כדי לבנות מכונת תרמית שיכולה לעשות את העבודה על ידי שימוש בחום, אתה צריך ליצור תנאים מסוימים.קודם כל, את מנוע החום לפעול במצב מחזורי, שבו מספר התהליכים תרמודינמיים ברציפות כדי ליצור לולאה.התוצאה של הגז במחזור סגור בגליל עם בוכנה מטלטלין, עובדת.אבל מחזור אחד מעת לעת הפעלת המכונה קטן, שהוא צריך לבצע את המחזורים שוב ושוב בתוך פרק זמן מסוים.שבוצעה בזמן שצוין העבודה הכוללת, במציאות מחולקת בזמן נותנת עוד מושג חשוב - כוח.
באמצע המאה התשע עשרה יצר את מנועי החום הראשונים.הם העבודה, אבל לבלות יותר כמות חום המיוצר על ידי הבעירה של דלק.זה היה רגע שפיסיקאים תיאורטיים שאלו: "כעבודות גז במכונה תרמית?איך להגיע רוב העבודה עם המינימום של דלק? »
לבצע ניתוח של הגז הדרוש כדי להיכנס למערכת השלמה של הגדרות ומושגים.האוסף של כל ההגדרות, ונוצר אזור מחקר כולו, בשם "תרמודינמיקה הנדסה".בתרמודינמיקה, שאומץ על ידי מספר ההנחות, זה אינו גורע מהמסקנות העיקריות.גוף כלים - גז (לא קיימת) קיקיוני, שניתן לדחוס לאפס שמולקולות לא אינטראקציה נפח.בסביבה הטבעית, יש רק אמת גזים, שיש להם תכונות מוגדרות היטב, שאין להבחין בין גז אידיאלי.
כדי להציג מודל של הדינמיקה של הנוזלים עובדים, הוצע חוקי תרמודינמיקה, המתארים את התהליכים תרמודינמיים הבסיסיים כגון: תהליך isochoric
- - תהליך שמתבצע מבלי לשנות את הנפח של נוזל העבודה.תנאי תהליך, v = const isochoric;תהליך
- isobaric - תהליך שמתבצע מבלי לשנות את הלחץ בנוזל עובד.תהליך isobaric תנאים, P = const;תהליך
- מבודד (בידוד תרמי) - תהליך שמתבצע תוך שמירה על הטמפרטורה ברמה מסוימת.תהליך בידוד תרמי, T = const;תהליך
- adiabatic (הנדסת adiabatic, מה שנקרא חום המודרני) - תהליך, שבוצע בשטח ללא החלפת חום עם הסביבה.תנאים של התהליך אדיאבטי, q = 0;תהליך polytropic
- - זה תהליך הסינתזה, המתאר את כל התהליכים תרמודינמיים שהוזכרו לעיל, כמו גם את כל הזדמנויות האחרות לעיסוק בגליל עם בוכנה מטלטלין.
במהלך היצירה של מנועי החום הראשונים חיפש מחזור שבו אתה יכול לקבל את היעילות הגבוהה ביותר (יעילות).סאדי קרנו, בוחן סדרה של תהליכים תרמודינמיים, הגיע באופן אינסטינקטיבי להתפתחות של המחזור שלה, קיבלתי את שמה - המחזור קרנו.הוא ביצע באופן עקבי בידוד תרמי, ולאחר מכן את תהליך הדחיסה adiabatic.הנוזל לעבוד לאחר תהליכים אלה יש מרווח של אנרגיה פנימית, אבל המחזור לא הושלם, כך מתרחב נוזל העבודה ומבצע תהליך התרחבות בידוד תרמי.כדי להשלים את המעגל ולחזור להגדרות המקוריות של נוזל העבודה מתבצעת תהליך התרחבות adiabatic.
קרנו הוכיח כי יעילות במחזור שלה מגיעה לשיא ותלוי רק בטמפרטורה של שני איזותרמות.גבוה יותר את ההבדל ביניהם, היעילות גבוהה יותר בהתאמה התרמית.ניסיונות ליצור מנוע חום של המחזור קרנו ונכשלו.זה מחזור אידיאלי שלא ניתן לבצע.אבל הוא הוכיח את העיקרון המרכזי של החוק השני של חוסר האפשרות של השגת עבודה, שווה לעלויות של אנרגיה תרמית.זה גרם מספר ההגדרות לשנייה (החוק) של תרמודינמיקה, לפיה רודולף קלאוזיוס הציג את הרעיון של אנטרופיה.המסקנה העיקרית של המחקר שלו - את האנטרופיה גדלה, מה שמוביל לתרמית "מוות".
היה הישג החשוב ביותר להבנת תהליך אדיאבטי קלאוזיוס, אנטרופיה בעת ביצוע שינויי הנוזל עובדים.לכן, קלאוזיוס התהליך אדיאבטי - הוא s = const.כאן זה - היא האנטרופיה, אשר נותנת שם אחר לתהליך מתבצע ללא אספקה או ההסרה של חום - תהליך isentropic.המדען חיפש כגון מנוע חום של מחזור, שלא עלה לעלייה באנטרופיה.אבל, למרבה הצער, זה לא הצליח להקים אותה.לכן הסקתי כי מנוע החום לא יכול להיות שנוצר בכל.
אבל לא כל החוקרים הוגדרו כפסימי.הם חיפשו מחזורים בפועל של מנועי חום.כתוצאה מהחיפוש שלהם ניקולאוס אוגוסט אוטו יצר מנוע החום של המחזור שלו, עכשיו שמיושם במנועי פועלים על בנזין.כאן, בתהליך שבוצע על ידי דחיסת adiabatic של גוף העבודה וקלט חום isochoric (בעירה בנפח קבוע), אז יש התרחבות adiabatic (נעשתה במדיום עובד הגדלת בנפח עבודה), וסילוק חום isochoric.מנוע בעירה הפנימי הראשון אוטו משמש כגזים דליקים לדלק.רב מאוחר יותר המציאו מאיידים, שהחלו ליצור תערובת benzovozdushnoy של אדי אוויר ודלק ולהאכיל אותם לתוך צילינדר המנוע.
בתערובת דלק מחזור אוטו דחוס, כך הסכום של דחיסה זה הוא יחסית קטן - תערובת הדלק נוטה לפוצץ (להתפוצץ בהגיעם ללחץ והטמפרטורה הקריטיים).לכן, העבודה בתהליך הדחיסה adiabatic היא נמוכה יחסית.כאן יש לנו הצגנו קונספט אחר: יחס הדחיסה - היחס של הנפח הכולל יחס נפח.
מציאת דרכים להגביר את יעילות האנרגיה של דלק המשיכה.התייעלות ראתה בהגדלת יחס הדחיסה.רודולף דיזל פיתח מחזורו שבאספקת החום מתבצעת בלחץ קבוע (בתהליך isobaric).זה היווה את הבסיס למנועי מחזור באמצעות סולר (הידוע גם בסולר).מחזור דיזל אינו דחוס תערובת דלק-אוויר ואוויר.אז הם אומרים העבודה נעשית בתהליך אדיאבטי.הטמפרטורה והלחץ בסוף הדחיסה גבוהה, כך הזרבובית מתבצעת באמצעות הזרקת הדלק.הוא מעורבב עם אוויר חם, הוא יוצר תערובת דליקה.זה שורף, זה מגביר את האנרגיה הפנימית של נוזל העבודה.התרחבות נוספת של הגז היא בשבץ adiabatic, מחויב.
ניסיון ליישם את מחזור דיזל במנועי חום נכשל, כך גוסטב Trinkler נוצר בשילוב המחזור Trinklera.והשימוש בו במנועי דיזל הנוכחיים.במחזור של החום המסופק על ידי isochor Trinklera, ולאחר מכן על isobars.רק אחרי שזה נעשה, תהליך התרחבות adiabatic של נוזל העבודה.אנלוגיה
ידי עם מנוע החום עובד בוכנה וטורבינה.אבל התהליך של הסרתם חום בסוף הרחבת adiabatic שימושית של הגז מתבצע על ידי isobars.למטוסים עם טורבינת תהליך וadiabatic טורבו פרופ מתבצע פעמיים במהלך דחיסה והתרחבות.
כדי להצדיק את כל מושגי היסוד של התהליך אדיאבטי הוצעו נוסחות.נראה כמות חשובה, שנקראה מדד adiabatic.הערך שלה עבור גז דו אטומי (חמצן וחנקן - הם הגזים העיקריים דו אטומיים המצויים באוויר) שווים ל- 1.4.כדי לחשב את מדד adiabatic השתמש בשני מאפיינים מעניינים, כלומר יכולת חום isobaric וisochoric של נוזל העבודה.היחס של k = CP / קורות חיים - הוא מדד adiabatic.
למה מנועי חום של מחזור תיאורטי המשמשים תהליך אדיאבטי?למעשה תהליך polytropic מבוצע, אלא משום שהם מתרחשים במהירות גבוהה, עשוי להניח היעדר החלפת חום עם הסביבה.
90% מהחשמל מופק על ידי תחנות כוח תרמיות.בהם משמש כקיטור הנוזל עובד.זה מתקבל במים רותחים.כדי להגדיל את כושר העבודה של קיטור, זה לוהט.לאחר מכן, הקיטור שחון לחץ גבוה מסופק לטורבינת הקיטור.כמו כן, התחייב קיטור תהליך התרחבות adiabatic.טורבינה מקבלת מתגלגלת, זה מועבר לגנרטור החשמלי.כי, בתורו, מייצר חשמל לצרכנים.טורבינות קיטור פועלות על מחזור רנקין.באופן אידיאלי יעילות קשורה גם לעלייה בקיטור בטמפרטורה ולחץ.
כפי שניתן לראות מהאמור לעיל, התהליך אדיאבטי הוא נפוץ מאוד בייצור של אנרגיה מכאנית והחשמלית.
