Polytróp folyamat - stadopedia
A folyamatot polimetrop folyamatnak nevezik, amelyet az alábbi egyenlet ír le:
Az n polytropikus index bármely értéket a -∞-tól + ∞-ig terjedő tartományba tehet, de ehhez a folyamathoz állandó érték.
A polytropikus folyamat egyenletéből és a Clapeyron egyenletből olyan kifejezést kaphatunk, amely a polytrope két pontján kapcsolatot hoz létre p, v és T között:
A gázkibocsátás munkája a politróp folyamatban:
Ideális gáz esetében ez a képlet átalakítható:
A folyamatban eljuttatott vagy kivont hőmennyiséget a termodinamika első törvénye határozza meg:
az ideális gáz különleges hője egy polytróp folyamatban.
A cv. k és n = const cn = const, ezért a polytropikus folyamatot néha állandó hőteljesítményű folyamatnak nevezik.
A polytróp folyamat általánosító jelentőséggel bír, mivel az kiterjed az alapvető termodinamikai folyamatokra.
A polytrope grafikus ábrázolása p, v koordinátában, attól függően, hogy a polytróp index n.
pv 0 = const (n = 0) az izobar;
pv = const (n = 1) egy izoterm;
p 0 v = const, p 1 / ∞ v = const, pv ∞ = const - izokór;
pv k = const (n = k) az adiabat.
n> 0 hiperbolikus görbék,
n <0 – параболы.
A termikus motor egy olyan eszköz, amely képes a kapott hőmennyiséget mechanikai munkává alakítani. A termikus motorokban végzett mechanikai munkát valamilyen anyag kibővítésének folyamatában végzik el, amelyet munkatestnek neveznek. Műanyagként általában gáznemű anyagokat (benzingőz, levegő, vízgőz) használnak. A munkaterület hőtechnikai hőenergia-cserét (vagy elengedést) kap a nagy mennyiségű belső energia ellátására szolgáló hőcserélő folyamatban. Ezeket a testeket hőtárolóknak hívják.
A termodinamika első törvényéből az következik, hogy a gáz által nyert hő Q mennyisége teljesen átalakul az A munkává az izotermikus folyamatban, amelynél a belső energia változatlan marad (# 916; U = 0):
De egy ilyen egyszeri cselekmény a hő átalakítására a munka nem érdekes a technológia. Valóban létező termikus motorok (gőzgép, belső égésű motorok stb.) Ciklikusan működnek. A hőátadás folyamata és a kapott hőmennyiség átalakítása a munkába rendszeresen ismétlődik. Ennek érdekében a munkatestnek körkörös folyamatot vagy termodinamikai ciklust kell végrehajtania, amelynek során a kezdeti állapotot rendszeresen visszaállítják. Kör alakú folyamatokat mutatnak be a gáz-halmazállapotú közeg vázlatán (p, V) zárt görbék segítségével (3.11.1 ábra). Tágulással a gáz pozitív A1 munkát végez. egyenlő az abc görbe alá eső területen, sűrítés közben a gáz negatív A2 munkát végez. egyenlő modulo a görbe alatti terület cda. Az A = A1 + A2 ciklus teljes munkája az ábrán (p, V) megegyezik a ciklus területével. A munka pozitív, ha a ciklust az óramutató járásával megegyező irányban megkerülik, és A negatív, ha a ciklust az ellenkező irányba haladják.
3.11.1. Ábra. A kör alakú folyamat a diagramon (p, V). abc - bővítési görbe, cda - tömörítési görbe. Az A munkája a körfolyamatban egyenlő az abcd ábrán
A körkörös folyamatok közös tulajdonsága, hogy nem végezhetők el, és a munkatestet csak egy hőtárolóval lehet termikus érintkezésbe hozni. Legalább kettőre van szükségük. A magasabb hõmérsékletû hõtárolót fûtõnek nevezik, alacsonyabb hûtõvel. A kör alakú folyamat során a munkatest egy bizonyos mennyiségű Q1> 0 hőmennyiséget kap a fűtőberendezéstől, és a hűtőszekrényt adja a Q2 hőmennyiségnek <0. Полное количество теплоты Q, полученное рабочим телом за цикл, равно
Amikor a ciklus átkerül, a munkatest visszatér eredeti állapotához, ezért a belső energia változása nulla (# 916, U = 0). A termodinamika első törvénye szerint,
A modell. Termodinamikai ciklusok
A hatékonysági tényező azt jelzi, hogy a munkatest által a "forró" hőtartálytól kapott hőenergia mely része hasznos munkává vált. A többi (1 - # 951;) "haszontalan" volt át a hűtőbe. A hőgép hatékonysága mindig kevesebb, mint egy (# 951; <1). Энергетическая схема тепловой машины изображена на рис. 3.11.2.
3.11.2. Ábra. A hőgép teljesítménye: 1 - fűtés; 2 - hűtőszekrény; 3 - munkatest, körkörös folyamat végrehajtásával. Q1> 0, A> 0, Q2 <0; T1> T2
A gépészetben használt motorokban különböző körkörös folyamatokat használnak. Az 1. ábrán. A 3.11.3. Ábrán a benzines karburátor és a dízelmotorok ciklusai láthatók. Mindkét esetben a munkatest benzin gőz vagy dízel üzemanyag keveréke. A karburátor belső égésű motor ciklusa két izokórából (1-2, 3-4) és két adiabátból (2-3, 4-1) áll. A dízel belső égésű motor két adiabátból (1-2, 3-4), egy izobárból (2-3) és egy izokórból (4-1) álló ciklusban működik. A porlasztó motor tényleges hatásfoka körülbelül 30%, a dízelmotor 40% körül van.
3.11.3 ábra. A karburátor belső égésű motor (1) és a dízelmotor (2)
1824-ben a francia mérnök, S. Carnot egy körfolyamatot vizsgál, amely két izoterm és két adiabatumból áll, amelyek fontos szerepet játszottak a termikus folyamatok elméletének kialakításában. Ezt Carnot ciklusnak nevezik (3.11.4 ábra).
3.11.4. Ábra. A Carnot ciklus
A Carnot ciklusban a gáz, amely a hengerben van a dugattyú alatt. Az izotermikus szakaszban (1-2) a gáz hőérintkezik egy T1 hőmérsékletű forró hőtartóval (fűtőberendezéssel). A gáz kibővül izotermálisan, befejezve az A12 munkát. míg a gázmennyiség Q1 = A12 hőmennyiséget biztosít. Továbbá az adiabatikus régióban (2-3) a gáz az adiabatikus borítékba kerül, és hőcserének hiányában tovább bővül. Ebben a szakaszban a gáz elvégzi az A23> 0 munkát. A gáz hőmérséklete adiabatikus expanzióval csökken a T2 értékhez képest. A következő izotermikus szakaszon (3-4.) A gáz hőmérsékleti érintkezésbe kerül egy hideg hőtárolóval (hűtővel) T2 hőmérsékleten A diagramon (p, V) ez a munka megegyezik a ciklus területével. A Carnot ciklus minden részében zajló folyamatokat feltételezik, hogy kvázi-statikusak. Különösen az izotermikus szakaszok (1-2. És 3-4.) A végtelen hőmérsékletkülönbséggel a munkatest (gáz) és a hőtartály (fűtő vagy kondenzátor) között végbemennek. A termodinamika első törvényéből következik, hogy az adiabatikus terjeszkedés (vagy tömörítés) alatt működő gáz munkája megegyezik a veszteséggel # 916; U a belső energia. 1 mól gáz esetében ahol T1 és T2 a kezdeti és a végső gázhőmérséklet. Ebből következik, hogy a Carnot ciklus két adiabatikus szakaszán a gáz által végzett munka abszolút értékben azonos, Definíció szerint a hatékonyság # 951; Carnot ciklusKapcsolódó cikkek