Adiabatické vytápění: Co je, funguje, příklady a vyčerpávající FAKTA

In Adiabatický ohříváním se hmota ohřívá bez přidávání tepla do systému, ohřev je jednoduše způsoben kompresí objemu hmoty.

Když je plyn stlačován adiabatickými procesy, stejně jako ve válci dieselového motoru, kde je plyn natlakován a díky práci okolí, teplota plynu uvnitř válce stoupá a proces je známý jako adiabatické zahřívání.

Adiabatické procesy jsou takové, při kterých nedochází k přenosu tepla mezi systémem a okolím. Adiabatické procesy jsou obecně viditelné v plynech. V důsledku adiabatického ohřevu se teplota plynu zvyšuje s rostoucím tlakem.

Co je adiabatické vytápění

Zvýšení nebo snížení teploty bez přidání nebo odebrání tepla se nazývá adiabatické zahřívání nebo chlazení.

Adiabatický Ohřev je efektem zvýšení vnitřní energie systému v důsledku práce PdV, kterou na systému vykonává okolí. Adiabatický ohřev je také možný v izochorickém procesu

obrázek 40

Lze to demonstrovat na systému s tuhými stěnami, které jsou nepropustné pro teplo.

V izochorickém systému, protože stěny jsou tuhé, PdV práce je nulová nebo tlak v systému je konstantní a nedochází k žádné změně objemu. Nyní zvažte viskózní kapalinu, která je přítomna v systému s tuhým a tepelně izolované stěny, energie z okolí je dodávána mícháním viskózní tekutiny. Protože míchání má za následek zvýšení teploty tekutiny, což zvyšuje její vnitřní energii.  

Praktická aplikace adiabatického ohřevu je pozorována u dieselového motoru, kde se kompresí teplota palivových par dostatečně zvýší, aby došlo k jeho zapálení..

Obecně Adiabatický proces je termodynamický proces, při kterém nedochází k přenosu tepla probíhá mezi systémem a okolím. Aby se zabránilo vzájemnému působení tepla, je celý systém řádně izolován nebo proces probíhá tak rychle, že není čas na přenos tepla, i když není žádná tepelná izolace.

Vzduch je směsí různých plynů, prochází jak adiabatickým ohřevem, tak chlazením. Pokud je plyn stlačen během adiabatického procesu, jeho teplota stoupá, což ukazuje na adiabatické zahřívání. Naopak, pokud plyn expanduje během adiabatického procesu, jeho teplota klesá, což se týká adiabatického chlazení. V přírodě jasně vidíme jak adiabatické vytápění, tak chlazení.

adiabatické zahřívání

Kredit: desertmysteries.wordpress.com

Na výše uvedeném obrázku můžeme vidět adiabatické ochlazování nebo ohřívání vzduchu v důsledku expanze a stlačování plynů, kde se teplo nezískává ani neztrácí kvůli nedostatku času na výměnu tepla.

Kde dochází k adiabatickému ohřevu?

Aby mohlo dojít k adiabatickému ohřevu, měl by být systém navržen tak, aby nedocházelo k žádným tepelným ztrátám ze systému, když na systému pracuje okolí.

Je tak možný skutečný adiabatický ohřev, kdy je systém tepelně izolován od okolí a do systému je přidávána energie. Touto prací může být tlaková objemová práce nebo třecí práce.

V reálných situacích může tento stav nastat, pokud je práce FV práce tak rychlá, že na přenos tepla ze systému do okolí je k dispozici málo času nebo vůbec žádný.

An příklad takového procesu je pozorován u 4taktového vznětového vznětového motoru, kde proces komprese probíhá tak rychle, že není k dispozici žádný čas na to, aby došlo ke ztrátě tepla do okolí. Výsledný adiabatický nárůst teploty je tak rychlý a tak vysoký, že vede k samovznícení paliva.

Jaký je proces adiabatického ohřevu?

Proces adiabatického ohřevu probíhá, když na systému pracuje okolí.

Aby proces adiabatického ohřevu probíhal, existují dva způsoby, jak lze energii přeměnit na práci v „adiabaticky izolovaném“ systému. Jedním z nich je, kde se v systému provádí komprese pdv.

 Proces lisování je zde považován za beztření a stlačovaná tekutina nemá žádnou viskozitu. Tento druh vykonané práce se také nazývá izoentropický protože v systému nevzniká žádná entropie. Druhým typem procesu je izochorický ohřev tekutiny v nádobě s tuhými stěnami.

 Uvažovaná tekutina je vysoce viskózní a zahřívání se dosahuje mícháním tekutiny poskytnutím externího zdroje energie. Vzhledem k tomu, že stěny jsou tuhé a adiabaticky izolované, není zde prováděna žádná pdv práce a teplo vyvíjené mícháním viskózní tekutiny vede ke zvýšení teploty nebo adiabatickému ohřevu.

Je teplo absorbováno v adiabatickém procesu?

Adiabatický proces je takový, kdy buď neexistuje žádný zdroj odvodu tepla do okolí, nebo je dokonale izolován. V ideálním adiabatickém procesu tedy nedochází k absorpci tepla.

Pro adiabatický proces první zákon termodynamiky transformuje do: 

dU= -PdV jako dQ=0

Zde,

dU je vnitřní energie

PdV je tlak Objem práce

dQ je přenos tepla s okolím.

Jak poznáte, že je proces adiabatický?

Adiabatický proces je ideální proces a v reálném životě ho nelze dosáhnout. Procesy v reálném životě mohou být pouze přibližně adiabatické.

V termodynamice, aby byl proces adiabatický, musí být systém nepropustný pro teplo. Přenos energie mezi systémem a okolím v a adiabatický proces je možný pouze prostřednictvím práce.  

Ve skutečnosti je tento stav těžko splnitelný. Pokud se však proces provádí velmi rychle, takže není k dispozici žádný čas na rozptýlení tepla, lze tento proces označit jako přibližně adiabatický. Rychlé je zde kvalitativní a ne kvantitativní.

Pokud je časový rozsah, během kterého proces probíhá, dostatečně malý na to, aby došlo ke ztrátě nevýznamného množství energie ve srovnání se ziskem nebo ztrátou vnitřní energie systému během práce na systému nebo systémem, proces se kvalifikuje jako adiabatický proces. Příklad z reálného života adiabatický proces je ochlazování žhavého magmatu, jak stoupá na povrch zpod zemského povrchu.

Rovnice adiabatického ohřevu

Při adiabatickém ohřevu je změna teploty systému způsobena především vnitřními změnami.

Zachyťte 1

Jaký je rozdíl mezi adiabatickým vytápěním a chlazením?

Adiabatické zahřívání i chlazení se často vyskytují v konvekčním atmosférickém proudu.

Hlavní rozdíly mezi těmito dvěma jevy jsou uvedeny níže:

Adiabatické vytápěníAdiabatické chlazení
Při adiabatickém ohřevu je pozorován nárůst teploty plynu.Během adiabatického chlazení je pozorován pokles teploty.
Vzduch klesá a stlačuje se.Vzduch stoupá a expanduje.
V důsledku vysoké srážky molekul se teplota zvyšuje.V důsledku menší srážky molekul klesá teplota.
  

Adiabatické samozahřívání

Kvůli oxidaci mají některé materiály afinitu k vlastnímu ohřevu.

Adiabatické samozahřívání je výsledkem oxidace materiálu, pokud je teplo generované během oxidace rychlejší než rychlost, kterou se rozptyluje do okolí, dochází k samoohřevu. Produkované teplo zvyšuje teplotu, což podporuje oxidační proces, dokud není dosaženo teploty samovznícení.

Jedním z běžných příkladů samoohřevu pozorovaného v přírodě je samovznícení uhlí.

Samozahřívání nebo samovznícení uhlí je způsobeno jeho interakcí s kyslíkem a jeho neschopností odvádět teplo vznikající při této reakci.

Příklad adiabatického ohřevu

K adiabatickému ohřevu dochází, pokud je ideální plyn stlačen v láhvi, která je dokonale izolovaná. Výše příklad je pro ideál plyn, ale vzorce odvozené na základě výše uvedeného předpokladu lze prakticky využít v mnoha denních aplikacích.  

Příklady adiabatického ohřevu jsou:

  • Kompresní zdvih vznětového motoru, kde je stlačena směs nafty a vzduchu, což vede ke zvýšení teploty směsi, což způsobí samovznícení. Krok nastává tak rychle, že není k dispozici čas na výrazné ztráty tepla z okolí.
  • Dalším příkladem adiabatického ohřevu je ohřev vzduchové části v atmosféře, když rychle klouže po horské stěně. Postupné zvyšování atmosférického tlaku, jak vzduchová zásilka klesá, vede ke snížení objemu a zvýšení její vnitřní energie. Zde, přestože systém není izolován, protože hmota vzduchu může toto teplo vyzařovat velmi pomalu do okolí, je proces prakticky adiabatický.

Přečtěte si více o Hydronický topný systém.