מהו התהליך אדיאבטי?

כדי לבנות מנוע חום, אשר יכול לעשות את העבודה על ידי שימוש בחום, אתה צריך ליצור תנאים מסוימים. קודם כל, מנוע החום לפעול במצב מחזורי, כאשר מספר התהליכים תרמודינמיים ברציפות כדי ליצור לולאה. התוצאה של גז במחזור הסגור בתוך גליל עם בוכנת מטלטלין, עובדת. אבל מחזור אחד עבור מכונית תצווה קצת, זה צריך לחזר שוב ושוב במשך זמן מה. העבודה הכוללת שנעשתה במהלך הזמן שנקבע מראש במציאות חלקי הזמן נותן עוד מושג חשוב - כוח.

באמצע המאה ה XIX, מנועי החום הראשונים נוצרו. הם עבודתם, אלא להשקיע יותר כמות החום המיוצר על ידי בעירה של דלק. זה היה הרגע שבו פיסיקאים תיאורטיים שואלים, "איך לעשות עבודת גז במנוע חום? כיצד לקבל את העבודה הכי במינימום דלק? "

כדי לבצע ניתוח של יצירות גז , זה היה צריך להציג את מערכת שלמה של הגדרות ומושגים. מכלול כל הקביעות ויצר שטח מחקר כולו, שנקרא "תרמודינאמיקת הנדסה". בתרמודינמיקה, אומצה על ידי מספר הנחות, אינה גורעת מן המסקנות העיקריות. גוף כלים - גז חלוף (לא קיים בטבע) אשר ניתן לדחוס לאפס נפח שמולקולות לא אינטראקציה. בסביבה הטבעית שלהם להתקיים רק גזים אמיתיים, אשר יש מוגדרים היטב מאפיינים נבדלו הגז האידיאלי.

כדי להציג מודל של הדינמיקה של הנוזל עבודה, הוצע חוקי התרמודינמיקה, אשר מתארים את התהליכים הבסיסיים התרמודינמית כגון:

• תהליך isochoric - תהליך מתבצע מבלי לשנות את עוצמת הקול של נוזל העבודה. תנאי התהליך isochoric, v = const;
• תהליך isobaric - תהליך מתבצע מבלי לשנות את הלחץ בנוזל עובד. תנאי התהליך isobaric, P = const;
• בידוד תרמי (בידוד תרמי) תהליך - תהליך מבוצע תוך שמירה על הטמפרטורה ברמה מראש. תנאי תהליך איזותרמי, T = const;
• תהליך אדיאבטי (adiabatic, אז זה נקרא ההנדסה התרמית המודרנית) - תהליך, בצע במרחב בלי חילופי חום עם הסביבה. תנאי תהליך אדיאבטי, q = 0;
• תהליך polytropic - הוא התהליך הכללי המתאר את כל התהליך תרמודינמי שהוזכר לעיל, כמו גם את כל אפשרויות האחרות שיש לקיים גליל עם בוכנת מטלטלין.

במהלך היצירה של מנועי החום הראשונים חפש מחזור שבו כדי לקבל את היעילות הגבוהה ביותר (מקדם ביצועים). סאדי קרן, ובודק קבוצה של תהליכים תרמודינמיים, על גחמה הלך להתפתחות המחזור שלה, הקרוי על שמו - המחזור קרן. זה ברצף ביצע בידוד תרמי, אזי תהליך הדחיסה adiabatic. הנוזל לעבוד אחרי יישום התהליכים אלה יש רזרבה של אנרגיה פנימית, אבל המחזור עדיין לא הושלם, כך זורם עובר מורחב ובצע תהליך התרחבות בידוד תרמי. כדי להשלים את המחזור ולחזור פרמטרים הנוזלים הראשוניים העבודה, תהליך התרחבות adiabatic מבוצע.

קרן הוכיח כי יעיל במחזור שלה מגיע לשיא, ותלוי רק הטמפרטורות של שתי איזותרמות. ככל ההבדל ביניהם, את יעילות תרמית גבוהה בהתאם. ניסיונות ליצור מנוע חום של המחזור קרן ואת לא צלחו. זהו מחזור אידיאלי אשר לא ניתן לבצע. אבל הוא הוכיח את העיקרון המרכזי של החוק השני של התרמודינמיקה, על חוסר האפשרות למצוא עבודה, שווה את העלויות של אנרגיה תרמית. מספר ההגדרות נוסח החוק השני החוק (החוק) של תרמודינאמיקה, לפיה רודולף קלאוזיוס הציג את מושג האנטרופיה. המסקנה העיקרית של המחקר שלו - אנטרופיה גדלה, אשר מובילה "מוות" תרמית.

ההישג החשוב ביותר היה ההבנה קלאוזיוס של תהליך אדיאבטי ביישומו של נוזל עובד האנטרופיה אינה משנה. לכן, תהליך אדיאבטי קלאוזיוס - הוא s = const. הנה זה - היא אנטרופיה, אשר נותנת שם אחר התהליך מתבצע מבלי לספק או הסרת חום, - תהליך isentropic. מדענים מחפשים כגון מנוע חום מחזור, בכל מקום בו חלה עלייה באנטרופיה. אבל, למרבה הצער, זה שהוא לא יכול ליצור. לכן להסיק כי מנוע חום לא יכול להיווצר בכלל.

אבל לא כל החוקרים הוגדרו כך פסימי. הם חיפשו את מחזורי בפועל עבור מכונות תרמית. כתוצאת החיפושים שלהם ניקולאוס אוגוסט אוטו נוצר מנוע החום במחזור שלו, אשר כעת מיושם במנועים פועלים על בנזין. כאן, התהליך מבוצע על ידי דחיסת adiabatic של גוף העבודה ואספקת חום isochoric (שריפת דלקים בווליום קבוע), אז יש רחבת adiabatic (עבודה נעשית על ידי המדיום עובד התהליך של הגדלת נפחיו), והסרה חומה isochoric. מנועי הבעירה הפנימיים הראשונים של מחזור האוטו שמשו גז הדלק הדליק. רב אחר כך הומצא מאיידים שהפכו benzovozdushnoy ליצור תערובת של אוויר עם באדי דלק ומאכיל אותם אל גליל המנוע.

בשנת אוטו תערובת דלק מחזור דחוסה, כך כמות הדחיסה שלה קטנה יחסית - תערובת הדלק יש נטייה לפוצץ (להתפוצץ כאשר בלחצים ובטמפרטורות הקריטיים). לכן, העבודה בתהליך דחיסת adiabatic היא נמוכה יחסית. כאן אנו מציגים קונספט אחר: יחס דחיסה - היחס בין הנפח הכולל נפח דחיסה.

מציאת דרכים להגדיל את יעילות הדלק של אנרגיה המשיכה. יעילות מוגברת לראות הגדלת יחס הדחיסה. רודולף דיזל פיתח מחזור שלה שבה אספקת חום מתבצעת בלחץ קבוע (בתהליך isobaric). המחזור שלה היה בסיס מנועי הצורכים סולר (הידוע גם בשם סולר). במחזור תערובת סולר לא דחוס, ואוויר. לכן, הם אומרים שהעבודה מתבצעת בתהליך adiabatic. הטמפרטורה והלחץ בסוף הדחיסה גבוהה, כך דרך הזרקת דלק הנחיר מתבצע. הוא מעורבב עם אוויר חם ליצירת תערובת דליקה. זה שורף, זה מגביר את האנרגיה הפנימית של הנוזל עובד. גז נוסף על ידי הרחבת adiabatic הוא, ביצע עבודה שבץ.

מנסה ליישם את מחזור דיזל מנועי חום נכשל, אז גוסטב Trinkler נוצר בשילוב מחזור Trinklera. ולהשתמש בו במנועי דיזל של היום. במחזור מן החום המסופק על ידי Trinklera isochore, ולאחר מכן על isobars. רק אחרי זה נעשה בתהליך adiabatic של הרחבת הזורם עובר.

על ידי אנלוגיה עם מנועי בוכנה החומות ועבודת טורבינה. אבל התהליך שלהם לסייע בסילוק החום בסוף הרחבת adiabatic שימושי הגז מבוצע על ידי isobars. במטוסים, מנועי טורבינת גז, ואת תהליך אדיאבטי טורבו פרופ מתרחש פעמים במהלך דחיסה והרחבה.

כדי להצדיק את כל מושגי היסוד של תהליך אדיאבטי הוצעו נוסחאות ההתיישבות. יש מופיע ערך חשוב, שנקרא מדד adiabatic. הערך שלה עבור גז diatomic (חמצן וחנקן - הם גזי diatomic העיקריים המצויים באוויר) השווים 1.4. יש לחשב את מדד adiabatic השתמש שני מאפיינים מעניינים, כלומר, קיבולת חום isobaric ו isochoric של הנוזל עובד. יחס K = CP / CV - הוא המדד adiabatic.

מדוע כדאי להשתמש תהליך אדיאבטי במחזורים תיאורטי של מנועי חום? למעשה ביצע תהליך polytropic, אך בשל העובדה כי הם מתרחשים בקצב גבוה, מקובל להניח בהעדר החלפת חום עם הסביבה.

90% מהחשמל מופק על ידי תחנות כוח תרמיות. בשנת בהם זורם עובר לשמש קיטור. הוא מיוצר כאשר רותחים. כדי להגדיל את קיבולת העבודה של קיטור, הוא שחון. לאחר מכן, קיטור שחון בלחץ גבוה מסופק על טורבינת קיטור. כמו כן מתקיים הרחבת קיטור תהליך אדיאבטי. טורבינה תיסחף, זה מועבר גנרטור החשמלי. זה, בתורו, מייצר חשמל לצרכנים. טורבינות קיטור לפעול על מחזור רנקין. באופן אידיאלי היעיל קשור גם לעליית קיטור בטמפרטורה ובלחץ.

כפי שניתן לראות מהאמור לעיל, תהליך adiabatic נפוץ מאוד בייצור אנרגיות מכאניות וחשמליות.