دانلود تحقیق ترمودینامیک

قوانین گاز ها: تعریف ماکروسکوپیک گاز کامل: تعریفی که براساس خواص ظاهری و قابل اندازه گیری بیان شود گاز کامل گازیست رقیق با چگالی کم پس اگر گازهای سبک در محفظه های بزرگ نگهداری کنیم گازکامل داریم.

تعریف میکروسکوپیک گازکامل: (تعریفی که بر اساس خواص ذرات تشکیل دهنده گاز بیان شود) گاز یست که در ان فاصله بین مولکول ها آنقدر زیاد باشد تا ازنیروهای بین مولکولی بتوان صرف نظر نمود.

هر گاز را با سه کمیت فشار (P) حجم (V) و دمای مطلق (T) نمایش می دهیم و چنانچه می دانیم این سه کمیت مستقل از هم عمل نکرده و بوسیله قوانین هریل= ماریوت و شارل- گیلوساک به هم ارتباط دارند.

= مقدار ثابت= PV بویل- ماریوت مقدار ثابت = شارل- گیلوساک نتیجه دو قانون فوق به صورت زیر بیان می شود: مقدار ثابت = پس توجه: در رابطه فوق V,P در دو طرف تساوی بر حسب هر واحدی می توانند بیان شوند ولی T حتما باید بر حسب کلوین باشد.

مثالک در فشار ثابت دمای گازی را c30 درجه سانتیگراد افزایش می دهیم درنتیجه گاز 1/1 برابر می شود دمای اولیه گاز چند درجه سانتی گراد است.

******** مثال: حجم و فشار گازی را دو برابر می کنیم دمای گاز برحسب سانتی گراد چند برابر می شود.

1- دوبرابر 2- نصف 3- چهاربرابر 4- بیشتر از چهار برابر ************ مثال: می خواهیم فشار گازی را دو برابر کنیم در اینصورت می توان: (دما در گزینه ها بر حسب سانتی گراد است) در دمای ثابت حجم گاز را دوبرابر نمود در دمای ثابت حجم گاز را نصف نمود در حجم ثابت دمای فاز را دوبرابر کنیم در حجم ثابت دمای گاز را نصف کنیم ******** نکته- مثال: در دمای ثابت چند درصد حجم گازی را کاهش دهیم تا فشار گاز 25 درصد افزایش یابد.

1) 10درصد 2) 15درصد 3) 20درصد 4)25درصد ******** مثال: در سیلندری زیر پیستونی که می تواند ازادانه حرکت نماید مقداری گاز محبوس است به گاز گرما می دهیم حجم، دما و فشار گاز چگونه کیفیت می نماید: ******* نکته- مثالک یک پیستون بدون اصطکاک به وزن w به حجم V1 را در ظرف محبوس کرده است.

وزنه دیگری به اندازه w دومی پیستون قرار می دهیم پس ازتعادل پیستون حجم گاز V2 می شود (دما ثابت می ماند) کدام گزینه درباره درست است بر 5/0=K 1>K>0 1>K>5/0 بسته به شرایط هر کدام از حالتها می تواند رخ دهد.

******** توجه: در رابطه ، مقدار ثابت به نوع گاز بستگی ندارد فقط به تعداد ذرات تشکیل دهنده گاز و یا تعداد مدل گاز بستگی دارد و از رابطه زیر بدست می آید: * n= تعداد مول گاز * R= ثابت عمومی گاز ها j/mol.k 314/8=R P= فشار بر حسب پاسکال V= حجم بر حسب مترمکعب T= دمای مطلق گاز توجه: رابطه Pv=nRT که ارتباط بین فشار، حجم و دمای مطلب را نشان می دهد معادله حالت گاز نامیده می شود.

مثال: 8گرم گاز اکسیژن در فشار atm 5/2 و دمای c27 درجه سانتیگراد چند لیتر حجم دارد.

******** نکته: درحل مسائل مربوط به گازها می توان از فرمول مقایسه زیر برای مقایسه دو حالت گاز استفاده نمود.

مثال : 8 گرم گاز اکسیژن در فشار atm و دمای 273 درجه سانتی گراد چه حجمی دارد.

********* ********* مثال: 8 گرم گاز اکسیژن و 7 گرم گاز نیتروژن در فشار atm2 و دمای 273 درجه سانتی گراد چه حجمی دارند.

******* مثال: در مخزنی 2 مولکول گرم گاز A و 3 مولکول گرم گاز B وجود دارد و فشار گاز P می باشد.

اگر درمای ثابت تمام گاز B را از مخزن خارج کنیم فشار گاز باقی ماند چقدر خواهد شد؟

1) P 2) 3) 4) ********* نکته: چند مخزن با مشخصات (P1,V1,T1) و P2,V2,T2) ) و ...

را به هم مرتبط می کنیم در اینصورت و مشخصات حالت نهایی برابر است با: (P,V,T) که داریم: توجه: اگر فقط دو مخزن داشته باشیم و دما نیز ثابت باشد در اینصورت داریم.

مثال: دو مخزن با مشخصات را به هم متصل می نمائیم فشار نهایی گاز چقدر می شود.

دما را ثابت در نظر بگیرید.

************** مثالک می خواهیم مخزنی به حجم 22 لیتر را ازهوای 27 درجه ای تحت فشار 5 اتمسفر پر کنیم.

اگر در هر تلمبه زدن 5/0 لیتر هوای 3- درجه ای با فشار یک اتمسفر دارد مخزن شود تعیین کنید برای پرکردن مخزن چند بار باید تلمبه بزنیم؟

1)180 2)190 3)198 4)200 ****** نکته: در مخزنی مقداری گاز در فشار P و حجم V وجود دارد.

می خواهیم حجم V' ازاین گاز را در فشار P2 از مخزن خارج کنیم (منظور از فشار P2، فشار مخیطی است که که گاز وارد آن می شود) در این صورت فشار گاز مخزن P1 می شود ولی گاز باقی مانده همچنان حجم V را اشغال می کند.

اگر دما ثابت باشد داریم: مثال: در مخزنی 4لیتر گاز در فشار 5 اتمسفر وجود دارد حجمی از گاز در فشار یک اتمسفر از مخزن خارج کنیم تا فشار گاز باقی مانده atm3 گردد.

******* فرمول چگالی گازها: اگر گاز را از مخزن خارج نکنیم یعنی جرم گاز ثابت باشد چگالی گاز با حجم گاز نسبت عکس دارد پس از طرفی: نتیجه کامل: پس چگالی گاز با حجم گاز نسبت به عکس، با فشار نسبت مستقیم و با دمای مطلق نسبت عکس دارد.

مثال: در حجم ثابت فشارگازی را دو برابر می کنیم چگالی گاز چه تغییری می نمایند.

******* مثال: در فشار ثابت دمای گازی را 20درصد کاهش می دهیم چگالی گاز چنددرصد افزایش می یابد.

******** نکته: مثال حباب هوایی از پایین دریاچه ای بالا آمده و در سطح دریاچه حجم آن 8 برابر می شود عمق دریاچه چقدر است.

( از تغییرات دما صرف نظر شود) ********* ********* ******** فرایندهای ترمودینامیکی: هر گاه جسم یا دستگاهی با گرفتن یا از دست دادن گرم از یکحالت به حالت دیگر برود یک فرایند ترمودینامیکی داریم.

مثلا آب 5 درجه سانتی گراد با گرفتن گرما به آب C10 درجه سانتی گراد می رسد که در اینصورت در حالت آب بیان شده است.

فرایند آرمانی: هر فرایند ترمودینامیکی که همواره به حالت تعادل نزدیکتر است یک فرایند آرمانی می باشد.

کار در فرایند آرمانی: بوسیله پیستونی درون یک سیلندر مقداری گاز محبوس است.

بوسیله نیروی F پیستون را به داخل سیلندر حرکت می دهیم در این صورت محیط (پیستون) روی دستگاه (گاز) کار انجام می دهد پس کار روی گاز مثبت و کار روی محیط منفی می شود.

بطور کلی: درتراکم کار روی گاز مثبت در انبساط کار رویگاز منفی محاسبه کار: *** در فرایندی که در ان فشار ثابت باشد (هم فشار) کار روی گاز به صورت زیر محاسبه می شود: توجه: قبلا دیدیم: پس در فرایند هم فشار می توان کار روی گاز را از رابطه زیر نیز محاسبه نمود.

توجه: در فشار ثابت atm4 حجم گازی را 5 لیتر و 8 لیتر می رسانیم کار انجام شده برروی گاز چقدر است.

************* *** با استفاده از نمودار P-V نیز می توان کار انجام شده روی گاز و روی محیط را بدست آورد.

بطوریکه در نمودار P-V سطح محصور بین نمودار و محور V کار انجام شده می باشد که اگر افزایش حجم داشته باشیم کار روی گاز منفی ولی اگر حجم داشته باشیم کار روی گاز مثبت است.

چون افزایش حجم داریم پس w چون کاهش حجم داریم پس w لذا -S = W روی گاز =+S W روی گاز مثال: در نمودار P-V زیر کار اتجام شده روی دستگاه چند ژول است: چون کاهش حجم است.

*** در یک چرخه بسته کار انجام شده مسطح محصورداخل چرخه است که برای کار روی گاز اگر چرخه ساعتگرد باشد کار روی گاز منفی است.

اگر چرخه پادساعتگرد باشد کار روی گاز مثبت است.

مثال: اگر نمودار P-V برای چرخه ای مطابق شکل زیر باشد کار انجام شده بروی گاز و بروی محیط را محاسبه کنید.

******** انواع فرایندهای ترمودینامیکی: فرایند هم حجم: اگردر حجم ثابت به گاز گرما بدهیم دما و فشار آن افزایش می یابد در فرایند هم حجم انواع نمودار به شکل زیر است: تذکر مهم: در فرایند نموده P-T خط راستی که امتداد از مرکز میگذرد و شیب آن برابر است با زیرا: مثال: اگر نمودار P-T برای گازی در دو حجم ثابت V2,V1 مطابق شکل زیر باشد کدام گزینه درست است؟

1) V1>V2 2) V1 3) V1=V2 4) هیچکدام ******* تعریف ظرفیت گرمایی در حجم ثابت: مقدار گرمائی که بایدبه گازی بدهیم تادر حجم ثابت دمای آن به اندازه یکواحد افزایش یابد با CV نمایش می دهیم پس ظرفیت گرمایی مولی در حجم ثابت: مقدار گرمایی که به یک مول از گاز می دهیم تا در حجم ثابت دمای آن یک واحد افزایش یابد آن را با Cmv نمایش می دهیم که: توجه: برایگازهای تک اتمی مثال: چه مقدار گرما به لازم است تا 4 لیتر گاز تک اتمی را در حجم ثابت از فشار atm2 به فشار atm 4 برسانیم.

******* ******* فرایند هم فشار: اگردر فشار ثابت به گاز گرما بدهیم دما و حجم گاز افزایش می یابد.

نمودارهای فرایند هم فشار به شکل زیر است: تذکرمهم: در فرایند همفشار نمودار V-T خط راستی است که ابتدا آن از مرکز گذشته و شیب آن می باشد زیرا: تعریف ظرفیت گرمائی در فشار ثابت: مقدار گرمایی که باید به گازی بدهیم تا در فشار ثابت دمای آن به اندازه یک واحد افزایش یابد با Cp نمایش می دهیم.

تعریف ظرفیت گرمایی مولی در فشار ثابت: مقدار گرمایی که باید به یک مول از گاز در فشار ثابت بدهیم تا دمای آن به اندازه یک واحد افزایش یابد با Cmp نمایش می دهیم.

توجه: برای گازهای تک اتمی توجه: برای گازهای تک اتمی توجه: همواره و برای تمام گازها پرسش : چرا همواره است؟

جواب: چون در حجم ثابت تمام گرمایی که به گاز می دهیم صرف افزایش دما می شود ولی درفشار ثابت بخشی از گرما صرف انجام کار می شود لذا مقدار گرمایی که در فرایند هم فشار لازم است تا دما را به اندازه فرایند هم حجم بالا ببرد بیشتراز فرایند هم حجم است.

فرایند هم دما: در دمای ثابت اگر حجم گازی را افزایش دهیم فشار گاز کاهش می یابد و بالعکس نمودارهای انبساط هم دما به صورت زیر است.

تذکرمهم: در فرایندهم دما نمودار P-V یک هموگرافیک است زیرا: توجه: هر چه t بیشتر باشد نمودار در راستای محور p به سمت بالاتر می رود.

مثلا اگر چند فرایند هم دما در دماهای T3,T2,T1 داشته باشیم در اینصورت داریم: نکته: مثال: اگر نمودار P-V برای گازیمطابق شکل زیر باشد در طول مسیر از aتا b دمای گاز چگونه تغییر می نماید: ثابت است پیوسته افزایش می یابد ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد.

****** فرآیندی دررو (آدیاباتیک) فرایندی در رو فرایندی است که با محیط خارج تبادل گرمایی ندارد.

(Q=0) پس باید دستگاه در یه محفظه عایق باشد.

نکته مهم: در انبساط دررو: 1- حجم افزایش می یابد 2- فشار کاهش می یابد 3- دماکاهش می یابد.

2- درتراکم بی دررو: 1- حجم کاهش می یابد 2- فشار افزایش می یابد 3- دما افزایش می یابد.

نمودارهای انبساط بی درو مطابق شکل زیر است: توجه: در نمودارهای تراکم فقط جهت فلش عوض می شود.

مثال: نمودار P-V برای گازی مطابق شکل زیر کدام مسیر فرایند نمی تواند بی دررو باشد.

******** مقایسه فرایند هم دما و بی درو تراکم: وقتی گازی را یکبار تحت فرایند دماو بار دیگر تحت فرایند بی درو متراکم کنیم چون در فرایند بی دررو گرمایی با خارج مبادله نمی کند لذا افزایش فشار در فرایند بی دررو بیشتر است.

انبساط: چون در فرایند انبساط در حالت بی دررو گاز ازخارج گرما نمی گیرد پس افت فشار در آن بیشتر از فرایند هم دما است.

مثال: گازی را متراکم می کنیم در کدام فرایند زیر کار انجام شده برروی گاز بیشتر است: هم فشار هم دما بی دررو کار انجام شده در هر سه حالت برابر است.

************** مثال: گازی را منبسط می کنیم کار انجام شده روی محیط در کدام فرایند بیشتر است.: هم فشار هم دما بی دررو کار انجام شده در هر سه حالت برابر است.

******** مثال: اگر نمودار P_T برای گازی مطابق شکل زیر باشد نمودار V-T,P-r آن را رسم کنید.

رسم نمودار P-V: مسیر ab یک فرایند هم حجم است زیرا دما و فشار هر دو افزایش می یافته اند.

مسیر bc یک فرایند هم فشار است که در آن T افزایش می یابد پس V نیز افزایش می یابد.

مسیر cd یک فرایند هم دما است که در آن P افزایش یافته لذا V کاهش می یابد.

رسم نمودار: شکل مثال: اگر نمودار P-V برای گازی مطابق شکل زیر باشد نمودار P-T,V-T آن را رسم کنید.

شکل *********** مثال قبل را برای شکل زیر حل کنید.

شکل ********** انرژی درونی گازکامل: مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل ذرات تشکیل دهنده یک گاز را انرژی درونی گاز می نامیم.

چون در گازهای کامل فاصله بین مولکول ها خیلی زیاد است.

بطوریکه نیروهای بین مولکولی ضد می باشد پس انرژی پتانسیل ذرات ضد بوده و انرژی درونی با انرژی جنبشی ذرات برابر خواهد شد.

برای گازهای تک اتمی انرژی درونی از رابطه زیر بدست می آید.

N= تعداد مول T= دمای مطلق توجه: در فرایند هم دما تغییر انرژی درونی ضد است.

تعریف قانون اول ترمودینامیک: تغییر انرژی درونی یک گاز برابر است با مجموع کار انجام شده روی گاز و گرمای داده شده به گاز پس: توجه: علامت های Q,W اگر کار روی گاز انجام شود w>0 ولی اگر گاز کار روی محیط انجام دهد w اگر گرما به گاز داده شود Q>0 اگرگازگرما به محیط بدهد Q مثال: 300 ژول گرما به گازی داده وگاز 400 ژول کار روی محیط انجام می دهد تغییر انرژی درونی گاز چقدر است؟

********* مثال: در یک فرایند هم دما 300 ژول گرما به گاز داده کار انجام شده چقدر است این کار روی محیط یا روی گاز است؟

******** بطور خلاصه می توان نتایج زیر را برای چهار فرایند بدست آورد.: فرایند هم حجم: فرایند هم فشار فرایند هم دما فرایند بی دررو توجه : اگر گاز تک اتمی باشد دراینصورت توجه : اگر گاز تک اتمی باشد در هر چهار فرایند توجه: در چرخه بسته همواره صفر است.

مثال: در شکل مقابل چرخه یک گاز کامل تک اتمی نشان داده شده است اولا: گرمای مبادله در این چرخه چقدر است ثانیا: گرمای مبادله شده در مسیر CA چقدر است شکل مثال: در شکل زیر نمودار P-V برای چرخه یک گاز کامل تک اتمی داده شده است کار کل انجام شده و کار در قسمت بی دررو را حساب کنید.

شکل توجه: اگر گاز تک اتمی باشد درفرایند بی دررو می توان کار را به صورت زیر محاسبه نمود: توجه: باید WCA در هر روش یکی بدست می آید اعداد روی شکل با دقت درنظر گرفته نشده است پس در این مثال اعداد بدست امده متفاوت است که غلط می باشد.

نکته: اگردر مسیر های مختلف از یک نقطه به نقطه دیگر برویم تغییر انرژی درونی گاز در تمام مسیرها با هم برابراست.

مثال: در نمودار P-V شکل مقابل اگر در مسیر abc گاز 140 ژول گرما گرفته و 100 ژول کار روی محیط انجام دهد تغییر انرژی درونی گازچقدر است ثانیاً اگر در مسیر ac گاز 100 ژول گرما بگیرد چند ژول کار روی محیط انجام می دهد.

****** مثال: دستگاهی مطابق شکل از طریق مسیر abc از حالت a به c می رود.

در این مسیر به دستگاه 90 ژول گرما می گیرد و 70 ژول کار انجام می دهد.

الف) تغییر انرژی درونی دستگاه در مسیر abc انجام شود قدر مطلق کار انجام شده روی دستگاه در مقایسه با مسیر abc بیشتر است یا کمتر گرمای داده شده به گاز بیشتر است یا کمتر؟

پ) اگر گاز را از مسیر (منحنی) به حالت a برگردانیم چقدر باید از آن انرژی بگیریم.

****** ***** مثال: نمودار P-V برای گازی مطابق شکل زیر است اگر گرمای مبادله شده در مسیر 1)Q1 و در مسیر 2) Q2 باعث کدام گزینه درست است؟

Q1>Q2 Q1 Q1=Q2 نسبت شرایط و سه حالت ممکن است.

********* مثال: یک مدل از یک گار تک اتمی چرخه ای را که در شکل نشان داده شده است طی می کند دستگاه ابتدا در نقطه A قرار دارد و ازطریق یک فرایند هم فشار آرمانی تا نقطه B متراکم میشود.

سپس در یک فرایند آرمانی هم حجم به نقطه C رسیده و بالاخره از طریق یک فرایند آرمانی بی دررو به نقطه A بر می گردد.

معین کنید: الف) گرمایی که دستگاه دریافت کرده است ب) کاری که در این چرخه بر روی دستگاه انجام شده است ج) کار انجام شده در قسمت بی دررو ******** ******* مثال : مطابق شکل زیر با دو فرایند هم فشار a و هم حجم b یک مول از گاز تک اتمی یکبار به نقطه B و یکبار به نقطه c روی منحنی های هم دمای T2 که برابر k 600 است رسیده است (توجه: منحنی های مشخص شده در نمودارها هم دما می باشند) الف) دمای اولیه گاز را در نقطه A حساب کنید.

ب) فشار ثانویه گاز (نقطه C) را حساب کنید.

ج) تغییر انرژی درونی و در پایان هر مسیر را محاسبه کرده و نتیجه را مقایسه کنید.

******* ******** نتیجه: تغییر انرژی درونی هر دو حالت با هم برابر است زیرا در هر دو حالت از دمای 1200 به 600 آمده ایم چون منحتی درونی فقط تغییرات دما مهم است و از هر دو مسیر تغییرات ----- تغییر انرژی درونی ----- قانون دوم ترمودینامیک: ماشین گرمایی: ماشینی است که گرما را می تواند به کار تبدیل شود.

توجه 1: همواره ممکن است مقدارمعینی کار تماما به گرما تبدیل شود ولی هرگز ممکن نیست مقدار معینی گرما تماما به کار تبدیل شود پس راندمان ماشین های گرمایی همواره از یک کمتر است.

راندمان ماشین گرمایی و نسبت کار انجام شده توسط ماشین گرمای گرفته شده توسط ماشین راندمان ماشین گرمایی نامیده می شود.

نمونه ای از یک ماشین گرمایی ماشین بخار است.

اساس کار ماشین بخار : درون یک دیگ بخار آب وجود دارد بوسیله یک چشمه گرما گرمای QH را به دیگ بخار میدهیم لذا آب به جوش آمده و تبدیل به بخار می شود بخار تولید شده درون یک سیلندر هدایت شده در بیستون را به عقب می راند و روی محیط کار انجام می دهد پیستون ضمن بازگشت به محل اولیه بخار را به درون یک چگالنده هدایت می نماید در چگالنده گرمایی Qc از بخار گرفته شده و بخار آب تبدیل می شود و آب تولید شده توسط یک تلمبه درون دیگ بخار بر می گردد.

نمودار P-V برای این فرایند به شکل زیر است.

مسیر ab: اب دورن دیگ در اثر گرفتن گرمای QH از چشمه گرم به جوش آمده و به بخار تبدیل می شود علت افزایش حجم تبدیل شدن آب به بخار است که این فرایند یک فرایند هم فشار است.

مسیر bc: بخار تولید شده به دورن یک سیلندر هدایت شده و پیستون را به عقب رانده و روی محیط کار انجام می دهد.

که چون این عمل به سرعت انجام می شود یک فرایند بی دررو است.

مسیر cd: پیستون ضمن برگشت به محل اولیه گاز را به دورن چگالنده هدایت کرده و در چگالنده گرمای Qc از گاز گرفته شده گاز به آب تبدیل می شود.

مسیر da: آب تولید شده توسط یک تلمبه و تست یک فرایند هم حجم به دیگ بخار بر می گردد.

در ماشین بخار: (چون گرما دارد استفاده شده ) QH>0 (چون گرما از دستگاه خارج شده) Qc (چون کار روی محیط انجام شده ) W راندمان ماشین بخار: مثال: یک ماشین گرمایی در هرچه j 400 گرمایی گرفته و 300 ژول گرما تلف می کنند راندمان ماشین گرمایی چقدر است.

****** نکته: برای افزایش راندمان ماشین های بخار می توان فشار دیگ بخار را بالابرد یا اختلاف دمای بین چشمه گرم و چشه سرد را افزایش داد ولی از انجائیکه فشار دیگ بخار را بیشتر ازحد معینی نمی توان افزایش داد و اختلاف دمای بین چشمه گرم و سرد نیز زیاد نیست هر دو در حدود دمای جوش آب می باشند و پس راندمان ماشین های بخار زیاد نمی باشد.

انواع ماشین گرمایی: ماشین گرمایی برونسوز = نظیر ماشین بخار ماشین گرمایی درونسوز= ماشین هایی هستند که گرمای لازم را در داخل خودشان بوجود می آید که به دو دسته تقسیم می شوند.

الف: ماشین های گرمایی پیستونی 1- بنزینی 2- دیزلی ب: ماشین های گرمایی توربینی نحوه کار ماشین گرمایی دورنسوز و چرخه اتو از روی کتاب مطالعه شود.

ص 24، ص25، ص 26، ص 27 در ماشین گرمایی نمودار شارش گرما به شکل زیر است: ماده کاری: ماده ایست که در فرایندهای گرما دهی ، گرماگیری، انبساط، انقباض و در برخی مواقع تغییر فاز شرکت کرده و مجدداً خودش در ماشین های بخار یا ماده ای مشابه ان در ماشین گرمایی دورنسوز به حالت اولیه بر می گردد.

ماده کاری در ماشین بخار آب و در موتورهای دورنسوز مخلوط سوخت وهواست.

یخچال: تعریف فرایند خود به خودی: هر فرایندی که خود به خود انجام شود یک فرایند خود به خودی نامیده می شود مثلاً همواره گرما از قسمت گرم به سرد منتقل می شود.

هرگز ممکن نیست جهت یک فرایند خود به خودی را عوض کرده مگر آنکه از خارج کار انجام دهیم.

که این اساس کار یخچال است.

یعنی کاری که موتور یخچال انجام می دهد می تواند گرما را از قسمت سرد که درون یخچال است گرفته و به قسمت گرم که خارج یخچال است منتقل نماید.

نمودار شارش گرما دریخچال به شکل زیر است: پس دریخچال: Qc>0,W>0,QH مثال: درگوشه اتاقی یخچال درحال کارکردن بوده و در یخچال باز است در اینصورت: دمای اتاق کاهش می یابد دمای اتاق افزایش می یابد دمای اناق ثابت است هیچکدام ********** تعریف ضریب عملکرد یخچال: نسبت گرمای گرفته شده توسط یخچال به کاری که موتور یخچال انجام می دهد ضریب عملکرد یخچال نامیده می شود پس: معمولا K برای یخچال ها بین 2 تا 7 است.

مثال: یک یخچال با توان 500 وات و ضریب عملکرد 4 را در نظر بگیرد این یخچال چند ثانیه باید کار کند تا 200 گرم آب c15 درجه را به یخ c10 تبدیل نماید.

********* نکته- مثال: ضریب عملکرد یک یخچال را بر اساس راندمان ماشین گرمایی مشابه آن بنویسید.

ماشین گرمایی کارنو: ماشین گرمایی است که در آن کلید فرایند ها به صورت آرمانی بوده و بیشترین راندمان ممکن را دارد.

یعنی ماشین گرمایی که بین دو دمای TH,TC کارمی کند وقتی بیشترین راندمان را دارد که ماشین گرمایی کارنو باشد.

ماشین گرمایی کارنو از دو فرایند هم دما و دو فرایندبی دررو تشکیل شده است.

که چرخه آن به شکل زیر است: مسیر ab: گاز با گرفتن گرمای QH با یک فرایند هم دما منبسط می شود.

مسیر bc: گاز تحت یک فرایند بی دررو به انبساط خود ادامه داده و روی محیط کارانجام می دهد.

مسیر cd: گاز تحت یک فرایند هم دما متراکم شده و گرمای QC را از دست می دهد.

مسیر da: گاز تحت یک فرایند بی درو باز هم متراکم شده و به حالت اولیه بر می گردد.

راندمان ماشین گرمایی کارنو: TC= دمای چشمه سرد TH: دمای چشمه گرم در ماشین گرمایی کارنو توجه: ضریب عملکرد یخچال کارنو: مثال: یک ماشین گرمایی بین دمای c27 درجه و c127 کار می کند بیشترین راندمان این ماشین گرمایی چقدر می تواند باشد.

اگر این ماشین گرما در هر چرخه 400 ژول گرمابگیرد چند ژول کار انجام داده و چند ژول گرما تلف می کند.

همچنین ضریب عملکرد یخچالی را بدست آورید که می تواند بین این دو دما کار کند.

********** مثال: اگر دمای چشمه گرم و سرد را در یک ماشین گرمایی کارنو به یک اندازه کاهش دهیم راندمان ماشین گرمایی چه تغییری می کند.

****** تعریف قانون دوم نیوتن (بیان ماشین گرمایی) هرگز ممکن نیست مقداری گرما را تماما به کارتبدیل کرده و در برای دستگاه به حالت اولیه برگردد.

توجه: در فرایند هم دما تمام گرما به کار تبدیل می شود ولی دیگر دستگاه به حالا اولیه بر نمی گردد.

تعریف قانون دوم نیوتن (بیان یخچالی) هرگز ممکن نیست بدون آنکه کار انجام دهیم جهت یک فرایند خود به خودی را عوض نماییم.

توجه: هر فرآیند ترمودینامیکی که سرعت انجام شود یک فرایند بی دررو است.

هر فرایندترمودینامیکی که به آهستگی انجام شود یک فرایند هم دما است.

مثال: مقدار گاز بر یک پیستون محبوس است.

اگر پیستون را سرعت پایین ببریم تا حجم گاز نصف شود فشارگاز بلافاصله پس از این فرایند نسبت به حالت اول چقدر می شود.

بیشتراز دو برابر دو برابر بیشتراز یک برابر و کمتر از 2 برابر کمتراز حالت اول ****** چشمه گرمایی جسمی است که با تبادل گرمایی دمای آن همواره ثابت می ماند.