Kas ir adiabātiskais process?

Izveidot termisko mašīnu, kas varLai veiktu darbu, jo izmanto siltumu, ir nepieciešams radīt noteiktus nosacījumus. Pirmkārt, siltuma dzinējam ir jādarbojas cikliskā režīmā, kur virkne secīgu termodinamisko procesu veido ciklu. Cikla rezultātā gāze, kas ir ieslēgta cilindrā ar kustīgu virzuli, veic darbu. Taču viens ciklis periodiski darbojošai mašīnai ir mazs, tam noteikti jāatkārto noteiktas laika gaitas. Kopējais paveiktais darbs konkrētā laikā, kas dalīts ar laiku, dod vēl vienu svarīgu jēdzienu - spēku.

XIX gs. Vidū pirmais termālaismašīnas. Viņi ražoja darbu, bet pavadīja lielu daudzumu siltuma, kas iegūts, sadedzinot degvielu. Tad teorētiskie fiziķi uzdeva jautājumus: "Kā gāze darbojas siltuma dzinējā? Kā vislabāk izmantot darbu ar minimālu degvielu? "

Lai veiktu gāzes analīzi, tas bija vajadzīgsieviest visu definīciju un koncepciju sistēmu. Visu definīciju kopums, kas izveidoja veselu zinātnisku virzienu, saņēma nosaukumu: "Tehniskā termodinamika". Termodinamikā tika pieņemti vairāki pieņēmumi, kas kopumā nemazina galvenos secinājumus. Darba ķermenis ir īslaicīga gāze (kas nav dabā), ko var saspiest līdz nulles tilpumam, kuras molekulas savstarpēji mijiedarbojas. Apkārtējā dabā pastāv tikai reālas gāzes, kurām ir diezgan noteiktas īpašības, kas atšķiras no ideālas gāzes.

Apsverot darba šķidruma dinamikas modeļus, tika piedāvāti termodinamikas likumi, kas raksturo pamata termodinamiskos procesus, piemēram:

• Izohorisks process ir process, kas tiek veikts, nemainot darba šķidruma tilpumu. Izohoriskā procesa stāvoklis, v = const;
• Izobara process ir process, kas tiek veikts, nemainot spiedienu darba ķermenī. Izobāriskā procesa stāvoklis, P = const;
• Izotermisks (izotermisks) process ir process, kas tiek veikts, saglabājot temperatūru noteiktā līmenī. Izotermiskā procesa stāvoklis, T = const;
• Adiabātiskais process (adiabātiskais, tā sauktās mūsdienu siltumtehnikas) ir process, kas tiek veikts telpā bez siltuma apmaiņas ar vidi. Adiabāzes procesa stāvoklis q = 0;
• poliropeisks process ir visbagātākais process, kas apraksta visus iepriekš minētos termodinamiskos procesus, kā arī visus pārējos procesus, ko var veikt cilindrā ar kustīgu virzuli.

Pirmo siltuma dzinēju radīšanas laikāciklu, kurā ir iespējams iegūt visaugstāko efektivitāti (efektivitātes koeficients). Sadie Carnot, pētot termodinamisko procesu kopumu, viņa iedvesmas rezultātā radās viņa cikls, kurš saņēma viņa vārdu - Carnot ciklu. Tas konsekventi veic izotermisko, tad adiabātisko saspiešanas procesu. Darba ķermenim pēc šo procesu veikšanas ir iekšējās enerģijas rezerves, taču cikls vēl nav pabeigts, tāpēc darba struktūra paplašina un veic izotermas paplašināšanas procesu. Lai pabeigtu ciklu un atgrieztos darba ķermeņa sākotnējos parametros, tiek veikts adiabātiska paplašināšanas process.

Carnot pierādīja, ka viņa cikla efektivitāte sasniedzmaksimālais un ir atkarīgs tikai no abu izotermismu temperatūras. Jo augstāka atšķirība starp tām, jo ​​augstāka ir termiskā efektivitāte. Mēģinājumi izveidot termisko mašīnu Carnot ciklā nav veiksmīgi kroons. Tas ir ideāls cikls, kuru nevar izpildīt. Bet viņš pierādīja otro termodinamikas likuma galveno principu par neiespējamību iegūt darbu, kas vienāds ar siltumenerģijas izmaksām. Tika formulētas vairākas definīcijas termodinamikas otrajam likumam, uz kura pamata Rūdolfa Klauziuss iepazīstināja ar entropijas jēdzienu. Galvenais viņa pētījuma secinājums ir tāds, ka entropija nepārtraukti pieaug, kas noved pie termiskas "nāves".

Klauziusa svarīgākais sasniegums bijaizpratne adiabatic procesa tās īstenošanas darba šķidrumu entropija nemainās. Tāpēc, adiabatic process Klauziusa - ir s = const. Lūk - ir entropija, kas dod citu nosaukumu, šis process tiek veikts bez piegādes vai noņemot siltumu, - isentropic procesu. Zinātnieki meklē šāda cikla siltuma dzinēju, kur bija vērojams entropijas pieaugumu. Bet, diemžēl, viņš nevarēja izveidot šādu lietu. Tādējādi secināms, ka siltuma dzinēju nevar izveidot vispār.

Bet ne visi pētnieki bijapesimistiski. Viņi meklēja reālus ciklus siltuma mašīnām. Tā rezultātā viņu meklējumiem Nikolaus augusts Otto radīja savu cikla siltuma dzinējs, kas tagad tiek īstenota motoriem, kas darbojas ar benzīnu. Lūk, tad process adiabatic kompresiju darba ķermeņa un isochoric siltumapgādes (degvielas sadegšanas nemainīgā tilpumā) veikts, tad ir adiabātiskā izplešanās (darbs tiek veikts ar darba vidē procesā palielinot tās apjomu), un isochoric siltuma noņemšana. Pirmie iekšdedzes motori Otto cikla tika izmantota kā degvielas gāzi uzliesmojošs. Daudz vēlāk tas tika izgudrots karburatoriem, kas ir kļuvuši benzovozdushnoy izveidot maisījumu gaisa ar benzīna tvaikiem un barojot tos motora cilindru.

Otto cikls saspiež uzliesmojošu maisījumu, tādēļsaspiešanas vērtība no tās samērā nelielo - degvielas maisījuma ir tendence detonēt (eksplozīvs kritiskie spiediens un temperatūra). Tāpēc darbs pie adiabātiskās saspiešanas procesa ir salīdzinoši mazs. Šeit mēs ieviest citu jēdzienu: kompresijas pakāpe - attiecību no kopējā apjoma uz kompresijas apjomu.

Meklējot veidus, kā palielināt efektivitātiturpinājās degvielas enerģijas izmantošana. Efektivitātes palielināšanās bija saistīta ar kompresijas pakāpes palielināšanos. Rūdolfs Dīzejs izstrādāja savu ciklu, kurā siltuma piegādi veic nemainīgā spiedienā (izobara procesā). Tās cikls veidoja pamatu dzinējiem, kas izmanto dīzeļdegvielu (to sauc arī par saules enerģiju). Dīzeļdegvielas cikla laikā nav viegli uzliesmojošs maisījums, bet gaiss ir saspiests. Tādēļ viņi saka, ka darbs tiek veikts adiabātiskajā procesā. Kompresijas beigās temperatūra un spiediens ir augsti, tādēļ caur sprauslām injicē injicētājus. Tas sajaucas ar karstu gaisu, veido degošu maisījumu. Tas sadedzina, bet palielinās darba šķidruma iekšējā enerģija. Turklāt gāzes izplešanās notiek gar adiabat, tiek veikts darba gājiens.

Mēģinājums realizēt dīzeļdegvielas ciklu siltumenerģētikāmašīnu neizdevās, tāpēc Gustavs Trinklers radīja kombinēto Trinklera ciklu. To lieto mūsdienu dīzeļdzinējos. Trinklera ciklā siltumu piegādā izohors, un pēc tam izobars. Tikai pēc tam tiek veikta darba aprites adiabātiska paplašināšana.

Pēc analoģijas ar slīdošajām termiskajām mašīnāmdarbs un turbīna. Bet tajos izobārā tiek veikts siltuma noņemšanas process pēc derīgas gāzes adiabātiskās izplešanās pabeigšanas. Lidmašīnās ar gāzturbīnu un turbopropelleru dzinējiem adiabātiskais process notiek divreiz: saspiešanas un paplašināšanas laikā.

Attaisnot visus pamatjēdzienusAdiabātiskais process tika ierosinātas aprēķinu formulas. Šeit parādās svarīgs daudzums, ko sauc par adiabātisko rādītāju. Tās vērtība divatūriskajai gāzei (skābeklis un slāpeklis ir divvērtīgās gāzes, kas ir pieejamas gaisā) ir 1,4. Lai aprēķinātu adiabatiskā indeksu, ko izmanto, ir divas interesantas īpašības, proti, isobaric un isochoric siltuma kapacitāti darba šķidrumu. To attiecība k = Cp / Cv - ir adiabātiskais rādītājs.

Kāpēc siltuma mašīnu teorētiskajos ciklostiek izmantots adiabātiskais process? Patiesībā tiek veikti poliropeiskie procesi, taču sakarā ar to, ka tie notiek lielā ātrumā, parasti tiek pieņemts, ka nav siltuma apmaiņas ar vidi.

90% elektroenerģijas tiek saražota ar termālo enerģijuspēkstacijas. Tie izmanto ūdens tvaiku kā darba šķidrumu. To iegūst ar verdošu ūdeni. Lai palielinātu tvaika darba spēju, tas ir pārkarsis. Tad, pie augsta spiediena, pārkarsēts tvaiks tiek novadīts uz tvaika turbīnu. Arī šeit notiek adiabātiska tvaiku izplešanās process. Turbīna saņem rotāciju, to pārraida elektriskajam ģeneratoram. Tas savukārt patērētājiem rada elektroenerģiju. Tvaika turbīnas darbojas Rankīna cikla laikā. Ideālā gadījumā efektivitātes pieaugums ir saistīts arī ar ūdens tvaika temperatūras un spiediena paaugstināšanos.

Kā redzams no iepriekšminētā, adiabātiskais process ir ļoti izplatīts mehānisko un elektrisko enerģijas ražošanā.