7 Adiabatický proces Příklad: Různé typy, adiabatický systém

Tento článek podrobně pojednává o adiabatickém příkladu, který znamená příklady adiabatického procesu. Adiabatický proces je jedním z mnoha důležitých termodynamických procesů.

Termín adiabatický znamená žádný přenos tepla a hmoty. V adiabatickém procesu nedochází k žádnému přenosu tepla nebo hmoty přes stěny nebo hranice systému.

Co je adiabatický proces?

An adiabatické proces je druh termodynamického procesu, ve kterém nedochází k žádnému přenosu tepla a hmoty mezi systémem a jeho okolím, což není množství, které by teplo nebo hmota mohly opustit nebo vstoupit do systému.

Přenos energie z adiabatického systému probíhá ve formě vykonané práce. Přenos tepla je zakázán adiabatickými stěnami systému. Pracovní tekutina uvnitř systému může vykonávat práci pohybem stěn systému sem a tam nebo nahoru a dolů. Například píst.

Matematicky lze adiabatický proces znázornit jako

Del Q = 0 a Del m = 0

Kde Q představuje přenos tepla

A

m představuje přenos hmoty

Jaká je práce v adiabatickém procesu?

K výpočtu vykonané práce je potřeba jen málo parametrů adiabatické proces. Těmito parametry jsou konkrétní poměr, počáteční a koncové teploty procesu nebo počáteční a koncové hodnoty tlaku procesu.

Matematicky,

Práce vykonaná v adiabatickém systému je dána -

W = R/l-y x (T2 - T1)

Kde,

Y je měrný tepelný poměr

R je univerzální plynová konstanta

T1 je teplota před začátkem adiabatického procesu

T2 představuje teplotu po dokončení adiabatického procesu

Aplikace adiabatických předpokladů

Jméno zákon termodynamiky pro uzavřený systém lze zapsat jako, dU=QW. Kde U je vnitřní energie systému, Q je přenos tepla a W je práce vykonaná systémem nebo na systému.

  • Pokud má systém tuhé stěny, objem nelze změnit, proto W=0. A stěny nejsou adiabatické, pak se energie přidává ve smyslu tepla tak, že teplota stoupá.
  • Pokud má systém pevné stěny, takže se tlak a objem nemění, může systém podstoupit izochorický proces přenosu energie. I v tomto případě teplota stoupá.
  • Pokud má systém adiabatické stěny a tuhé stěny, pak se energie přidává v neviskózní, bez tření tlakové objemové práci, kde nedochází k žádné fázové změně a pouze stoupá teplota, toto se nazývá isentropický proces (nebo proces konstantní entropie). Je to ideální proces nebo reverzibilní proces.
  • Pokud jsou stěny neadiabatické, dochází k přenosu tepla. To má za následek zvýšení náhodnosti systému nebo entropie systému.

Příklad adiabatických procesů

Teplota plynu se zvyšuje při adiabatické kompresi a teplota plynu klesá, když probíhá adiabatická expanze.

Podrobná diskuse je věnována adiabatickému chlazení a adiabatické zahřívání v níže uvedené sekci.

Adiabatické chlazení– Když se tlak v adiabatickém izolovaném systému sníží, plyn expanduje a způsobí, že plyn působí na okolí. To má za následek snížení teploty. Tento jev je zodpovědný za tvorbu čočkovitých mraků na obloze.

Adiabatické chlazení

Adiabatický ohřev - Když se pracuje na adiabatickém izolovaném systému, zvyšuje se tlak v systému a tím i teplota. Adiabatický ohřev najde své aplikace v dieselových motorech během komprese zdvih, aby se teplota palivových par zvýšila natolik, aby došlo k jeho vznícení.

Adiabatické zahřívání

Příklad adiabatické komprese

Předpokládejme data benzínového motoru během jeho kompresního zdvihu jako-

Nestlačený objem válce - 1l

Poměr měrného tepla-7/5

Kompresní poměr motoru - 10:1

Teplota nestlačeného plynu- 300K

Tlak nestlačeného plynu- 100kpa

Poté vypočítejte konečnou teplotu adiabatická komprese.

Řešení výše uvedeného problému může být poskytnuto jako

P1V1γ = C = 6.31Pa.m.21/5

Takže,

P2V2γ = C = 6.31Pa.m.21/5 = P x (0.0001 m3)7/5

Takže konečnou teplotu lze zjistit pomocí rovnice uvedené níže -

T = PV/konstanta = 2.51 x 106 x 10-4m3/0.333 Pa.m3K-1

Vykreslování adiabatů

Adiabat je křivka konstantní entropie na PV diagramu. Osa Y označuje tlak, P a osa X objem, V.

  • Podobně jako izotermy se i adiabaty blíží k ose P a V asymptoticky.
  • Každá izoterma a adiabat se jednou protnou.
  • Izoterma i adiabat vypadají podobně, s výjimkou volné expanze, kdy má adiabat strmější sklon.
  • Adiabati jsou směrem na východ Severovýchod, pokud jsou izotermy směrem na severovýchod.

Adiabaty lze zobrazit na níže uvedeném diagramu -

adiabatické
Obrázek: Graf znázorňující adiabatu a izotermu

Obrázek kreditů: AugPiEntropie a teplotaCC BY-SA 3.0

Červené křivky představují izotermy a černá křivka adiabaty.

Příklady adiabatických procesů v průmyslu

Existují několik míst, kde probíhá adiabatický proces se může konat. The příklady adiabatického procesu jsou uvedeny níže -

  • Uvolňování vzduchu z pneumatiky je příkladem stlačování plynu s vývinem tepla.
příklad adiabatického procesu
  • Trysky, kompresory a turbíny využívat pro jejich konstrukci adiabatickou účinnost. To lze považovat za nejdůležitější aplikace adiabatického procesu. 
  • Oscilující kyvadlo ve vertikální rovině je dokonalým příkladem adiabatického procesu.
Oscilující kyvadlo ve svislé rovině
  • Kvantový harmonický oscilátor je také příkladem adiabatického procesu nebo systému.
  • Icebox zabraňuje pronikání tepla do systému nebo jeho výstupu ze systému. Toto je také příklad adiabatického systému.

Rozdíl mezi izotermickým a adiabatickým procesem

Rozdíl mezi izotermický proces a adiabatický proces je uveden níže -

Izotermický procesAdiabatický proces
 Izotermický děj je děj, při kterém se teplota systému nemění. Celý proces probíhá při konstantní teplotě.Adiabatický proces je termodynamický proces, při kterém nedochází k žádnému přenosu tepla mezi systémem a okolím, což znamená, že nedochází k výměně tepla přes stěny systému.
Provedená práce je způsobena čistým přenosem tepla v systému. Odvedená práce je kvůli síti vnitřní energie změna uvnitř systému.
Teplotu nelze změnit.Teplota může být v adiabatickém procesu proměnlivá.
Může dojít k přenosu tepla.Přenos tepla nemůže probíhat.
Tabulka: Rozdíl mezi izotermickým procesem a adiabatické proces

Co se stane, když vybuchne láhev obsahující vysokotlaký plyn?

Kdykoli láhev obsahující plyn exploduje vysokotlaký plyn. Prochází dvěma typy změn. Oni jsou-

  • Nevratná adiabatická změna.
  • Teplota plynu v důsledku expanze klesá.

Vztah tlak-teplota pro adiabatický proces

Tlak a teplota jsou ve vzájemném vztahu podle rovnice popsané v níže uvedené části.

Vztah mezi tlakem a teplotou nám usnadňuje výpočet teploty, jsou-li uvedeny tlakové body, nebo tlaku, jsou-li uvedeny teplotní body.

Vztah mezi teplotou a tlakem je dán -

T2/T1 = (P2/P1)y-1/y

Kde, T2 je konečná teplota po procesu

T1 je teplota před adiabatickým procesem

P2 je konečný tlak

P1 je počáteční tlak