Adiabatická komprese a expanze jsou dva procesy známé v termodynamice.
V tomto procesu se látka expanduje bez přenosu tepla. Carnot, Diesel, Otto jsou příklady adiabatický proces.
Hlavní procesy vykonané práce jsou v termodynamice adiabatické. jeden je reverzibilní adiabatický proces a další je nevratná adiabatická expanze.
K nevratnému adiabatickému procesu dochází při volné expanzi plynu.
Co je adiabatická expanze?
Adiabatický proces v termodynamice se používá v různých cyklech
Je to expanze látky v systému bez přenosu tepla nebo hmoty s okolím.
Tento koncept je dobře pochopen při studiu tepelného motoru. The adiabatická expanze je idealizovaný proces bez přenosu tepla.
Ve skutečné praxi je expanze látky způsobena velmi rychlým systémem. Tento proces probíhá rychle, takže výměna tepla ze systému do okolí je minimální. Tepelný tok přes hranici je výrazně menší. Tento proces je považován za adiabatickou expanzi.
Adiabatický expanzní vzorec
Existuje mnoho možných podmínek pro vzorec adiabatické expanze.
Jsou učiněny některé předpoklady pro řízení rovnice pro proces adiabatické expanze.
Stěna systému je izolační
Stěna systému (válce) je bez tření
Jestliže se píst působením tlaku P posune nahoru o vzdálenost dx
Práce vykonaná v systému může být zadána jako,
dW = PA dx
Zde je A plocha průřezu nad horní částí pístu,
můžeme napsat A dx = dV = Změna objemu
dW = P dV
Expanze látky je adiabatická; stav látky se změnil z P1, V1, T1 na P2, V2, T2.
Stav adiabatického procesu, PVϒ = Konstanta = K
Celková práce na systému může být dána jako,
Použijte P = K * V-ϒ
Proces adiabatické expanze
Tento proces je možný u motoru, chlazení a klimatizace
Expanze plynu je velmi rychlá, takže výměna tepla mezi systémem a okolím je zanedbatelná.
Existují dva procesy adiabatická komprese a adiabatickou expanzi. Oba procesy jsou v praxi prováděny s minimálním přenosem tepla na hranici.
Princip volné adiabatické expanze je poněkud odlišný od adiabatické expanze.
Předpokládejme, že naplníme plyn do jedné krabice a spojíme s ní další prázdnou krabici. Obě krabice mají stejnou stěnu. Předpokládejme, že propíchneme společnou stěnu, plyn z jedné krabice se začne rozpínat ve druhé krabici. Tento proces expanze se nazývá volná expanze.
Tento expanzní proces je způsoben objemem, takže tlak je nulový. Nepracuje se kvůli absenci tlaku. Pokud je tato krabice nebo systém tepelně izolovanéje proces známý jako volná adiabatická expanze.
Projekt přenos tepla Q = 0, odvedená práce W = 0
Adiabatický expanzní poměr
V termodynamických procesech existují dvě specifické teplo.
Poměr měrného tepla při konstantním tlaku k měrnému teplu při konstantním objemu je známý jako adiabatický index nebo poměr měrného tepla.
Jestliže Cp = Hodnota měrného tepla při konstantním tlaku
Cv = Hodnota měrného tepla při konstantním objemu
ϒ = poměr dvou měrných tepelných nebo adiabatických indexů
ϒ = Cp / Cv
Adiabatický index je 1.7 pro monoatomický ideální plyn, jako je argon, helium.
Adiabatická expanze změna teploty
Teplota systému bude ovlivněna, pokud systém vymění teplo.
V tomto procesu nedochází k žádné výměně tepla, ale práce vykonaná při expanzi je způsobena snížením teploty.
Vnitřní energie adiabatického expanzního procesu je nižší než izotermického procesu. Při drobné práci nedochází k výměně tepla.
Pokud je expanzní proces volný, teplota zůstává konstantní. Entropie systému má přímý vztah k objemu, pokud je teplota konstantní. Tento proces je nevratný kvůli zvýšení entropie.
Adiabatické expanzní práce
Práce vykonaná v procesu je funkcí přenosu tepla a vnitřní energie.
Při adiabatickém procesu je přenos tepla nulový. Hotová práce = změna vnitřní energie.
Projekt expanzní práce adiabatického procesu je uvedeno níže,
Adiabatická expanze plynu
Adiabatická volná expanze látky, jako je plyn, je jednoduchý koncept, kterému je třeba porozumět.
Plyn expanduje ve vakuu bez vnějšího tlaku. Práce je v tomto procesu nulová, protože vnější tlak je nulový. W = P * dV
Pokud se naplněný plyn z nádoby nechá volně expandovat v prostoru, nepůsobí na plyn žádný vnější tlak.
Hotová práce = Tlak * Změna objemu
tlak = 0, takže práce vykonaná na systému nebo ze systému je nulová.
Při adiabatickém procesu není přenos tepla možný,
Podle Ist zákon termodynamiky,
ΔQ – ΔW = ΔU
Kde ΔQ = nula a ΔW = nula
Takže změna v vnitřní energie = nula.
Adiabatická expanze ideálního plynu
Chování procesu se změní, pokud je plyn ideální.
Expanze ideální látky jako ideálního plynu je proces s konstantní teplotou (izotermický proces)
Izentropický a adiabatický proces obecně považujeme za stejné, ale není to stejné ve všech případech. Uvažujme o příklad expanze ideálu Plyn.
Zvažujeme některé předpoklady pro tento proces,
- Válec a píst jsou bez tření
- Vně pístu a válce je vakuum
- Píst a válec jsou tepelně izolované
- Nedochází k přenosu tepla mezi systémem a okolím (adiabatický proces)
Pokud se naplněný plyn nechá expandovat zatlačením na píst, plyn expanduje v důsledku objemu bez jakéhokoli vnějšího tlaku. Tento proces je příkladem zvýšené entropie a nevratného procesu.
Adiabatická nevratná expanze
V nevratném procesu není počáteční fáze po dokončení procesu obnovena.
Entropie systému se mění v důsledku tření. Tento proces není pomalý jako kvazistatický.
Vnější tlak pro ideální plyn je v procesu adiabatické expanze konstantní.
Projekt adiabatická nevratná expanze proces je izotermický.
Příklad adiabatické expanze
Jejich mnoho procesů ve strojírenství je považováno za adiabatickou expanzi.
- Uvolnění vzduchu z pneumatiky nebo nádoby
- Expanze plynu v plynu turbína adiabaticky
- Expanze v páře tryska & turbína
- expanze uvnitř uspořádání píst-válec s předpokladem
- Volná adiabatická expanze plynu obsaženého v nádobě
- Expanzní proces v tepelném motoru s předpokladem
- Adiabatické zahřívání a chladicím systémem
- Expanzní zařízení
Jsem Deepak Kumar Jani a studuji doktorát v oboru mechanické a obnovitelné energie. Mám pět let pedagogické a dvouletou výzkumnou praxi. Zajímám se o tepelnou techniku, automobilovou techniku, Strojní měření, Inženýrské kreslení, Mechaniku tekutin atd. Přihlásil jsem patent na „Hybridizace zelené energie pro výrobu elektřiny“. Publikoval jsem 17 výzkumných prací a dvě knihy.
Jsem rád, že jsem součástí Lambdageeks a rád bych čtenářům představil některé své odborné znalosti zjednodušujícím způsobem.
Kromě akademiků a výzkumů mám rád putování přírodou, zachycování přírody a vytváření povědomí o přírodě mezi lidmi.
Podívejte se také na můj kanál You-tube ohledně „Pozvání z přírody“