Kompresja i ekspansja adiabatyczna to dwa procesy znane w termodynamice.
W tym procesie substancja rozszerza się bez wymiany ciepła. Carnot, Diesel, Otto są przykładami proces adiabatyczny.
Główne procesy wykonywanej pracy są adiabatyczne w termodynamice. jeden to odwracalny proces adiabatyczny, a drugi to nieodwracalna ekspansja adiabatyczna.
W swobodnym rozprężaniu gazu zachodzi nieodwracalny proces adiabatyczny.
Co to jest ekspansja adiabatyczna?
Proces adiabatyczny w termodynamice jest stosowany w różnych cyklach
Jest to ekspansja substancji w układzie bez wymiany ciepła lub masy z otoczeniem.
Ta koncepcja jest dobrze rozumiana w badaniu silnika cieplnego. ten ekspansja adiabatyczna to wyidealizowany proces bez wymiany ciepła.
W rzeczywistej praktyce ekspansja substancji jest powodowana w systemie bardzo szybko. Proces ten przebiega szybko, więc wymiana ciepła z systemu do otoczenia jest minimalna. Przepływ ciepła przez granicę jest znacznie mniejszy. Ten proces jest uważany za ekspansję adiabatyczną.
Formuła ekspansji adiabatycznej
Istnieje wiele możliwych warunków formuły ekspansji adiabatycznej.
Poczyniono pewne założenia do napędzania równania procesu ekspansji adiabatycznej.
Ściana systemu jest izolująca
Ściana systemu (cylinder) jest pozbawiona tarcia
Jeżeli tłok przemieszcza się w górę o odległość dx w wyniku działania ciśnienia P
Pracę wykonaną w systemie można podać jako,
dW = PA dx
Tutaj A jest polem przekroju poprzecznego nad górną częścią tłoka,
możemy napisać A dx = dV = zmiana objętości
dW = PdV
Ekspansja substancji jest adiabatyczna; stan substancji zmienił się z P1, V1, T1 na P2, V2, T2.
Stan procesu adiabatycznego, PVϒ = Stała = K
Całkowitą pracę nad systemem można podać jako,
Użyj P = K * V-ϒ
Proces ekspansji adiabatycznej
Proces ten jest możliwy w silniku, chłodnictwie i klimatyzacji
Ekspansja gazu jest bardzo szybka, więc wymiana ciepła pomiędzy systemem a otoczeniem jest znikoma.
Istnieją dwa procesy kompresja adiabatyczna i ekspansja adiabatyczna. W praktyce oba procesy są przeprowadzane z minimalnym transferem ciepła na granicy.
Podstawa procesu swobodnej ekspansji adiabatycznej różni się nieco od ekspansji adiabatycznej.
Załóżmy, że nalewamy gaz do jednego pudełka i łączymy z nim kolejne puste pudełko. Oba pudełka mają tę samą ścianę. Załóżmy, że przebijamy wspólną ścianę, gaz z jednej skrzynki zaczyna się rozszerzać w drugiej. Ten proces ekspansji nazywa się swobodną ekspansją.
Ten proces rozszerzania jest spowodowany objętością, więc ciśnienie staje się zerowe. Nie ma pracy z powodu braku presji. Jeśli to pudełko lub system jest izolowany termicznie, proces ten jest znany jako swobodna ekspansja adiabatyczna.
Połączenia przenikania ciepła Q = 0, praca wykonana W = 0
Współczynnik rozszerzalności adiabatycznej
W procesach termodynamicznych występują dwa ciepło właściwe.
Stosunek ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu do ciepła właściwego przy stałej objętości jest znany jako wskaźnik adiabatyczny lub stosunek ciepła właściwego.
Jeżeli Cp = wartość ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu
Cv = Wartość ciepła właściwego przy stałej objętości
ϒ = Stosunek dwóch ciepła właściwego lub wskaźnika adiabatycznego
ϒ = Cp/Cv
Indeks adiabatyczny wynosi 1.7 dla jednoatomowego gazu doskonałego, takiego jak argon, hel.
Zmiana temperatury ekspansji adiabatycznej
Wymiana ciepła w systemie ma wpływ na temperaturę systemu.
W procesie tym nie zachodzi wymiana ciepła, ale praca wykonywana przy rozprężaniu jest spowodowana obniżeniem temperatury.
Energia wewnętrzna procesu ekspansji adiabatycznej jest niższa niż procesu izotermicznego. Nie ma wymiany ciepła przy drobnych pracach.
Jeśli proces rozprężania jest swobodny, temperatura pozostaje stała. Entropia układu ma bezpośredni związek z objętością, jeśli temperatura jest stała. Ten proces jest nieodwracalny ze względu na wzrost entropii.
Ekspansja adiabatyczna
Praca wykonana w procesie jest funkcją wymiany ciepła i energii wewnętrznej.
W procesie adiabatycznym wymiana ciepła wynosi zero. Wykonana praca = Zmiana energii wewnętrznej.
Połączenia rozszerzanie pracy procesu adiabatycznego podano poniżej,
Adiabatyczna ekspansja gazu
Swobodna ekspansja adiabatyczna substancji, takich jak gaz, jest pojęciem łatwym do zrozumienia.
Gaz jest rozprężany w próżni bez ciśnienia zewnętrznego. Praca w tym procesie wynosi zero, ponieważ ciśnienie zewnętrzne wynosi zero. W = P * dV
Jeżeli napełniony gaz z pojemnika może swobodnie rozprężać się w przestrzeni, nie ma żadnego ciśnienia zewnętrznego działającego na gaz.
Wykonana praca = Ciśnienie * Zmiana objętości
ciśnienie = 0, więc praca wykonana na lub z układu wynosi zero.
W procesie adiabatycznym transfer ciepła nie jest możliwy,
Według Ist prawo termodynamiki,
ΔQ – ΔW = ΔU
Gdzie ΔQ = Zero i ΔW = Zero
Więc zmiana w energia wewnętrzna = Zero.
Adiabatyczna ekspansja gazu doskonałego
Zachowanie procesu ulega zmianie, jeśli gaz jest idealny.
Ekspansja idealnej substancji, takiej jak idealny gaz, jest procesem o stałej temperaturze (proces izotermiczny)
Generalnie uważamy, że proces izentropowy i adiabatyczny są takie same, ale nie we wszystkich przypadkach są takie same. Rozważmy przykład ekspansji ideału Gaz.
Rozważamy pewne założenia dla tego procesu,
- Cylinder i tłok są bez tarcia
- Na zewnątrz tłoka i cylindra panuje podciśnienie
- Tłok i cylinder są izolowany termicznie
- Nie ma przenoszenia ciepła między systemem a otoczeniem (Proces adiabatyczny)
Jeśli pozwoli się na rozprężenie się napełnionego gazu poprzez popchnięcie tłoka, gaz rozszerza się z powodu objętości bez jakiegokolwiek ciśnienia zewnętrznego. Proces ten jest przykładem zwiększonej entropii i procesu nieodwracalnego.
Nieodwracalna ekspansja adiabatyczna
W procesie nieodwracalnym początkowy etap nie jest przywracany po zakończeniu procesu.
Entropia systemu zmienia się z powodu tarcia. Ten proces nie jest powolny jak quasi-statyczny.
Ciśnienie zewnętrzne gazu doskonałego jest stałe w procesie ekspansji adiabatycznej.
Połączenia adiabatyczna nieodwracalna ekspansja proces jest izotermiczny.
Przykład ekspansji adiabatycznej
Ich wiele procesów w inżynierii uważa się za ekspansję adiabatyczną.
- Uwolnienie powietrza z opony lub kontenera
- Rozprężanie gazu w gazie turbina adiabatyczna
- Ekspansja w parze dysza i turbina
- rozszerzenie wewnątrz układu tłokowo-cylindrowego przy założeniu
- Swobodna ekspansja adiabatyczna gazu zawartego w pojemniku
- Proces rozprężania w silniku cieplnym z założeniem
- Ogrzewanie adiabatyczne i system chłodzenia
- Urządzenie rozszerzające
Nazywam się Deepak Kumar Jani i robię doktorat w dziedzinie energii mechanicznej i odnawialnej. Mam pięcioletnie doświadczenie w nauczaniu i dwuletnie doświadczenie badawcze. Moje zainteresowania obejmują inżynierię cieplną, inżynierię samochodową, pomiary mechaniczne, rysunek techniczny, mechanikę płynów itp. Złożyłem patent na „Hybrydyzację zielonej energii do produkcji energii”. Opublikowałem 17 artykułów naukowych i dwie książki.
Cieszę się, że jestem częścią Lambdageeks i chciałbym w prosty sposób zaprezentować czytelnikom część mojej wiedzy specjalistycznej.
Poza pracą naukową i badaniami lubię wędrować po przyrodzie, fotografować przyrodę i budować świadomość na jej temat wśród ludzi.
Zapoznaj się także z moim kanałem na YouTubie dotyczącym „Zaproszenia z natury”
Witam Cię, Drogi Czytelniku,
Jesteśmy małym zespołem w Techiescience, ciężko pracującym wśród dużych graczy. Jeśli podoba Ci się to, co widzisz, udostępnij nasze treści w mediach społecznościowych. Twoje wsparcie robi wielką różnicę. Dziękuję!