التوسع Adiabatic: العملية والصيغة والنسبة والعمل والمثال والحقائق الشاملة

الضغط والتمدد الأديباتي عمليتان مشهورتان في الديناميكا الحرارية.

في هذه العملية ، يتم توسيع المادة دون انتقال الحرارة. كارنو ، ديزل ، أوتو هي أمثلة على العملية الحافظة للحرارة.

العمليات الرئيسية للعمل المنجز هو ثابت الحرارة في الديناميكا الحرارية. أحدهما عبارة عن عملية ثابتة ثابتة قابلة للانعكاس ، والآخر عبارة عن توسع ثابت ثابت الحرارة لا رجوع فيه.

تحدث عملية الحرارة غير القابلة للعكس في التمدد الحر للغاز.

ما هو التوسع ثابت الحرارة؟

تُستخدم العملية الأديباتية في الديناميكا الحرارية في دورة مختلفة

إنه تمدد المادة في النظام بدون انتقال حرارة أو كتلة مع المحيط.

هذا المفهوم مفهوم جيدًا في دراسة المحرك الحراري. ال التمدد الكاظمي هو عملية مثالية بدون انتقال للحرارة.

في الممارسة الفعلية ، يحدث توسع المادة في نظام سريع للغاية. تحدث هذه العملية بسرعة ، لذا فإن تبادل الحرارة من النظام إلى المنطقة المحيطة يكون ضئيلاً. تدفق الحرارة عبر الحدود أقل بكثير. تعتبر هذه العملية توسع ثابت الحرارة.

صيغة التوسع Adiabatic

هناك العديد من الشروط الممكنة لصيغة التوسع ثابت الحرارة.

صيغة التوسع Adiabatic

يتم وضع بعض الافتراضات لقيادة المعادلة لعملية التوسع ثابت الحرارة.

جدار النظام عازل

جدار النظام (الأسطوانة) عديم الاحتكاك

إذا كان المكبس يتحرك لأعلى بمسافة dx بسبب تأثير الضغط P.

يمكن إعطاء العمل المنجز في النظام على النحو التالي ،

dW = PA dx

هنا ، A هي منطقة المقطع العرضي فوق قمة المكبس ،

يمكننا كتابة A dx = dV = تغيير في الحجم

dW = P dV

توسع المادة ثابت الحرارة. تغيرت حالة المادة من P1 ، V1 ، T1 إلى P2 ، V2 ، T2.

حالة عملية ثابت الحرارة ، PVϒ = ثابت = ك

يمكن إعطاء إجمالي العمل على النظام على النحو التالي ،

استخدم P = K * V

التوسع ثابت الحرارة

عملية التوسع Adiabatic

هذه العملية ممكنة في المحرك والتبريد وتكييف الهواء

يتمدد الغاز بسرعة كبيرة ، وبالتالي فإن تبادل الحرارة لا يكاد يذكر بين النظام والمناطق المحيطة.

هناك نوعان من العمليات ضغط ثابت الحرارة والتوسع ثابت الحرارة. يتم تنفيذ كلتا العمليتين مع الحد الأدنى من نقل الحرارة عند الحدود في الممارسة الفعلية.

ائتمان عملية Adiabatic ويكيبيديا

تختلف عملية التوسع الحافظ للحرارة إلى حد ما عن التوسع الحافظ للحرارة.

لنفترض أننا ملأنا الغاز في صندوق واحد وضمنا إليه صندوق فارغ آخر. كلا الصندوقين لهما نفس الجدار. لنفترض أننا ثقبنا الجدار المشترك ، بدأ الغاز من أحد الصناديق في التمدد في المربع الثاني. تسمى عملية التوسع هذه بالتوسع الحر.

تحدث عملية التمدد هذه بسبب الحجم ، لذلك يصبح الضغط صفراً. لا يوجد عمل يتم بسبب عدم وجود ضغط. إذا كان هذا المربع أو النظام معزول حراريا، تُعرف العملية باسم التوسع الحرارى الحر.

نقل الحرارة س = 0 ، العمل المنجز W = 0

نسبة التوسع الأديباتي

هناك نوعان من الحرارة النوعية في العمليات الديناميكية الحرارية.

تُعرف نسبة الحرارة النوعية عند ضغط ثابت إلى حرارة محددة عند حجم ثابت بمؤشر ثابت الحرارة أو نسبة حرارة محددة.

إذا كان Cp = قيمة الحرارة النوعية عند ضغط ثابت

Cv = قيمة الحرارة النوعية عند الحجم الثابت

ϒ = نسبة مؤشري الحرارة أو الكيميائيين النوعيين

ϒ = Cp / Cv

مؤشر ثابت الحرارة هو 1.7 للغاز المثالي أحادي الذرة مثل الأرجون والهيليوم.

تغير درجة حرارة التمدد الأديباتي

ستتأثر درجة حرارة النظام إذا قام النظام بتبادل الحرارة.

لا يوجد تبادل للحرارة في هذه العملية ولكن العمل المنجز في التمدد يرجع إلى انخفاض درجة الحرارة.

الطاقة الداخلية لعملية التمدد ثابت الحرارة أقل من العملية المتساوية. لا يوجد تبادل للحرارة مع عمل بسيط يتم إنجازه.

إذا كانت عملية التمدد مجانية ، تظل درجة الحرارة ثابتة. إن إنتروبيا النظام لها علاقة مباشرة بالحجم إذا كانت درجة الحرارة ثابتة. هذه عملية لا رجوع فيها بسبب زيادة في الانتروبيا.

عمل التوسع Adiabatic

العمل المنجز في هذه العملية هو وظيفة نقل الحرارة والطاقة الداخلية.

في العملية الحافظة للحرارة ، يكون انتقال الحرارة صفرًا. العمل المنجز = التغيير في الطاقة الداخلية.

توسيع العمل لعملية ثابت الحرارة يرد أدناه ،

التوسع الأديباتي للغاز

يعد التمدد الحر للحرارة للمواد مثل الغاز مفهومًا مباشرًا لفهمه.

يتمدد الغاز في الفراغ بدون ضغط خارجي. الشغل يساوي صفرًا في هذه العملية لأن الضغط الخارجي يساوي صفرًا. W = P * dV

إذا تم السماح للغاز المملوء من الحاوية بالتمدد بحرية في الفضاء ، فلا يوجد ضغط خارجي يعمل على الغاز.

العمل المنجز = الضغط * ​​التغيير في الحجم

الضغط = 0 ، وبالتالي فإن العمل المنجز على النظام أو منه يساوي صفرًا.

في عملية ثابتة الحرارة ، لا يمكن نقل الحرارة ،

وفقا ل Ist قانون الديناميكا الحرارية ،

ΔQ - ΔW = ΔU

حيث ΔQ = صفر و ΔW = صفر

لذا فإن التغيير في الطاقة الداخلية = صفر.

التوسع الأديباتي للغاز المثالي

يتغير سلوك العملية إذا كان الغاز مثاليًا.

إن تمدد المادة المثالية مثل الغاز المثالي هو عملية درجة حرارة ثابتة (عملية متساوية الحرارة)

نحن نعتبر عمومًا العملية المتجانسة والعملية الثابتة هي نفسها ، لكنها ليست هي نفسها في جميع الحالات. دعنا نفكر في مثال على توسع المثل الأعلى الغاز.

نحن نأخذ في الاعتبار بعض الافتراضات لهذه العملية ،

إذا تم السماح للغاز المملوء بالتمدد من خلال دفع المكبس ، يتمدد الغاز بسبب الحجم دون أي ضغط خارجي. هذه العملية هي مثال على زيادة الانتروبيا وعملية لا رجوع فيها.

توسع ثابت ثابت

في عملية لا رجعة فيها ، لا يتم استعادة المرحلة الأولية بعد الانتهاء من العملية.

تختلف إنتروبيا النظام بسبب الاحتكاك. هذه العملية ليست بطيئة مثل شبه ثابتة.

يكون الضغط الخارجي للغاز المثالي ثابتًا في عملية التمدد الحافظة للحرارة.

توسع ثابت ثابت الحرارة العملية متساوية الحرارة.

مثال التوسع Adiabatic

تعتبر عملياتهم العديدة في الهندسة توسعًا ثابتًا.

  • خروج الهواء من الإطار أو الحاوية
  • تمدد الغاز في الغاز التوربين ثابت الحرارة
  • التوسع في البخار فوهة & عنفة
  • التمدد داخل ترتيب أسطوانة المكبس مع افتراض
  • تمدد حراري ثابت للغاز الموجود في الحاوية
  • عملية التوسع في المحرك الحراري بافتراض
  • التدفئة الأديباتية ونظام التبريد
  • جهاز التوسع
انتقل إلى الأعلى