Cili është procesi adiabatic?

Për të ndërtuar një motor të ngrohjes, e cila mund të bëjë punën duke përdorur nxehtësinë, ju keni nevojë për të krijuar kushte të caktuara. Para së gjithash, motori ngrohjes për të vepruar në një mënyrë ciklike, ku numri i proceseve të njëpasnjëshme termodinamik për të krijuar një lak. Rezultati i një gaz ciklit të mbyllur në një cilindër me një piston të luajtshme, funksionon. Por një cikël për një makinë grumbull një të vogël, ai duhet të iterate mbi dhe mbi përsëri për disa kohë. Puna totale bërë gjatë kohës paracaktuar në realitet pjesëtuar me kohë i jep një koncept të rëndësishëm - fuqinë.

Në mes të shekullit XIX, u krijuan motorët e para ngrohjes. Ato janë punë, por shpenzojnë më shumë sasinë e nxehtësisë së prodhuar nga djegia e karburantit. Ajo ishte atëherë se fizikanët teorike janë pyetur, "Si mund të punojnë me gaz në një motor ngrohjes? Si të merrni më punën me një minimum prej karburantit? "

Për të kryer analizën e veprave të gazit , ajo kishte për të futur një sistem të tërë të përkufizimeve dhe koncepteve. Tërësia e të gjitha përcaktimet dhe ka krijuar një zonë të tërë kërkimore, të quajtur "Engineering Termodinamika". Në termodinamikë, u miratua nga një numër supozimesh, nuk i heq nga konkluzionet kryesore. Tools Trupi - gazi kalimtare (nuk ekziston në natyrë), të cilat mund të jetë i ngjeshur për të zero volum molekulat e të cilit nuk bashkëveprojnë. Në mjedisin natyror të ekzistojë vetëm gazra reale, të cilat kanë veti të mirë-përcaktuara padallueshëm nga gazi ideal.

Për të parë një model të dinamikës së lëngjeve të punës, ajo ka qenë sugjeruar ligjet e termodinamikës, të cilat përshkruajnë proceset themelore termodinamik të tilla si:

• Procesi isochoric - një proces që kryhet pa ndryshuar volumin e lëngjeve të punës. Kushtet proces isochoric, V = CONST;
• Procesi isobaric - një proces që kryhet pa ndryshuar presionin në lëngun e punës. Kushtet proces isobaric, P = const;
• izotermal (izotermal) Procesi i - një proces që kryhet duke ruajtur temperatura në një nivel të paracaktuar. Kushtet proces izotermal, T = const;
• Procesi adiabatic (adiabatic, kështu që ajo është quajtur inxhinierisë moderne Termike) - një proces, kryhet në hapësirën pa shkëmbimin e nxehtësisë me mjedisin. Kushtet e procesit adiabatic, q = 0;
• Procesi politropik - është procesi i përgjithësuar që pershkruan gjitha proceset termodinamik përmendura më lart, si dhe të gjitha mundësitë e tjera për kryerjen në një cilindër me një piston luajtshme.

Gjatë krijimit të motorëve të para të nxehtësisë Fjalët cikël në të cilën për të marrë efikasitetin më të lartë (koeficienti i performancës). Sadi Carnot, duke shqyrtuar një sërë proceseve termodinamike, në një trill shkoi në zhvillimin e ciklit të tij, emrin e tij - ciklit Carnot. Ajo sekuenciale kryer izotermal, atëherë procesi adiabatic compression. Lëngu punës pas zbatimit të këtyre proceseve ka një rezervë të energjisë së brendshme, por cikli nuk ka përfunduar, kështu që lëngu të punës është zgjeruar dhe kryen procesin izotermal zgjerimit. Për të përfunduar ciklin dhe të kthehet në të punës parametrave fillestare fluide, procesi i zgjerimit adiabatic është kryer.

Carnot dëshmuar se efikasiteti në ciklin e saj arrin një maksimum, dhe varet vetëm nga temperaturat e dy isotherms. Sa më i lartë dallimi në mes tyre, efikasiteti korresponduese të lartë termike. Përpjekjet për të krijuar një motor ngrohjes e ciklit Carnot dhe kanë qenë të pasuksesshme. Kjo është një cikël ideal që nuk mund të kryhet. Por ai provoi Parimi kryesor i ligjit të dytë të termodinamikës, për pamundësinë e gjetjes së një pune, të barabartë me kostot e energjisë termike. një numër i përkufizimeve janë formuluar ligjin e dytë (ligj) ligji i termodinamikës, sipas të cilit Rudolf Clausius futi konceptin e entropisë. Përfundimi kryesor i hulumtimit të tij - entropi është në rritje, e cila çon në "vdekje" termike.

Arritja më e rëndësishme ishte të kuptuarit Clausius i procesit adiabatic në zbatimin e saj të lëngjeve të punës entropia nuk ndryshon. Prandaj, procesi adiabatic Clausius - është s = const. Këtu s - është entropi, e cila i jep një tjetër emër për procesi kryhet pa furnizimin ose të hequr ngrohjes, - proces isentropic. Shkencëtarët janë në kërkim për një motor të tillë ngrohjes ciklit, ku ka pasur një rritje të entropisë. Por, për fat të keq, këtë ai nuk mund të krijojë. Prandaj konkludohet se motori ngrohjes nuk mund të krijohet në të gjitha.

Por jo të gjithë studiuesit janë konfiguruar në mënyrë pesimiste. Ata ishin në kërkim për ciklet aktuale për makinat termike. Si rezultat i kërkimeve të tyre Nikolaus August Otto krijuar motorin e tij të ngrohjes cikli, e cila tani është duke u zbatuar në motorët kandidon për benzinë. Këtu, procesi i kryer nga ngjeshja adiabatic e trupit punues dhe furnizimin isochoric ngrohje (djegies karburantit në vëllim konstant), atëherë ka zgjerimi adiabatic (punë është bërë nga medium të punës në procesin e rritjes së vëllimit të saj), dhe heqja isochoric ngrohjes. Motorët e parë me djegie të brendshme të ciklit Otto është përdorur si gaz karburantit të ndezshme. Shumë më vonë ajo u shpik carburetors që janë bërë benzovozdushnoy të krijuar një përzierje e ajrit me avujve të benzinës dhe të ushqyerit e tyre me cilindër motor.

Në Otto përzierje e karburantit cikli është i ngjeshur, kështu që shuma e compression të relativisht të vogël të saj - përzierje e karburantit ka një tendencë për të shpërthyer (shpërthejnë kur presionet kritike dhe temperatura). Prandaj, puna në një proces compression adiabatic është relativisht i ulët. Këtu kemi prezantuar edhe një koncept: compression ratio - raporti i vëllimit total të vëllimit compression.

Gjetja e mënyrave për të rritur efikasitetin e karburantit e energjisë ka vazhduar. Rritja e efikasitetit shihet në rritjen e compression ratio. Rudolf Diesel zhvilluar ciklin e saj në të cilën furnizimit me ngrohje është kryer në presion të vazhdueshëm (në proces isobaric). cikli i saj ishte baza për motorët që përdorin naftë (e njohur edhe si naftë). Në ciklin e përzierje e karburantit Diesel nuk është i ngjeshur, dhe ajrit. Prandaj, ata thonë se puna është kryer në një proces adiabatic. Temperatura dhe presioni në fund të compression lartë, kështu që me anë të injektimit të karburantit grykë është kryer. Ajo është e përzier me ajër të nxehtë për të formuar një përzierje djegshme. Ajo djeg, kjo rrit energjinë e brendshme të lëngjeve të punës. gazi tej nga zgjerimi adiabatic është, kryer goditje të punës.

Duke u përpjekur për të zbatuar ciklin e motorëve me naftë për ngrohje dështuar, cikli kështu Gustav Trinkler krijuar kombinuar Trinklera. Dhe e përdorin atë në motorët e sotme me naftë. Në ciklin e ngrohjes furnizuara nga Trinklera isochore, dhe pastaj në isobars. Vetëm pas kësaj është bërë procesin adiabatic e zgjerimit të lëngjeve të punës.

Në analogji me motorët e ngrohjes piston dhe punën turbinë. Por, procesi i tyre i heqjes ngrohjes në fund të zgjerimit të dobishme adiabatic e gazit është kryer nga isobars. Në aeroplan, motorët me turbina me gaz, dhe procesi turbohelikë adiabatic ndodh dy herë gjatë compression dhe zgjerimin.

Për të justifikuar të gjitha konceptet themelore të procesit adiabatic janë propozuar formula e zgjidhjes. Duket se ka një vlerë të rëndësishme, i quajtur indeksi adiabatic. vlera e saj për një gaz dyatomik (oksigjenit dhe nitrogjenit - janë gazrat kryesore dyatomik pranishme në ajër) barabartë me 1.4. Për të llogaritur indeksin e adiabatic përdorur ka dy karakteristika interesante, domethënë, isobaric dhe isochoric kapacitetit të ngrohjes së lëngjeve të punës. Raporti i k = Cp / Cv - është indeks adiabatic.

Pse përdorin një proces adiabatic në ciklet teorike të motorëve të nxehtësisë? Aktualisht kryer procesin politropik, por për shkak të faktit se ato ndodhin në një shkallë të lartë, ajo është pranuar për të marrë mungesën e shkëmbimit të nxehtësisë me mjedisin.

90% e energjisë elektrike prodhohet nga termocentralet. Në to si lëngun e punës e përdorur me avull. Ajo është prodhuar kur valë. Për të rritur kapacitetin e punës së avullit, ajo është tejnxehura. Pastaj, presion të lartë avull tejnxehura është furnizuar me turbinë me avull. Ajo gjithashtu zhvillohet adiabatic zgjerimin proces avull. Turbine merr kodrina, ajo transmetohet me gjenerator elektrik. Kjo, nga ana tjetër, prodhon energji elektrike për konsumatorët. Turbinat me avull të veprojë në ciklin Rankine. Idealisht efikasiteti është i lidhur edhe me një rritje të temperaturës dhe presionit avull.

Siç shihet nga lart, një proces adiabatic është shumë e zakonshme në prodhimin e energjive mekanike dhe elektrike.