Adiabatická expanze: Proces, Vzorec, Poměr, Práce, Příklad a vyčerpávající FAKTA

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.

CodeCogsEqn
Adiabatický expanzní vzorec

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

adiabatická expanze

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.

Adiabatic.svg
Adiabatický proces Zápočet wikipedia

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,

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