուժի մեթոդ, գոլորշու ճնշման մեթոդ և այլն): Հնարավոր է հաշվարկ էնտրոպիաքիմիական միացություններ՝ օգտագործելով վիճակագրական թերմոդինամիկայի մեթոդներ՝ հիմնված մոլեկուլային հաստատունների, մոլեկուլային քաշի, մոլեկուլային երկրաչափության և նորմալ թրթռումների հաճախականությունների վրա։ Այս մոտեցումը հաջողությամբ իրականացվում է իդեալական գազերի համար: Խտացված փուլերի համար վիճակագրական հաշվարկները զգալիորեն ավելի քիչ ճշգրտություն են ապահովում և իրականացվում են սահմանափակ թվով դեպքերում. Վերջին տարիներին այս ոլորտում զգալի առաջընթաց է գրանցվել։

Առնչվող տեղեկություններ.

Արդյունավետության գործակիցը (արդյունավետությունը) տերմին է, որը կարող է կիրառվել, հավանաբար, յուրաքանչյուր համակարգի և սարքի վրա: Անգամ մարդն ունի արդյունավետության գործոն, թեեւ այն գտնելու օբյեկտիվ բանաձեւ դեռ երեւի չկա։ Այս հոդվածում մենք մանրամասն կբացատրենք, թե ինչ է արդյունավետությունը և ինչպես կարելի է այն հաշվարկել տարբեր համակարգերի համար:

Արդյունավետության սահմանում

Արդյունավետությունը ցուցիչ է, որը բնութագրում է համակարգի արդյունավետությունը էներգիայի արտադրության կամ փոխակերպման առումով: Արդյունավետությունը անչափելի մեծություն է և ներկայացված է կամ որպես թվային արժեք 0-ից 1 միջակայքում, կամ որպես տոկոս:

Ընդհանուր բանաձև

Արդյունավետությունը նշվում է Ƞ նշանով:

Արդյունավետությունը գտնելու ընդհանուր մաթեմատիկական բանաձևը գրված է հետևյալ կերպ.

Ƞ=A/Q, որտեղ A-ն համակարգի կողմից կատարվող օգտակար էներգիան/աշխատանքն է, իսկ Q-ն այս համակարգի կողմից սպառվող էներգիան է՝ օգտակար արդյունք ստանալու գործընթացը կազմակերպելու համար:

Արդյունավետության գործակիցը, ցավոք, միշտ փոքր է կամ հավասար է միասնությանը, քանի որ էներգիայի պահպանման օրենքի համաձայն մենք չենք կարող ավելի շատ աշխատանք ստանալ, քան ծախսած էներգիան։ Բացի այդ, արդյունավետությունը, փաստորեն, չափազանց հազվադեպ է հավասար միասնության, քանի որ օգտակար աշխատանքը միշտ ուղեկցվում է կորուստներով, օրինակ, մեխանիզմը տաքացնելու համար:

Ջերմային շարժիչի արդյունավետություն

Ջերմային շարժիչը մի սարք է, որը ջերմային էներգիան վերածում է մեխանիկական էներգիայի: Ջերմային շարժիչում աշխատանքը որոշվում է ջեռուցիչից ստացվող ջերմության քանակի և հովացուցիչին տրվող ջերմության քանակի տարբերությամբ, և, հետևաբար, արդյունավետությունը որոշվում է բանաձևով.

• Ƞ=Qн-Qх/Qн, որտեղ Qn-ը ջեռուցիչից ստացվող ջերմության քանակն է, իսկ Qх՝ հովացուցիչին տրվող ջերմության քանակությունը։

Ենթադրվում է, որ ամենաբարձր արդյունավետությունն ապահովում են Carnot ցիկլով աշխատող շարժիչները: Այս դեպքում արդյունավետությունը որոշվում է բանաձևով.

• Ƞ=T1-T2/T1, որտեղ T1-ը տաք աղբյուրի ջերմաստիճանն է, T2-ը՝ սառը աղբյուրի ջերմաստիճանը։

Էլեկտրական շարժիչի արդյունավետություն

Էլեկտրական շարժիչը էլեկտրական էներգիան մեխանիկական էներգիայի վերածող սարք է, ուստի արդյունավետությունն այս դեպքում սարքի արդյունավետության հարաբերակցությունն է էլեկտրական էներգիան մեխանիկական էներգիայի վերածելու համար: Էլեկտրական շարժիչի արդյունավետությունը գտնելու բանաձևը հետևյալն է.

• Ƞ=P2/P1, որտեղ P1-ը մատակարարվող էլեկտրական հզորությունն է, P2-ը շարժիչի կողմից առաջացած օգտակար մեխանիկական հզորությունն է:

Էլեկտրական հզորությունը հայտնաբերվում է որպես համակարգի հոսանքի և լարման արտադրյալ (P=UI), իսկ մեխանիկական հզորությունը՝ որպես աշխատանքի հարաբերակցություն մեկ միավորի ժամանակ (P=A/t)

Տրանսֆորմատորի արդյունավետությունը

Տրանսֆորմատորը սարք է, որը փոխակերպում է մեկ լարման փոփոխական հոսանքը մեկ այլ լարման փոփոխական հոսանքի՝ պահպանելով հաճախականությունը։ Բացի այդ, տրանսֆորմատորները կարող են նաև փոփոխական հոսանքը վերածել ուղղակի հոսանքի:

Տրանսֆորմատորի արդյունավետությունը որոշվում է բանաձևով.

• Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), որտեղ P0-ն առանց բեռի կորուստն է, PL-ը՝ բեռի կորուստը, P2-ը՝ բեռին մատակարարվող ակտիվ հզորությունը, n-ը՝ հարաբերական աստիճանը: բեռի.

Արդյունավետություն, թե ոչ արդյունավետություն.

Հարկ է նշել, որ բացի արդյունավետությունից, կան մի շարք ցուցանիշներ, որոնք բնութագրում են էներգետիկ գործընթացների արդյունավետությունը, և երբեմն կարող ենք հանդիպել այնպիսի բնութագրերի, ինչպիսիք են՝ արդյունավետությունը 130% կարգի, սակայն այս դեպքում պետք է հասկանալ, որ. տերմինը լիովին ճիշտ չի օգտագործվում, և, ամենայն հավանականությամբ, հեղինակը կամ արտադրողը հասկանում են այս հապավումը որպես մի փոքր այլ հատկանիշ:

Օրինակ, ջերմային պոմպերն առանձնանում են նրանով, որ կարող են ավելի շատ ջերմություն արձակել, քան սպառում են: Այսպիսով, սառնարանային մեքենան կարող է ավելի շատ ջերմություն հեռացնել սառեցվող օբյեկտից, քան ծախսվել է էներգիայի համարժեք էներգիա՝ հեռացումը կազմակերպելու համար: Սառնարանային մեքենայի արդյունավետության ցուցիչը կոչվում է սառեցման գործակից, որը նշվում է Ɛ տառով և որոշվում է բանաձևով. Ɛ=Qx/A, որտեղ Qx-ը սառը ծայրից հեռացվող ջերմությունն է, A-ն հեռացման գործընթացի վրա ծախսված աշխատանքն է։ . Այնուամենայնիվ, երբեմն սառեցման գործակիցը կոչվում է նաև սառնարանային մեքենայի արդյունավետություն:

Հետաքրքիր է նաև, որ օրգանական վառելիքի վրա աշխատող կաթսաների արդյունավետությունը սովորաբար հաշվարկվում է ավելի ցածր ջերմային արժեքի հիման վրա, և այն կարող է ավելի մեծ լինել, քան միասնությունը։ Այնուամենայնիվ, դա դեռ ավանդաբար կոչվում է արդյունավետություն: Հնարավոր է կաթսայի արդյունավետությունը որոշել ավելի բարձր ջերմային արժեքով, այնուհետև այն միշտ կլինի մեկից պակաս, բայց այս դեպքում անհարմար կլինի համեմատել կաթսաների աշխատանքը այլ կայանքների տվյալների հետ:

Ժամանակակից իրողությունները պահանջում են ջերմային շարժիչների լայն կիրառում։ Դրանք էլեկտրական շարժիչներով փոխարինելու բազմաթիվ փորձեր մինչ այժմ ձախողվել են։ Ինքնավար համակարգերում էլեկտրաէներգիայի կուտակման հետ կապված խնդիրները դժվար է լուծել։

Էլեկտրաէներգիայի մարտկոցների արտադրության տեխնոլոգիայի խնդիրները, հաշվի առնելով դրանց երկարաժամկետ օգտագործումը, դեռևս արդիական են։ Էլեկտրական մեքենաների արագության բնութագրերը հեռու են ներքին այրման շարժիչներով մեքենաների բնութագրերից:

Հիբրիդային շարժիչների ստեղծման առաջին քայլերը կարող են զգալիորեն նվազեցնել վնասակար արտանետումները մեգապոլիսներում՝ լուծելով բնապահպանական խնդիրները։

Մի փոքր պատմություն

Հին ժամանակներում հայտնի էր գոլորշու էներգիան շարժման էներգիայի վերածելու հնարավորությունը։ 130 մ.թ.ա. Ալեքսանդրիայի փիլիսոփա Հերոնը հանդիսատեսին նվիրեց գոլորշու խաղալիք՝ էոլիպիլ: Գոլորշով լցված գունդը սկսեց պտտվել դրանից բխող շիթերի ազդեցության տակ։ Ժամանակակից շոգետուրբինների այս նախատիպը այդ օրերին չէր օգտագործվում։

Երկար տարիներ և դարեր փիլիսոփայի զարգացումները համարվում էին պարզապես զվարճալի խաղալիք: 1629 թվականին իտալացի Դ.Բրանչին ստեղծել է ակտիվ տուրբին։ Գոլորշին քշում էր սայրերով հագեցած սկավառակ։

Այդ պահից սկսվեց գոլորշու շարժիչների արագ զարգացումը։

Ջերմային շարժիչ

Վառելիքի փոխակերպումը մեքենայի մասերի և մեխանիզմների շարժման էներգիայի օգտագործվում է ջերմային շարժիչներում։

Մեքենաների հիմնական մասերը՝ ջեռուցիչ (դրսից էներգիա ստանալու համակարգ), աշխատանքային հեղուկ (օգտակար գործողություն է կատարում), սառնարան։

Ջեռուցիչը նախատեսված է ապահովելու, որ աշխատանքային հեղուկը կուտակում է ներքին էներգիայի բավարար պաշար՝ օգտակար աշխատանք կատարելու համար: Սառնարանը հեռացնում է ավելորդ էներգիան։

Արդյունավետության հիմնական բնութագիրը կոչվում է ջերմային շարժիչների արդյունավետություն։ Այս արժեքը ցույց է տալիս, թե ջեռուցման վրա ծախսվող էներգիայի որքան մասն է ծախսվում օգտակար աշխատանք կատարելու վրա։ Որքան բարձր է արդյունավետությունը, այնքան ավելի շահավետ է մեքենայի շահագործումը, բայց այդ արժեքը չի կարող գերազանցել 100% -ը:

Արդյունավետության հաշվարկ

Թող ջեռուցիչը արտաքինից ձեռք բերի էներգիա, որը հավասար է Q 1-ին: Աշխատանքային հեղուկը կատարել է Ա աշխատանք, մինչդեռ սառնարանին տրված էներգիան կազմել է Q 2։

Սահմանման հիման վրա մենք հաշվարկում ենք արդյունավետության արժեքը.

η= A / Q 1: Հաշվի առնենք, որ A = Q 1 - Q 2:

Հետևաբար, ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը, որի բանաձևը η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1 է, թույլ է տալիս անել հետևյալ եզրակացությունները.

• Արդյունավետությունը չի կարող գերազանցել 1 (կամ 100%);
• Այս արժեքը առավելագույնի հասցնելու համար անհրաժեշտ է կա՛մ ավելացնել ջեռուցիչից ստացվող էներգիան, կա՛մ նվազեցնել սառնարանին տրվող էներգիան.
• Ջեռուցիչի էներգիայի ավելացումը ձեռք է բերվում վառելիքի որակի փոփոխությամբ.
• Շարժիչների նախագծման առանձնահատկությունները կարող են նվազեցնել սառնարանին տրվող էներգիան։

Իդեալական ջերմային շարժիչ

Հնարավո՞ր է ստեղծել շարժիչ, որի արդյունավետությունը կլինի առավելագույնը (իդեալականորեն հավասար է 100%): Այս հարցի պատասխանը փորձել է գտնել ֆրանսիացի տեսական ֆիզիկոս և տաղանդավոր ինժեներ Սադի Կարնոն։ 1824 թվականին նրա տեսական հաշվարկները գազերում տեղի ունեցող գործընթացների վերաբերյալ հրապարակվեցին։

Իդեալական մեքենային բնորոշ հիմնական գաղափարը կարելի է համարել իդեալական գազով հետադարձելի գործընթացներ իրականացնելը։ Մենք սկսում ենք գազը իզոթերմորեն ընդլայնելով T 1 ջերմաստիճանում: Դրա համար պահանջվող ջերմության քանակը Q 1 է: Այնուհետև գազը ընդլայնվում է առանց ջերմափոխանակության, հասնելով T 2 ջերմաստիճանի, գազը սեղմվում է իզոթերմորեն՝ փոխանցելով էներգիան Q 2 սառնարան: Գազը վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին ադիաբատիկ ճանապարհով:

Իդեալական Carnot ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը, երբ ճշգրիտ հաշվարկվում է, հավասար է ջեռուցման և հովացման սարքերի միջև ջերմաստիճանի տարբերության և ջեռուցիչի ջերմաստիճանի հարաբերակցությանը: Այն կարծես այսպիսին է՝ η=(T 1 - T 2)/ T 1:

Ջերմային շարժիչի հնարավոր արդյունավետությունը, որի բանաձևն է՝ η = 1 - T 2 / T 1, կախված է միայն ջեռուցիչի և հովացուցիչի ջերմաստիճանից և չի կարող լինել 100% -ից ավելի:

Ավելին, այս հարաբերությունը թույլ է տալիս ապացուցել, որ ջերմային շարժիչների արդյունավետությունը կարող է հավասարվել միասնությանը միայն այն դեպքում, երբ սառնարանը հասնում է ջերմաստիճանի: Ինչպես հայտնի է, այս արժեքը անհասանելի է։

Carnot-ի տեսական հաշվարկները հնարավորություն են տալիս որոշել ցանկացած դիզայնի ջերմային շարժիչի առավելագույն արդյունավետությունը։

Կարնոյի ապացուցված թեորեմը հետևյալն է. Ոչ մի դեպքում կամայական ջերմային շարժիչը չի կարող ավելի մեծ արդյունավետություն ունենալ, քան իդեալական ջերմային շարժիչի նույն արդյունավետությունը:

Խնդրի լուծման օրինակ

Օրինակ 1. Որքա՞ն է իդեալական ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը, եթե ջեռուցիչի ջերմաստիճանը 800 o C է, իսկ սառնարանի ջերմաստիճանը 500 o C ցածր:

T 1 = 800 o C = 1073 K, ∆T = 500 o C = 500 K, η - ?

Ըստ սահմանման՝ η=(T 1 - T 2)/ T 1:

Մեզ տրվում է ոչ թե սառնարանի ջերմաստիճանը, այլ ∆T= (T 1 - T 2), հետևաբար.

η= ∆T / T 1 = 500 K/1073 K = 0,46:

Պատասխան՝ Արդյունավետություն = 46%:

Օրինակ 2. Որոշեք իդեալական ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը, եթե ձեռք բերված մեկ կիլոգրամ տաքացուցիչի էներգիայի շնորհիվ կատարվի 650 Ջ-ի օգտակար աշխատանք, եթե հովացուցիչի ջերմաստիճանը 400 Կ է:

Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 =?

Այս խնդրի մեջ մենք խոսում ենք ջերմային տեղադրման մասին, որի արդյունավետությունը կարելի է հաշվարկել բանաձևով.

Ջեռուցիչի ջերմաստիճանը որոշելու համար մենք օգտագործում ենք իդեալական ջերմային շարժիչի արդյունավետության բանաձևը.

η = (T 1 - T 2) / T 1 = 1 - T 2 / T 1:

Մաթեմատիկական փոխակերպումներ կատարելուց հետո ստանում ենք.

T 1 = T 2 / (1- η):

T 1 = T 2 / (1- A / Q 1):

Եկեք հաշվարկենք.

η= 650 J/ 1000 J = 0,65:

T 1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K:

Պատասխան՝ η= 65%, T 1 = 1142,8 Կ.

Իրական պայմաններ

Իդեալական ջերմային շարժիչը նախագծված է՝ հաշվի առնելով իդեալական գործընթացները: Աշխատանքը կատարվում է միայն իզոթերմային գործընթացներում, դրա արժեքը որոշվում է որպես Կարնո ցիկլի գրաֆիկով սահմանափակված տարածք:

Իրականում անհնար է պայմաններ ստեղծել, որպեսզի գազի վիճակի փոփոխման գործընթացն առաջանա առանց ջերմաստիճանի ուղեկցող փոփոխությունների։ Չկան նյութեր, որոնք կբացառեն ջերմափոխանակությունը շրջակա օբյեկտների հետ: Ադիաբատիկ պրոցեսն անհնար է դառնում իրականացնել։ Ջերմափոխանակության դեպքում գազի ջերմաստիճանը պետք է անպայման փոխվի։

Իրական պայմաններում ստեղծված ջերմային շարժիչների արդյունավետությունը զգալիորեն տարբերվում է իդեալական շարժիչների արդյունավետությունից։ Նկատի ունեցեք, որ իրական շարժիչներում գործընթացները տեղի են ունենում այնքան արագ, որ աշխատանքային նյութի ներքին ջերմային էներգիայի փոփոխությունը դրա ծավալը փոխելու գործընթացում չի կարող փոխհատուցվել ջեռուցիչից ջերմության ներհոսքով և տեղափոխել սառնարան:

Այլ ջերմային շարժիչներ

Իրական շարժիչները գործում են տարբեր ցիկլերի վրա.

• Օտտո ցիկլ. հաստատուն ծավալով պրոցեսը փոխվում է ադիաբատիկ կերպով՝ ստեղծելով փակ ցիկլ;
• Դիզելային ցիկլ՝ isobar, adiabatic, isochore, adiabatic;
• Մշտական ​​ճնշման տակ տեղի ունեցող գործընթացը փոխարինվում է ադիաբատիկով, փակելով ցիկլը:

Ժամանակակից տեխնոլոգիաների պայմաններում իրական շարժիչներում հնարավոր չէ հավասարակշռության գործընթացներ ստեղծել (դրանք մոտեցնել իդեալականներին): Ջերմային շարժիչների արդյունավետությունը զգալիորեն ցածր է, նույնիսկ հաշվի առնելով ջերմաստիճանի նույն պայմանները, ինչ իդեալական ջերմային տեղադրման դեպքում:

Բայց արդյունավետության հաշվարկման բանաձևի դերը չպետք է կրճատվի, քանի որ հենց դա է դառնում իրական շարժիչների արդյունավետությունը բարձրացնելու աշխատանքի գործընթացում մեկնարկային կետը:

Արդյունավետությունը փոխելու ուղիներ

Իդեալական և իրական ջերմային շարժիչները համեմատելիս հարկ է նշել, որ վերջինիս սառնարանի ջերմաստիճանը չի կարող լինել: Սովորաբար մթնոլորտը համարվում է սառնարան։ Մթնոլորտի ջերմաստիճանը կարելի է ընդունել միայն մոտավոր հաշվարկներով։ Փորձը ցույց է տալիս, որ հովացուցիչ նյութի ջերմաստիճանը հավասար է շարժիչների արտանետվող գազերի ջերմաստիճանին, ինչպես դա տեղի է ունենում ներքին այրման շարժիչների դեպքում (կրճատվում է որպես ICE):

ICE-ը մեր աշխարհում ամենատարածված ջերմային շարժիչն է: Ջերմային շարժիչի արդյունավետությունն այս դեպքում կախված է այրվող վառելիքի կողմից ստեղծված ջերմաստիճանից։ Ներքին այրման շարժիչների և գոլորշու շարժիչների միջև զգալի տարբերությունը ջեռուցիչի և սարքի աշխատանքային հեղուկի գործառույթների միաձուլումն է օդ-վառելիքի խառնուրդում: Երբ խառնուրդը այրվում է, այն ճնշում է ստեղծում շարժիչի շարժվող մասերի վրա:

Ձեռք է բերվում աշխատանքային գազերի ջերմաստիճանի բարձրացում՝ զգալիորեն փոխելով վառելիքի հատկությունները։ Ցավոք, դա հնարավոր չէ անել անվերջ: Ցանկացած նյութ, որից պատրաստված է շարժիչի այրման պալատը, ունի իր հալման կետը: Նման նյութերի ջերմային դիմադրությունը շարժիչի հիմնական բնութագիրն է, ինչպես նաև արդյունավետության վրա էականորեն ազդելու ունակությունը:

Շարժիչի արդյունավետության արժեքները

Եթե ​​հաշվի առնենք աշխատանքային գոլորշու ջերմաստիճանը, որի մուտքի մոտ 800 Կ է, իսկ արտանետվող գազը՝ 300 Կ, ապա այս մեքենայի արդյունավետությունը 62% է։ Իրականում այս արժեքը չի գերազանցում 40%-ը։ Այս նվազումը տեղի է ունենում տուրբինի պատյան տաքացնելիս ջերմային կորուստների պատճառով:

Ներքին այրման ամենաբարձր արժեքը չի գերազանցում 44%-ը։ Այս արժեքի բարձրացումը մոտ ապագայի խնդիր է։ Նյութերի և վառելիքի հատկությունների փոփոխությունը խնդիր է, որի վրա աշխատում են մարդկության լավագույն մտքերը:

Ենթադրենք, որ բոլոր մոլեկուլները, բացի դիտարկվողից, անշարժ են։ Մոլեկուլները կհամարենք d տրամագծով գնդիկներ։ Բախումները տեղի են ունենում, երբ անշարժ մոլեկուլի կենտրոնը գտնվում է d-ից փոքր կամ հավասար հեռավորության վրա այն ուղիղ գծից, որով շարժվում է տվյալ մոլեկուլի կենտրոնը: Բախումների ժամանակ մոլեկուլը փոխում է իր շարժման ուղղությունը և այնուհետև շարժվում ուղիղ գծով մինչև հաջորդ բախումը։ Հետեւաբար, շարժվող մոլեկուլի կենտրոնը, բախումների պատճառով, շարժվում է կոտրված գծով (նկ. 1):

Մոլեկուլը կբախվի բոլոր անշարժ մոլեկուլների հետ, որոնց կենտրոնները գտնվում են 2 դ տրամագծով կոտրված գլանում: Մեկ վայրկյանում մոլեկուլը անցնում է . Հետևաբար, այս ընթացքում տեղի ունեցող բախումների թիվը հավասար է այն մոլեկուլների թվին, որոնց կենտրոնները ընկնում են կոտրված գլանում, որն ունի ընդհանուր երկարություն և շառավիղ d: Վերցնենք դրա ծավալը, որ հավասար է համապատասխան ուղղված մխոցի ծավալին, այսինքն՝ հավասար Եթե գազի միավոր ծավալում կա n մոլեկուլ, ապա տվյալ մոլեկուլի բախումների թիվը մեկ վայրկյանում հավասար կլինի.

(3.1.2)

Իրականում բոլոր մոլեկուլները շարժվում են։ Հետևաբար, մեկ վայրկյանում բախումների թիվը մի փոքր ավելի մեծ կլինի, քան ստացված արժեքը, քանի որ շրջակա մոլեկուլների շարժման պատճառով խնդրո առարկա մոլեկուլը որոշակի թվով բախումներ կունենա, նույնիսկ եթե այն ինքը մնար անշարժության ենթադրություն Բոլոր մոլեկուլներից, որոնց հետ բախվում է տվյալ մոլեկուլը, կհեռացվեն, եթե (3.1.2) բանաձևում միջին արագության փոխարեն ներկայացնենք դիտարկվող մոլեկուլի հարաբերական շարժման միջին արագությունը: Իրականում, եթե ընկնող մոլեկուլը շարժվում է միջին հարաբերական արագությամբ, ապա մոլեկուլը, որի հետ բախվում է, պարզվում է, որ գտնվում է հանգստի վիճակում, ինչպես ենթադրվում էր, երբ ստացվեց բանաձևը (3.1.2): Հետևաբար, բանաձևը (3.1.2) պետք է գրվի հետևյալ ձևով.

Քանի որ մոլեկուլների հետ հանդիպող անկյուններն ու արագությունները ակնհայտորեն անկախ պատահական փոփոխականներ են, ապա միջինը

Հաշվի առնելով վերջին հավասարությունը, բանաձևը (3.1.4) կարող է վերաշարադրվել հետևյալ կերպ.

Մոլեկուլի միջին ազատ ուղինմիջին հեռավորությունն է (նշվում է λ-ով), որը մասնիկը անցնում է իր ազատ ճանապարհի ընթացքում մի բախումից մյուսը։

Յուրաքանչյուր մոլեկուլի միջին ազատ ուղին տարբեր է, հետևաբար, կինետիկ տեսության մեջ ներդրվում է միջին ազատ ուղու հասկացությունը (<λ>). Մեծություն<λ>ճնշման և ջերմաստիճանի տվյալ արժեքների դեպքում գազի մոլեկուլների ամբողջ հավաքածուի հատկանիշն է:

Այնտեղ, որտեղ σ-ն մոլեկուլի արդյունավետ խաչմերուկն է, n-ը մոլեկուլների կոնցենտրացիան է:

Օրինակ. Շարժիչի միջին մղումը 882 Ն է: 100 կմ ճանապարհորդության համար այն սպառում է 7 կգ բենզին: Որոշեք դրա շարժիչի արդյունավետությունը: Սկզբում գտեք վարձատրվող աշխատանք: Այն հավասար է F ուժի արտադրյալին և նրա ազդեցության տակ գտնվող մարմնի S տարածությանը Аn=F∙S։ Որոշեք ջերմության քանակությունը, որը կթողարկվի 7 կգ բենզին այրելիս, սա կլինի ծախսած աշխատանքը Az = Q = q∙m, որտեղ q-ը վառելիքի այրման տեսակարար ջերմությունն է, բենզինի համար այն հավասար է 42∙: 10^6 Ջ/կգ, իսկ m-ն այս վառելիքի զանգվածն է: Շարժիչի արդյունավետությունը հավասար կլինի արդյունավետությանը=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.

Ընդհանուր առմամբ, ցանկացած ջերմային շարժիչի (ներքին այրման շարժիչ, գոլորշու շարժիչ, տուրբին և այլն) արդյունավետությունը գտնելու համար, որտեղ աշխատանքը կատարվում է գազով, ունի արդյունավետության գործակից, որը հավասար է Q1 ջեռուցիչի և ջերմության տարբերությանը: ստացված Q2 սառնարանի կողմից, գտնել ջեռուցիչի և սառնարանի ջերմության տարբերությունը և բաժանել ջեռուցիչի արդյունավետության ջերմության վրա = (Q1-Q2)/Q1: Այստեղ արդյունավետությունը չափվում է ենթաբազմաթիվ միավորներով՝ 0-ից 1՝ արդյունքը տոկոսի վերածելու համար, այն բազմապատկեք 100-ով:

Իդեալական ջերմային շարժիչի (Carnot շարժիչ) արդյունավետությունը ձեռք բերելու համար գտե՛ք տաքացուցիչի T1 և սառնարանի T2 ջերմաստիճանի տարբերության հարաբերակցությունը ջեռուցիչի ջերմաստիճանի արդյունավետությանը = (T1-T2)/T1: Սա առավելագույն հնարավոր արդյունավետությունն է կոնկրետ տեսակի ջերմային շարժիչի համար՝ տաքացուցիչի և սառնարանի տվյալ ջերմաստիճանով:

Էլեկտրական շարժիչի համար գտե՛ք ծախսված աշխատանքը որպես հզորության արտադրյալ և այն ավարտելու համար պահանջվող ժամանակը: Օրինակ, եթե 3,2 կՎտ հզորությամբ կռունկի էլեկտրաշարժիչը 10 վայրկյանում 800 կգ կշռող բեռ է բարձրացնում 3,6 մ բարձրության վրա, ապա դրա արդյունավետությունը հավասար է Աp=m∙g∙h օգտակար աշխատանքի հարաբերակցությանը, որտեղ. m-ը բեռի զանգվածն է, g≈10 m/s² ազատ անկման արագացումը, h-ն այն բարձրությունն է, որին հասցվել է բեռը, և ծախսված աշխատանքը Az = P∙t, որտեղ P-ը շարժիչի հզորությունն է, t-ն այն է: գործառնական ժամանակը: Ստացեք արդյունավետությունը որոշելու բանաձևը=Ap/Az∙100%=(m∙g∙h)/(P∙t) ∙100%=%=(800∙10∙3.6)/(3200∙10) ∙100% =90%.

Տեսանյութ թեմայի վերաբերյալ

Աղբյուրներ:

• ինչպես որոշել արդյունավետությունը

Արդյունավետությունը (արդյունավետության գործակիցը) անչափ մեծություն է, որը բնութագրում է գործառնական արդյունավետությունը: Աշխատանքն այն ուժն է, որն ազդում է գործընթացի վրա որոշակի ժամանակահատվածում: Ուժի գործողությունը պահանջում է էներգիա: Էներգիան ներդրվում է ուժի մեջ, ուժը՝ աշխատանքի մեջ, աշխատանքը բնութագրվում է արդյունավետությամբ։

Հրահանգներ

Արդյունավետության հաշվարկ՝ արդյունքի հասնելու համար ուղղակիորեն ծախսված էներգիայի որոշմամբ։ Այն կարող է արտահայտվել էներգիայի, ուժի, հզորության արդյունքի հասնելու համար անհրաժեշտ միավորներով։
Սխալներից խուսափելու համար օգտակար է նկատի ունենալ հետևյալ դիագրամը. Ամենապարզը ներառում է տարրեր՝ «աշխատող», էներգիայի աղբյուր, հսկիչներ, ուղիներ և էներգիա փոխանցելու և փոխակերպելու տարրեր: Արդյունքի հասնելու վրա ծախսվող էներգիան միայն «աշխատանքային գործիքի» ծախսած էներգիան է։

Հաջորդը, դուք որոշում եք այն էներգիան, որն իրականում ծախսել է ամբողջ համակարգը արդյունքի հասնելու գործընթացում: Այսինքն, ոչ միայն «աշխատանքային գործիքը», այլ նաև հսկիչները, էներգիայի փոխարկիչները, ինչպես նաև ծախսերը պետք է ներառեն էներգիայի փոխանցման ուղիներում սպառվող էներգիան։

Եվ այնուհետև դուք հաշվարկում եք արդյունավետությունը բանաձևով.
Արդյունավետություն = (A / B) * 100%, որտեղ
Ա – արդյունքների հասնելու համար պահանջվող էներգիա
B-ն արդյունքի հասնելու համար համակարգի իրական ծախսած էներգիան է, օրինակ՝ 100 կՎտ ծախսվել է էլեկտրական գործիքի աշխատանքի վրա, մինչդեռ արտադրամասի ողջ էներգահամակարգն այս ընթացքում սպառել է 120 կՎտ: Համակարգի (արտադրամասի էներգահամակարգի) արդյունավետությունը այս դեպքում հավասար կլինի 100 կՎտ / 120 կՎտ = 0,83*100% = 83%:

Տեսանյութ թեմայի վերաբերյալ

Խնդրում ենք նկատի ունենալ

Արդյունավետության հայեցակարգը հաճախ օգտագործվում է պլանավորված էներգիայի սպառման և իրականում ծախսված էներգիայի հարաբերակցությունը գնահատելու համար: Օրինակ՝ աշխատանքի պլանավորված ծավալի (կամ աշխատանքն ավարտելու համար պահանջվող ժամանակի) հարաբերակցությունը իրական կատարված աշխատանքին և ծախսած ժամանակին: Այստեղ դուք պետք է չափազանց զգույշ լինեք: Օրինակ, մենք պլանավորում էինք 200 կՎտ ծախսել աշխատանքի վրա, բայց ծախսեցինք 100 կՎտ: Կամ պլանավորել են 1 ժամում ավարտել աշխատանքը, բայց ծախսել են 0,5 ժամ; երկու դեպքում էլ արդյունավետությունը 200% է, ինչը անհնար է։ Փաստորեն, նման դեպքերում տեղի է ունենում այն, ինչ տնտեսագետներն անվանում են «Ստախանովի համախտանիշ», այսինքն՝ պլանի միտումնավոր թերագնահատում իրականում անհրաժեշտ ծախսերի հետ կապված։

Օգտակար խորհուրդ

1. Դուք պետք է գնահատեք էներգիայի ծախսերը նույն ագրեգատներում:

2. Ամբողջ համակարգի ծախսած էներգիան չի կարող պակաս լինել, քան ուղղակիորեն ծախսվել է արդյունքի հասնելու համար, այսինքն՝ արդյունավետությունը չի կարող լինել 100%-ից ավելի։

Աղբյուրներ:

• ինչպես հաշվարկել էներգիան

Հուշում 3. Ինչպես հաշվարկել տանկի արդյունավետությունը World of Tanks խաղում

Տանկի արդյունավետության գնահատականը կամ դրա արդյունավետությունը խաղային հմտության համապարփակ ցուցանիշներից մեկն է: Դա հաշվի է առնվում թոփ կլաններ, էլեկտրոնային սպորտի թիմեր և ընկերություններ ընդունվելիս։ Հաշվարկի բանաձևը բավականին բարդ է, ուստի խաղացողները օգտագործում են տարբեր առցանց հաշվիչներ:

Հաշվարկի բանաձև

Բանաձևն ինքնին ներկայացված է նկարում։ Այս բանաձևը պարունակում է հետևյալ փոփոխականները.
- R - խաղացողի մարտունակություն;
- K – ոչնչացված տանկերի միջին քանակը (դժբախտությունների ընդհանուր թիվը բաժանված է մարտերի ընդհանուր թվի վրա).
- L - տանկի միջին մակարդակը;
- S – հայտնաբերված տանկերի միջին քանակը;
- Ddmg – մեկ մարտում հասցված վնասի միջին չափը;
- Ddef - հենակետային պաշտպանական միավորների միջին քանակը;
- C - բազային գրավման կետերի միջին թիվը:

Ստացված թվերի նշանակությունը.
- 600-ից պակաս - վատ խաղացող; Բոլոր խաղացողների մոտ 6%-ն ունի նման արդյունավետություն.
- 600-ից 900 - միջինից ցածր խաղացող; Բոլոր խաղացողների 25%-ն ունի այդպիսի արդյունավետություն.
- 900-ից մինչև 1200 - միջին խաղացող; Նման արդյունավետություն ունի խաղացողների 43%-ը.
- 1200-ից և բարձրից – ուժեղ խաղացող; այդպիսի խաղացողների մոտ 25% կա.
- ավելի քան 1800 – եզակի խաղացող; դրանց 1%-ից ավելին չկա։

Ամերիկացի խաղացողները օգտագործում են իրենց WN6 բանաձևը, որն ունի հետևյալ տեսքը.
wn6=(1240 – 1040 / (MIN (TIER,6)) ^ 0.164) x FRAGS + DAMAGE x 530 / (184 x e ^ (0.24 x TIER) + 130) + SPOT x 125 + MIN(DEF,2.2) x 10 + ((185 / (0.17+ e^((WINRATE - 35) x 0.134))) - 500) x 0.45 + (6-MIN(TIER,6)) x 60

Այս բանաձեւում.
MIN (TIER,6) - խաղացողի տանկի միջին մակարդակը, եթե այն 6-ից մեծ է, օգտագործվում է 6 արժեքը
FRAGS - ոչնչացված տանկերի միջին քանակը
TIER - խաղացողի տանկերի միջին մակարդակը
ՎՆԱՍ – միջին վնաս մարտում
MIN (DEF,2,2) – կործանված բազային գրավման կետերի միջին թիվը, եթե արժեքը 2,2-ից մեծ է, օգտագործեք 2,2
WINRATE – շահումների ընդհանուր տոկոսը

Ինչպես տեսնում եք, այս բանաձևը հաշվի չի առնում բազային գրավման միավորները, ցածր մակարդակի մեքենաների բեկորների քանակը, հաղթանակների տոկոսը և վարկանիշի վրա նախնական ազդեցության ազդեցությունը այնքան էլ ուժեղ ազդեցություն չի ունենում:

Wargeiming-ը թարմացում է ներկայացրել խաղացողի անձնական կատարողականի վարկանիշի ցուցիչ, որը հաշվարկվում է ավելի բարդ բանաձևի միջոցով, որը հաշվի է առնում բոլոր հնարավոր վիճակագրական ցուցանիշները:

Ինչպես բարձրացնել արդյունավետությունը

Kx(350-20xL) բանաձևից պարզ է դառնում, որ որքան բարձր է տանկի մակարդակը, այնքան քիչ արդյունավետության միավորներ են ստացվում տանկերը ոչնչացնելու համար, բայց ավելի շատ՝ վնաս պատճառելու համար։ Հետևաբար, ցածր մակարդակի տրանսպորտային միջոցներ խաղալիս փորձեք ավելի շատ բեկորներ վերցնել: Բարձր մակարդակում – ավելի շատ վնաս պատճառեք (վնաս): Բազա գրավելու համար ստացված կամ տապալված միավորների քանակը այնքան էլ չի ազդում վարկանիշի վրա, և ավելի շատ արդյունավետության միավորներ են շնորհվում տապալված գրավման կետերի համար, քան գրավված բազային գրավման կետերի համար:

Հետևաբար, խաղացողներից շատերը բարելավում են իրենց վիճակագրությունը՝ խաղալով ավելի ցածր մակարդակներում, այսպես կոչված, Sandbox-ում: Նախ, ցածր մակարդակների խաղացողներից շատերը սկսնակ են, ովքեր չունեն հմտություններ, չեն օգտագործում հմտություններով և կարողություններով հագեցած անձնակազմ, չեն օգտագործում լրացուցիչ սարքավորումներ և չգիտեն որոշակի տանկի առավելություններն ու թերությունները:

Անկախ նրանից, թե ինչ մեքենայի վրա եք խաղում, փորձեք հնարավորինս շատ բազային գրավման միավորներ տապալել: Դասակի մարտերը մեծապես բարձրացնում են արդյունավետության վարկանիշը, քանի որ դասակի խաղացողները գործում են համակարգված կերպով և ավելի հաճախ հասնում հաղթանակի:

«Արդյունավետություն» տերմինը «արդյունավետության գործակից» արտահայտությունից ստացված հապավում է։ Իր ամենաընդհանուր ձևով այն ներկայացնում է ծախսված ռեսուրսների և դրանց օգտագործմամբ կատարված աշխատանքի արդյունքի հարաբերակցությունը:

Արդյունավետություն

Ընդհանուր առմամբ, արդյունավետության բանաձևը կարելի է գրել հետևյալ կերպ՝ n = A*100%/Q: Այս բանաձևում n նշանն օգտագործվում է արդյունավետությունը նշելու համար, A խորհրդանիշը ներկայացնում է կատարված աշխատանքի ծավալը, իսկ Q-ն ծախսված էներգիայի քանակն է։ Արժե ընդգծել, որ արդյունավետության չափման միավորը տոկոսն է։ Տեսականորեն, այս գործակիցի առավելագույն արժեքը 100% է, բայց գործնականում գրեթե անհնար է հասնել նման ցուցանիշի, քանի որ յուրաքանչյուր մեխանիզմի գործարկման ժամանակ կան որոշակի էներգիայի կորուստներ:

Շարժիչի արդյունավետությունը

Ներքին այրման շարժիչը (ICE), որը ժամանակակից մեքենայի մեխանիզմի առանցքային բաղադրիչներից է, նույնպես համակարգի տարբերակ է, որը հիմնված է ռեսուրսի՝ բենզինի կամ դիզելային վառելիքի օգտագործման վրա: Հետեւաբար, դրա համար կարելի է հաշվարկել արդյունավետության արժեքը:

Չնայած ավտոմոբիլային արդյունաբերության բոլոր տեխնիկական նվաճումներին, ներքին այրման շարժիչների ստանդարտ արդյունավետությունը մնում է բավականին ցածր. կախված շարժիչի նախագծման մեջ օգտագործվող տեխնոլոգիաներից, այն կարող է տատանվել 25% -ից մինչև 60%: Դա պայմանավորված է նրանով, որ նման շարժիչի շահագործումը կապված է էներգիայի զգալի կորուստների հետ:

Այսպիսով, ներքին այրման շարժիչի արդյունավետության ամենամեծ կորուստը տեղի է ունենում հովացման համակարգի աշխատանքի մեջ, որը վերցնում է շարժիչի արտադրած էներգիայի մինչև 40% -ը: Էներգիայի զգալի մասը՝ մինչև 25%-ը, կորչում է արտանետվող գազերի հեռացման գործընթացում, այսինքն՝ այն ուղղակի տարվում է մթնոլորտ։ Ի վերջո, շարժիչի արտադրած էներգիայի մոտավորապես 10%-ը ծախսվում է ներքին այրման շարժիչի տարբեր մասերի միջև շփման հաղթահարման վրա:

Հետևաբար, ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ ներգրավված տեխնոլոգները և ինժեներները զգալի ջանքեր են գործադրում շարժիչների արդյունավետությունը բարձրացնելու համար՝ նվազեցնելով կորուստները թվարկված բոլոր կետերում: Այսպիսով, դիզայնի մշակումների հիմնական ուղղությունը, որն ուղղված է հովացման համակարգի շահագործման հետ կապված կորուստների նվազեցմանը, կապված է այն մակերեսների չափը նվազեցնելու փորձերի հետ, որոնց միջոցով տեղի է ունենում ջերմության փոխանցում: Գազի փոխանակման գործընթացում կորուստների կրճատումն իրականացվում է հիմնականում տուրբո լիցքավորման համակարգի միջոցով, իսկ շփման հետ կապված կորուստների նվազեցումը կատարվում է շարժիչը նախագծելիս ավելի տեխնոլոգիապես առաջադեմ և ժամանակակից նյութերի օգտագործմամբ: Փորձագետների կարծիքով՝ այս և այլ տեխնոլոգիաների կիրառումը կարող է ներքին այրման շարժիչների արդյունավետությունը բարձրացնել մինչև 80% և ավելի։

Տեսանյութ թեմայի վերաբերյալ

Աղբյուրներ:

• Ներքին այրման շարժիչի, դրա պաշարների և զարգացման հեռանկարների մասին՝ մասնագետի աչքերով