مثال Adiabatic: أمثلة مفصلة على عملية Adiabatic ، نظام Adiabatic ، حقائق


تناقش هذه المقالة بالتفصيل مثال ثابت الحرارة الذي يعني أمثلة على عملية ثابت الحرارة. تعتبر العملية الحافظة للحرارة واحدة من العديد من العمليات الديناميكية الحرارية المهمة.

مصطلح ثابت الحرارة يعني عدم انتقال الحرارة والكتلة. في عملية ثابتة الحرارة ، لا يحدث أي انتقال للحرارة أو الكتلة عبر جدران أو حدود النظام.

ما هي عملية ثابت الحرارة؟

An ثابت الحرارة العملية هي نوع من العمليات الديناميكية الحرارية التي لا يوجد فيها انتقال للحرارة والكتلة بين النظام ومحيطه بحيث لا يمكن للحرارة أو الكتلة الخروج أو الدخول إلى النظام.

يتم نقل الطاقة من نظام ثابت الحرارة في شكل عمل تم إنجازه. يحظر انتقال الحرارة بواسطة جدران النظام الثابتة. يمكن لسائل العمل داخل النظام أن يؤدي العمل عن طريق تحريك جدران النظام ذهابًا وإيابًا أو لأعلى ولأسفل. على سبيل المثال المكبس.

رياضيا ، يمكن تمثيل العملية الحافظة للحرارة على أنها -

دل س = 0 و دل م = 0

حيث تمثل Q نقل الحرارة

و

م يمثل النقل الجماعي

ما هو العمل الذي يتم في العملية الحافظة للحرارة؟

مطلوب معلمات قليلة لحساب العمل المنجز في ثابت الحرارة معالجة. هذه المعلمات هي نسبة محددة ودرجات حرارة البداية والنهاية للعملية أو قيم ضغط البداية والنهاية للعملية.

رياضيا ،

يتم إعطاء العمل المنجز في نظام ثابت الحرارة عن طريق-

W = R / 1-γ x (T.2 - تي1)

أين،

Y هي نسبة الحرارة النوعية

R هو ثابت الغاز العالمي

T1 هي درجة الحرارة قبل بدء العملية الحرارية

يمثل T2 درجة الحرارة بعد الانتهاء من عملية الحرارة

تطبيقات الافتراضات الثابتة

الاسم الأول قانون الديناميكا الحرارية بالنسبة لنظام مغلق يمكن كتابته كـ dU = QW. حيث ، U هي الطاقة الداخلية للنظام ، Q هي نقل الحرارة و W هي العمل الذي يقوم به النظام أو على النظام.

  • إذا كان النظام يحتوي على جدران صلبة ، فلا يمكن تغيير الحجم ومن ثم W = 0. والجدران ليست ثابتة الحرارة ، ثم تضاف الطاقة من حيث الحرارة بحيث ترتفع درجة الحرارة.
  • إذا كان النظام يحتوي على جدران صلبة بحيث لا يتغير الضغط والحجم ، فقد يخضع النظام لعملية isochoric لنقل الطاقة. في هذه الحالة أيضًا ، ترتفع درجة الحرارة.
  • إذا كان النظام يحتوي على جدران ثابتة وجدران صلبة ، يتم إضافة الطاقة في عمل حجم ضغط غير لزج وعديم الاحتكاك حيث لا يحدث أي تغيير في الطور وترتفع درجة الحرارة فقط ، وهذا ما يسمى بعملية متساوية (أو عملية إنتروبيا ثابتة). إنها عملية مثالية أو عملية قابلة للعكس.
  • إذا كانت الجدران غير ثابتة الحرارة ، فسيتم نقل الحرارة. ينتج عن هذا زيادة في عشوائية النظام أو إنتروبيا النظام.

مثال على العمليات الحافظة للحرارة

تزداد درجة حرارة الغاز عندما يحدث ضغط ثابت الحرارة وتنخفض درجة حرارة الغاز عند حدوث تمدد ثابت الحرارة.

يتم إعطاء مناقشة مفصلة حول التبريد ثابت الحرارة و تدفئة ثابتة في القسم أدناه.

التبريد Adiabatic- عندما ينخفض ​​ضغط نظام معزول ثابت الحرارة ، يتمدد الغاز مما يؤدي إلى قيام الغاز بالعمل في المناطق المحيطة. هذا يؤدي إلى انخفاض في درجة الحرارة. هذه الظاهرة مسؤولة عن تكوين السحب العدسية في السماء.

التدفئة الأديباتية- عندما يتم العمل على نظام معزول ثابت الحرارة ، يزداد ضغط النظام وبالتالي تزداد درجة الحرارة. يجد التسخين الأديباتي تطبيقات في محرك الديزل أثناء الضغط السكتة الدماغية لزيادة درجة حرارة بخار الوقود بدرجة كافية لإشعاله.

مثال على ضغط ثابت الحرارة

لنفترض بيانات محرك البنزين أثناء شوط الانضغاط كما -

حجم الاسطوانة غير مضغوط - 1 لتر

نسبة الحرارة النوعية - 7/5

نسبة ضغط المحرك - 10: 1

درجة حرارة الغاز غير المضغوط: 300 كلفن

ضغط الغاز غير المضغوط: 100 كيلو باسكال

احسب درجة الحرارة النهائية بعد ضغط ثابت الحرارة.

يمكن إعطاء حل المشكلة المذكورة أعلاه على النحو التالي:

P1V1γ = C = 6.31م.21/5

أيضا،

P2V2γ = C = 6.31م.21/5 = ف س (0.0001 م3)7/5

لذلك يمكن إيجاد درجة الحرارة النهائية باستخدام المعادلة الواردة أدناه-

T = PV / ثابت = 2.51 × 106 س 10-4m3/0.333Pa.m3K-1

التآمر adiabats

Adiabat هو منحنى الانتروبيا الثابتة على الرسم البياني PV. يشير المحور Y إلى الضغط ، بينما يشير المحور P و X إلى الحجم ، و V.

  • على غرار متساوي الحرارة ، تقترب الأديابات أيضًا من المحور P و V بشكل مقارب.
  • يتقاطع كل من الأيزوثرم والأديابات مرة واحدة.
  • يبدو كل من متساوي الحرارة والأديابات متشابهين باستثناء أثناء التمدد الحر حيث يكون للأديابات ميل أكثر انحدارًا.
  • Adiabats باتجاه الشرق الشمال الشرقي إذا كانت متساوي الحرارة باتجاه الشمال الشرقي.

يمكن عرض adiabats في الرسم البياني أدناه-

ثابت الحرارة
صورة: رسم بياني يظهر الأديابات والأيزوثرم

صورة ائتمانات: أوغبيإنتروبياندتمبCC BY-SA 3.0

تمثل المنحنيات الحمراء متساوي الحرارة ويمثل المنحنى الأسود مادة adiabats.

أمثلة على العمليات الحافظة للحرارة في الصناعة

هناك عدة أماكن حيث عملية ثابت الحرارة يمكنك أخذ مكان. ال أمثلة على عملية ثابت الحرارة هي على النحو المبين أدناه-

  • إن إطلاق الهواء من إطار هوائي هو مثال على ضغط الغاز مع توليد الحرارة.
  • الفوهات والضواغط و توربينات استخدام الكفاءة الحافظة للحرارة لتصميمها. يمكن اعتبار هذا من أكثر التطبيقات أهمية لعملية ثابت الحرارة. 
  • البندول المتذبذب في المستوى العمودي هو مثال ممتاز لعملية ثابت الحرارة.
  • المذبذب التوافقي الكمي هو أيضًا مثال على عملية أو نظام ثابت الحرارة.
  • يمنع Icebox الحرارة من الدخول أو الخروج من النظام. هذا أيضًا مثال على نظام ثابت الحرارة.

الفرق بين العملية متساوي الحرارة وعملية الحرارة

الفرق بين عملية متساوية الحرارة وعملية ثابت الحرارة مذكورة أدناه-

عملية متساوية الحرارةعملية ثابت الحرارة
 العملية المتساوية هي عملية لا تتغير فيها درجة حرارة النظام. تتم العملية برمتها عند درجة حرارة ثابتة.عملية Adiabatic هي عملية ديناميكية حرارية لا يحدث فيها انتقال للحرارة بين النظام والمناطق المحيطة مما يعني عدم وجود تبادل للحرارة عبر جدران النظام.
العمل المنجز بسبب صافي نقل الحرارة في النظام. العمل المنجز بسبب الشبكة الطاقة الداخلية تغيير داخل النظام.
لا يمكن تغيير درجة الحرارة.يمكن أن تكون درجة الحرارة متغيرة في عملية الحرارة.
يمكن أن يحدث انتقال الحرارة.لا يمكن أن يحدث نقل الحرارة.
الجدول: الفرق بين العملية متساوي الحرارة و ثابت الحرارة عملية المعالجة

ماذا يحدث عندما تنفجر أسطوانة تحتوي على غاز عالي الضغط؟

عندما تنفجر أسطوانة تحتوي على غاز عالي الضغط. يخضع لنوعين من التغييرات. هم انهم-

  • تغيير ثابت ثابت.
  • تنخفض درجة حرارة الغاز بسبب التمدد.

العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة لعملية ثابتة الحرارة

يرتبط الضغط ودرجة الحرارة ببعضهما البعض بالمعادلة الموضحة في القسم أدناه.

تجعل العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة من السهل علينا حساب درجة الحرارة إذا تم إعطاء نقاط الضغط أو الضغط إذا تم إعطاء نقاط درجة الحرارة.

يتم إعطاء العلاقة بين درجة الحرارة والضغط من خلال-

T2 / T1 = (P2 / P1)γ-1 /

حيث ، T2 هي درجة الحرارة النهائية بعد العملية

T1 هي درجة الحرارة قبل العملية الحافظة للحرارة

P2 هو الضغط النهائي

P1 هو الضغط الأولي

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات