W tym artykule szczegółowo omówiono przykład adiabatyczny, czyli przykłady procesu adiabatycznego. Proces adiabatyczny jest jednym z wielu ważnych procesów termodynamicznych.
Termin adiabatyczny oznacza brak wymiany ciepła i masy. W procesie adiabatycznym nie zachodzi przenoszenie ciepła ani masy przez ściany lub granice systemu.
Czym jest proces adiabatyczny?
An adiabatyczny proces jest rodzajem procesu termodynamicznego, w którym nie ma wymiany ciepła i masy między systemem a jego otoczeniem, czyli nie ma ilości ciepła lub masy, która może wyjść lub wejść do systemu.
Transfer energii z układu adiabatycznego odbywa się w formie wykonanej pracy. Przenikanie ciepła jest zabronione przez adiabatyczne ściany systemu. Płyn roboczy wewnątrz systemu może wykonywać pracę, przesuwając ściany systemu tam iz powrotem, w górę iw dół. Na przykład tłok.
Matematycznie proces adiabatyczny można przedstawić jako:
Del Q= 0 i Del m = 0
gdzie Q reprezentuje przenikania ciepła
oraz
m oznacza transfer masy
Jaka jest praca wykonywana w procesie adiabatycznym?
Kilka parametrów jest wymaganych do obliczenia pracy wykonanej w adiabatyczny proces. Te parametry to określony stosunek, temperatura początkowa i końcowa procesu lub wartości ciśnienia początkowego i końcowego procesu.
Matematycznie,
Praca wykonywana w układzie adiabatycznym jest podana przez:
W = R/1-γ x (T2 - T1)
Gdzie,
Y to współczynnik ciepła właściwego
R jest uniwersalną stałą gazową
T1 to temperatura przed rozpoczęciem procesu adiabatycznego
T2 reprezentuje temperaturę po zakończeniu procesu adiabatycznego
Zastosowania założeń adiabatycznych
i terminów, a prawo termodynamiki dla systemu zamkniętego można zapisać jako dU=QW. Gdzie U to energia wewnętrzna systemu, Q to wymiana ciepła, a W to praca wykonana przez system lub w systemie.
- Jeśli system ma sztywne ściany, nie można zmienić objętości, stąd W=0. A ściany nie są adiabatyczne, wtedy energia jest dodawana w postaci ciepła tak, że temperatura wzrasta.
- Jeśli system ma sztywne ściany tak, że ciśnienie i objętość nie ulegają zmianie, wówczas system może przejść izochoryczny proces transferu energii. W tym przypadku również wzrasta temperatura.
- Jeśli system ma ściany adiabatyczne i sztywne, to energia jest dodawana w nielepkiej, beztarciowej pracy objętościowej ciśnienia, w której nie zachodzi zmiana fazy, a tylko wzrasta temperatura, jest to określane jako proces izentropowy (lub proces stałej entropii). Jest to proces idealny lub odwracalny.
- Jeśli ściany nie są adiabatyczne, następuje wymiana ciepła. Powoduje to wzrost losowości układu lub entropii układu.
Przykład procesów adiabatycznych
Temperatura gazu wzrasta, gdy zachodzi adiabatyczna kompresja, a temperatura gazu spada, gdy zachodzi adiabatyczna ekspansja.
Szczegółowo omówiono chłodzenie adiabatyczne i ogrzewanie adiabatyczne w poniższej sekcji.
Chłodzenie adiabatyczne– Kiedy ciśnienie w izolowanym systemie adiabatycznym spada, gaz rozszerza się, powodując, że działa on na otoczenie. Powoduje to spadek temperatury. Zjawisko to jest odpowiedzialne za powstawanie na niebie chmur soczewkowatych.
Ogrzewanie adiabatyczne- Kiedy praca jest wykonywana na adiabatycznym systemie izolowanym, ciśnienie w systemie wzrasta, a tym samym wzrasta temperatura. Ogrzewanie adiabatyczne znajduje swoje zastosowania w silniku wysokoprężnym podczas sprężania skok, aby zwiększyć temperaturę oparów paliwa na tyle, aby go zapalić.
Przykład kompresji adiabatycznej
Przyjmijmy dane silnika benzynowego podczas suwu sprężania jako:
Nieskompresowana objętość butli - 1 L
Współczynnik ciepła właściwego-7/5
Stopień sprężania silnika 10:1
Temperatura niesprężonego gazu - 300K
Ciśnienie gazu niesprężonego - 100kpa
Oblicz ostateczną temperaturę po kompresja adiabatyczna.
Rozwiązanie powyższego problemu można podać jako:
P1V1γ = C = 6.31pam.21/5
Tak więc,
P2V2γ = C = 6.31pam.21/5 = P x (0.0001m3)7/5
Tak więc ostateczną temperaturę można znaleźć za pomocą równania podanego poniżej:
T = PV/stała = 2.51 x 106 x 10-4m3/0.333 Pa.m3K-1
Wykreślanie adiabatów
Adiabat to krzywa stałej entropii na diagramie PV. Oś Y oznacza ciśnienie, oś P i X oznacza objętość, V.
- Podobnie jak w przypadku izoterm, adiabaty również zbliżają się asymptotycznie do osi P i V.
- Każda izoterma i adiabat przecinają się raz.
- Zarówno izoterma, jak i adiabat wyglądają podobnie, z wyjątkiem swobodnego rozszerzania się, kiedy adiabat ma bardziej strome nachylenie.
- Adiabaty są skierowane na północny-wschód, jeśli izotermy są w kierunku północno-wschodnim.
Adiabaty można pokazać na poniższym schemacie:
Kredytów obrazka: sierp, Entropia i temp, CC BY-SA 3.0
Czerwone krzywe reprezentują izotermy, a czarna krzywa reprezentuje adiabaty.
Przykłady procesów adiabatycznych w przemyśle
Tam są kilka miejsc, gdzie proces adiabatyczny może mieć miejsce. The przykłady procesu adiabatycznego są jak podano poniżej-
- Uwalnianie powietrza z opony pneumatycznej jest przykładem sprężania gazu z wytwarzaniem ciepła.
- Dysze, kompresory i turbiny wykorzystują wydajność adiabatyczną do ich projektowania. Można to uznać za najważniejsze zastosowania procesu adiabatycznego.
- Wahadło oscylujące w płaszczyźnie pionowej jest doskonałym przykładem procesu adiabatycznego.
- Oscylator kwantowych harmonicznych jest również przykładem procesu lub układu adiabatycznego.
- Icebox zapobiega przedostawaniu się i wychodzeniu ciepła z systemu. Jest to również przykład układu adiabatycznego.
Różnica między procesem izotermicznym a adiabatycznym
Różnica pomiędzy proces izotermiczny a proces adiabatyczny podano poniżej:
| Proces izotermiczny | Proces adiabatyczny |
| Proces izotermiczny to proces, w którym temperatura układu nie ulega zmianie. Cały proces odbywa się w stałej temperaturze. | Proces adiabatyczny to proces termodynamiczny, w którym nie zachodzi wymiana ciepła między systemem a otoczeniem, co oznacza, że nie zachodzi wymiana ciepła przez ściany systemu. |
| Wykonana praca wynika z wymiany ciepła netto w systemie. | Praca wykonana jest z powodu sieci energia wewnętrzna zmiana wewnątrz systemu. |
| Temperatury nie można zmienić. | Temperatura może być zmienna w procesie adiabatycznym. |
| Może nastąpić wymiana ciepła. | Przenoszenie ciepła nie może mieć miejsca. |
Co się dzieje, gdy butla zawierająca gaz pod wysokim ciśnieniem eksploduje?
Ilekroć butla zawierająca gaz pod wysokim ciśnieniem wybucha. Przechodzi dwa rodzaje zmian. Oni są-
- Nieodwracalna zmiana adiabatyczna.
- Temperatura gazu spada z powodu rozprężania.
Zależność ciśnienie-temperatura dla procesu adiabatycznego
Ciśnienie i temperatura są ze sobą powiązane równaniem omówionym w poniższej sekcji.
Zależność między ciśnieniem a temperaturą ułatwia nam obliczenie temperatury, jeśli podano punkty nacisku lub ciśnienia, jeśli podano punkty temperatury.
Zależność między temperaturą a ciśnieniem jest wyrażona przez:
T2/T1 = (P2/P1)γ-1/γ
Gdzie T2 jest temperaturą końcową po procesie
T1 to temperatura przed procesem adiabatycznym
P2 to ciśnienie końcowe
P1 to ciśnienie początkowe
Cześć… Jestem Abhishek Khambhata, ukończyłem studia B. Tech w inżynierii mechanicznej. Przez cztery lata mojej inżynierskiej pracy projektowałem i latałem bezzałogowymi statkami powietrznymi. Moją mocną stroną jest mechanika płynów i inżynieria cieplna. Mój projekt na czwartym roku polegał na zwiększeniu wydajności bezzałogowych statków powietrznych przy użyciu technologii słonecznej. Chciałbym nawiązać kontakt z ludźmi o podobnych poglądach.