ترموډینامیکي دوران

یو ترموډینامیکي دوران  د ترموډینامیکي پروسو یوې تړلې سلسلې څخه جوړ دی چې دنده یې سیستم ته دننه او بهر د تودوخې لېږد او کار دی، په داسې حال کې چې په سیستم کې فشار، د حرارت درجه او د حالت نور متحولین بدلوي او په پای کې سیستم خپل لومړني حالت ته راګرځوي. له یوه دوران څخه د تېرېدو په بهیر کې، عامل سیال (سیستم) کېدای شي د تودې سرچینې څخه حرارت په ګټور کار بدل کړي او پاتې تودوخه یوه ساړه لګن ته واچوي، په دې توګه د حرارت ماشین په توګه عمل کوي. برعکس، دوران  کېدای شي معکوسه شي او  کار په کارولو سره د سړې سرچینې څخه حرارت یوه تاوده لګن ته ولېږدوي چې په دې توګه، د حرارتي پمپ په توګه عمل کوي. سیستم د دوران په هره نقطه کې په ترموډینامیکي تعادل کې دی، نو دوران  بېرته راګرځېدونکي دی (د انتروپي بدلون یې صفر دی، ځکه چې انتروپي د حالت یوه تابع ده).  

سیستم د تړلې دوران په جریان کې د حرارت درجې او فشار لومړني ترموډینامیکي حالت ته راګرځې. د پروسې کمیتونه (یا د لارې کمیتونه لکه: حرارت او کار په  بهیر پورې تړاو لري. ترموډینامیک لومړی قانون، د هغې دوران لپاره کارول کېږي چې له امله یې سیستم خپل لومړني حالت ته راګرځي:  

$\Delta U=E_{in}-E_{out}=0$

پورتنۍ اړیکه څرګندوي چې، د دوران په ترڅ کې د سیستم د داخلي انرژي ($U$) هېڅ بدلون نه کوي.$E_{in}$  د دوران په جریان کې  ورکړل شوی مجموعي کار او حرارت  ښيي او$E_{out}$  د دوران په جریان کې حاصل شوی مجموعي کار او حرارت دی. د پروسې د لارې تکرارېدونکی خصلت د دوامدارې عملیې امکان برابروي او دوران  د ترموډینامیک علم په یوه مهم مفهوم بدلوي. ترموډینامیکي دوران زیاتره په ریاضيکي ډول، د حقیقي آلې د کړنو په موډلینګ کې د کاسي ستاتیک بهیرونو په توګه ښودل کېږي. 

تودوخه او کار  

د ترموډینامیکي دورانونو دوې لومړنۍ طبقې؛ برېښنايي دورانونه او د حرارتي پمپ دورانونه دي. برېښنايي دورانونه هغه دورانونه دي چې یو مقدار ورکړل شوی حرارت په میخانیکي کار بدلوي، په داسې حال کې چې د حرارتي پمپ دورانونه د ورکړل شوي میخانیکي کار په کارولو سره حرارت له ټیټې درجې څخه لوړې درجې ته لېږدوي. هغه دورانونه چې په بشپړه توګه د سټاټیک ډوله پروسو څخه جوړ شوي دي، کولای شي د پروسې د لوري په کنټرولولو سره د برېښنايي یا حرارتي پمپ دورانونو په توګه عمل وکړي. د فشار- حجم  په ډیاګرام یا د حرارت-انتروپي په ډیاګرام کې، د ساعت له عقربو سره سم او د ساعت د عقربو مخالف جهتونه په ترتیب سره د برېښنايي او د حرارتي پمپ دورانونه ښیي.   

له کار سره اړیکه  

(1)                                      

له هغه ځایه چې د ترموډینامیکي دوران په اوږدو کې د حالت د خاصیتونو خالص بدلون صفر دی، نو د  په ډیاګرام کې تړلې حلقه(کړۍ) جوړوي. د  د ډیاګرام  محور فشار (P) او د X محور حجم (V)  ښیي. د حلقې په واسطه ایساره شوې ساحه، هغه کار () دی چې دا پروسه یې ترسره کوي:

${\text{(1)}}\qquad W=\oint P\ dV$

(2)                                   

دا کار سیستم ته د لېږدول شوي حرارت د توازن (Q) سره برابر دی:

${\text{(2)}}\qquad W=Q=Q_{in}-Q_{out}$

(۲) معادله دورانې پروسه د ایزوترمل پروسې سره مشابه کوي: که څه هم د دوران  یي پروسې په اوږدو کې داخلي انرژي بدلېږي، کله یې چې دوراني پروسه پای ته رسېږي، د سیستم انرژي د هغې انرژي سره یو شان ده چې د پروسې د پیلېدو پرمهال یې درلوده.  

که دوراني پروسه د ساعت د عقربو مطابق د حلقې په شاوخوا کې حرکت وکړي، نو W به مثبت وي او دا یو حرارتي ماشین ښيي. که د ساعت د عقربو مخالف حرکت وکړي، نو W به منفي وي او دا د تودوخې پمپ ښيي. 

د ترموډینامیکي پروسو لېست  

لاندې پروسې اکثراً د ترموډینامیکي دوران د بېلابېلو پړاوونو د تشرېح لپاره کارول کېږي: 

• ادیاباتیک یا د حرارت عایق: د دوران په دې برخه کې د حرارت (Q) په توګه د انرژي هېڅ لېږد به د  معادل نه شي. د انرژي لېږد هغه کار ګڼل کېږي چې یوازې د سیستم له خوا ترسره کېږي.  
• ایزوترمل (مشابه حرارت): د دوران په دې برخه کې د پروسې د حرارت درجه ثابته وي (T=ثابت، ). د انرژي لېږد د سیستم څخه لرې شوی حرارت یا د سیستم له خوا ترسره شوی کار ګڼل کېږي. 
• ایزوباريک: د دوران په دې برخه کې فشار ثابت پاتې کېږي (P=ثابت، ). د انرژي لېږد د سیستم څخه لرې شوی حرارت  یا د سیستم له خوا ترسره شوی کار ګڼل کېږي.   
• ایزوکوریک: پروسه ثابت حجم دی (V=ثابت، ). د انرژي لېږد د سیستم څخه لرې شوی حرارت  یا د سیستم له خوا ترسره شوي کار ګڼل کېږي. 
• ایزنتروپیک: په دې پروسه کې انتروپي ثابته ده (S=ثابت، ). د انرژي لېږد د سیستم څخه لرې شوی حرارت ګڼل کېږي او د سیستم له خوا هېڅ  فریکي کار نه ترسره کېږي. 
• ایزنتالپیک: هغه پروسه ده چې په انتالپي یا ځانګړي انتالپي کې له بدلون راتلو پرته پرمخ ځي.  
• پولي تروپيک: هغه پروسه ده چې د لاندې رابطې څخه پيروي کړي $pV^{\,n}=C$
• معکوس: هغه پروسه ده چې د انتروپي تولید په کې صفر دی. $dS-{\frac {dQ}{T}}=0$

مثال: اوتو دوران

اوتو دوران،  د معکوسې ترموډینامیکي دوران بېلګه ده.

• ایزنتروپیک/ ادیاباتیک انبساط: ثابت انتروپي (S)، د فشار (P) کموالی، د حجم (V) زیاتوالی، د حرارت د درجې (T) کموالی
• ایزوکوریک سړول: ثابت حجم (V)، د فشار (P) کموالی، د انتروپي (S) کموالی، د حرارت د درجې (T) کموالی
• ایزوتروپيک/ د حرارت د عایق تراکم: ثابت انتروپي (S)، د فشار (P) زیاتوالی، د حجم (V) کموالی، د حرارت د درجې (T) زیاتوالی.
• ایزوکوریک تودول: ثابت حجم (V)، فشار (P) زیاتوالی، د انتروپي (S) زیاتوالی، د حرارت د درجې (T) زیاتوالی.

برېښنايي دورانونه  

ترموډینامیکي برېښنايي دورانونه، د حرارتي ماشینونو د کارکړنې بنسټ دي، چې د نړۍ زیاتره الکتریکي ځواک برابروي او د ماشیني وسایطو لویه کچه په کار اچوي. برېښنايي دورانونه په دوو کټګوریو ډلبندي کېږي: حقیقي دورانونه او آیدیال دورانونه. هغه دورانونه چې د حقیقي نړۍ په آلاتو (حقیقي دورو) کې تجربه کېږي، د پېچلو اغېزو (اصطکاک) د شتون او د تعادل د شرایطو د رامنځته کولو لپاره د کافي وخت د نشتوالي له امله یې تحلیل ستونزمن دی. آیدیال موډلونه (آیدیال دورانونه) د تحلیل او ډیزاین په موخه رامنځته کېږي؛ دا آیدیال موډلونه انجینرانو ته توانایي وربښي چې د هغو لویو پارامترنو اغېزې وڅېړي چې په دوران  باندې واکمن دي، پرته له دې چې د حقیقي دورانونو په موډل کې د شته پېچلو جزیاتو د پوهېدو لپاره د پام وړ وخت ولګوي.  

برېښنايي دورانونه د حرارتي ماشین د ډول پر بنسټ، چې غواړي موډل یې جوړ کړي، هم وېشل کېدای شي. ترټولو عام دورانونه چې د داخلي احتراق ماشینونو د موډل جوړلو لپاره کاول کېږي، د اوتو دوران  دی چې د پطرولي ماشینونو ماډل جوړوي او د ډیزل دوران دی چې د ډیزلي ماشینونو ماډل جوړوي. هغه دورانونه چې د بهرني احتراق ماشینو ماډل جوړوي، د برایتون دوران  دی چې د ګازي ماشینونو ماډل جوړوي، د رانکین دوران  چې د بخار توربینونو ماډل جوړوي، د سټرلېنګ دوران  چې د ګرمې هوا ماشینونو ماډل جوړوي او د ایرکسن دوران  چې دا هم د ګرمې هوا ماشینونو ماډل جوړوي.  

د نمونې په توګه: - د سټرلېنګ آیدیال دورانونه (خالص کار) څخه د فشار-حجم د میخانیکي کار حاصل، چې ۴ ترموډینامیکي پروسې لري، په لاندې ډول دی:

${\text{(3)}}\qquad W_{\rm {net}}=W_{1\to 2}+W_{2\to 3}+W_{3\to 4}+W_{4\to 1}$

$W_{1\to 2}=\int _{V_{1}}^{V_{2}}P\,dV,\,\,{\text{negative, work done on system}}$

$W_{2\to 3}=\int _{V_{2}}^{V_{3}}P\,dV,\,\,{\text{zero work since }}V_{2}=V_{3}$

$W_{3\to 4}=\int _{V_{3}}^{V_{4}}P\,dV,\,\,{\text{positive, work done by system}}$

$W_{4\to 1}=\int _{V_{4}}^{V_{1}}P\,dV,\,\,{\text{zero work since }}V_{4}=V_{1}$

د سټرلېنګ د آیدیال دورانونو لپاره، په ۴-۱ او ۲-۳ پروسه کې په حجم کې هېڅ بدلون نه پېښېږي، نو (۳) لاندې معادلې ته ساده کېږي:  

${\text{(4)}}\qquad W_{\rm {net}}=W_{1\to 2}+W_{3\to 4}$                             

د حرارتي پمپ دورانونه

د ترموډینامیکي حرارتي پمپ دورانونه د کورني حرارتي پمپونو او یخچالونو لپاره ماډلونه دي. د دواړو تر منځ هېڅ توپیر نشته، مګر دا چې د یخچال موخه دا ده چې ډېر کوچنی ځای سړوي، په داسې حال کې چې کورنی حرارتي پمپ د کور تودولو یا سړولو په موخه دی. د دواړو کار دا دی چې له ساړه ځای څخه تاوده ځای ته حرارت لېږدوي. د سړولو ترټولو عامه دوران  د بخار تراکم دوران  دی، چې مبردونه یا د سړولو عواملو په کارولو سره، چې پړاو بدلوي، سیستمونه ماډل کوي. د جذبي سړونې دوران  یو بل دوران  دی چې د سړولو عامل د مایع محلول د تبخیر پرځای په هغې کې جذبوي. د ګازي سړونې په دوران کې د برایتون دوران  او د همپسن-لینډ دوران  شامل دي. د تراکم او انبساط  ګڼ دورانونه، د ګازي سړونې سیستمونو ته امکان ورکوي چې ګازونه مایع کړي.