Bagaimana proses adiabatik?

Untuk membangun sebuah mesin panas, yang dapat melakukan pekerjaan dengan menggunakan panas, Anda perlu membuat kondisi tertentu. Pertama-tama, mesin panas untuk beroperasi dalam mode siklik, di mana jumlah proses termodinamika berturut-turut untuk membuat lingkaran. Hasil dari gas siklus tertutup dalam silinder dengan piston bergerak, tidak bekerja. Tapi satu siklus untuk mesin batch kecil, harus iterate berulang-ulang untuk beberapa waktu. Total kerja yang dilakukan selama waktu yang telah ditentukan dalam kenyataannya dibagi waktu memberikan konsep penting lain - kekuasaan.

Di pertengahan abad XIX, mesin panas pertama diciptakan. Mereka adalah pekerjaan, tetapi menghabiskan lebih banyak lagi panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar. Saat itulah fisikawan teoritis bertanya, "Bagaimana melakukan pekerjaan gas di mesin panas? Cara mendapatkan pekerjaan yang paling dengan minimal bahan bakar? "

Untuk melakukan analisis karya gas , itu untuk memperkenalkan sistem seluruh definisi dan konsep. Totalitas semua penentuan dan menciptakan daerah penelitian seluruh, yang disebut "Teknik Termodinamika". Dalam termodinamika, diadopsi oleh sejumlah asumsi, tidak mengurangi kesimpulan utama. Alat tubuh - gas fana (tidak ada di alam) yang dapat dikompresi dengan volume nol yang molekul tidak berinteraksi. Dalam lingkungan alam hanya ada gas nyata, yang memiliki sifat yang terdefinisi dengan baik dibedakan dari gas ideal.

Untuk melihat model dinamika fluida kerja, telah menyarankan hukum termodinamika, yang menggambarkan proses termodinamika dasar seperti:

• proses isokorik - sebuah proses yang dilakukan tanpa mengubah volume fluida kerja. Kondisi isochoric proses, v = konstan;
• proses isobarik - sebuah proses yang dilakukan tanpa mengubah tekanan dalam cairan bekerja. Kondisi proses isobarik, P = konstan;
• isotermal (isotermal) proses - proses yang dilakukan sambil mempertahankan suhu pada tingkat yang telah ditentukan. Kondisi proses isotermal, T = konstan;
• Proses adiabatik (adiabatik, sehingga hal itu disebut Rekayasa Termal modern) - sebuah proses, yang dilakukan di ruang tanpa pertukaran panas dengan lingkungan. Kondisi proses adiabatik, q = 0;
• Proses politropis - adalah proses umum yang menggambarkan semua proses termodinamika yang disebutkan di atas, serta semua kemungkinan lain untuk pemenuhan dalam silinder dengan piston bergerak.

Selama pembuatan mesin panas pertama dicari siklus di mana untuk mendapatkan efisiensi tertinggi (koefisien kinerja). Sadi Carnot, memeriksa serangkaian proses termodinamika, pada iseng pergi ke pengembangan siklus, bernama setelah dia - siklus Carnot. Ini berurutan dilakukan isotermal, maka proses kompresi adiabatik. Fluida kerja setelah pelaksanaan proses ini memiliki cadangan energi internal, tetapi siklus belum selesai, sehingga fluida kerja diperluas dan melakukan proses ekspansi isotermal. Untuk melengkapi siklus dan kembali ke awal parameter fluida kerja, proses ekspansi adiabatik dilakukan.

Carnot membuktikan bahwa efisiensi dalam siklus mencapai maksimum, dan hanya bergantung pada suhu dari dua isoterm. Semakin tinggi perbedaan antara mereka, efisiensi Sejalan termal yang lebih tinggi. Upaya untuk membuat mesin panas siklus Carnot dan telah gagal. Ini adalah siklus yang ideal yang tidak dapat dilakukan. Tapi dia membuktikan prinsip utama dari hukum kedua termodinamika, tentang ketidakmungkinan mendapatkan pekerjaan, sama dengan biaya energi termal. sejumlah definisi dirumuskan hukum kedua (hukum) hukum termodinamika, yang menurut Rudolf Clausius memperkenalkan konsep entropi. Kesimpulan utama dari penelitian - entropi meningkat, yang menyebabkan termal "kematian".

Pencapaian yang paling penting adalah pemahaman Clausius proses adiabatik dalam pelaksanaannya dari fluida kerja entropi tidak berubah. Oleh karena itu, proses adiabatik Clausius - adalah s = const. Sini s - adalah entropi, yang memberikan nama lain untuk proses ini dilakukan tanpa memasok atau menghilangkan panas, - proses isentropik. Para ilmuwan sedang mencari seperti mesin panas siklus, di mana pun ada peningkatan entropi. Tapi, sayangnya, ini dia bisa tidak menciptakan. Oleh karena itu menyimpulkan bahwa mesin panas tidak dapat dibuat sama sekali.

Tapi tidak semua peneliti telah dikonfigurasi sehingga pesimis. Mereka mencari siklus yang sebenarnya untuk mesin termal. Sebagai hasil dari pencarian mereka Nikolaus August Otto menciptakan siklus mesin panas, yang sekarang sedang diterapkan di mesin yang berjalan pada bensin. Di sini, proses yang dilakukan oleh kompresi adiabatik dari tubuh kerja dan pasokan panas isochoric (pembakaran bahan bakar pada volume konstan), maka ada ekspansi adiabatik (pekerjaan dilakukan oleh media bekerja dalam proses meningkatkan volume), dan penghapusan panas isochoric. Internal mesin pembakaran pertama dari siklus Otto digunakan sebagai bahan bakar gas yang mudah terbakar. Banyak kemudian itu diciptakan karburator yang telah menjadi benzovozdushnoy membuat campuran udara dengan uap bensin dan memberi mereka makan ke silinder mesin.

Dalam Otto campuran bahan bakar siklus dikompresi, sehingga jumlah kompresi yang relatif kecil - campuran bahan bakar memiliki kecenderungan untuk meledakkan (meledak ketika tekanan kritis dan suhu). Oleh karena itu, pekerjaan dalam proses kompresi adiabatik relatif rendah. Di sini kami memperkenalkan konsep lain: rasio kompresi - rasio total volume untuk volume kompresi.

Menemukan cara untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar energi terus. Peningkatan efisiensi terlihat dalam meningkatkan rasio kompresi. Rudolf Diesel mengembangkan siklus di mana pasokan panas dilakukan pada tekanan konstan (dalam proses isobarik). siklus adalah dasar untuk mesin yang menggunakan bahan bakar diesel (juga dikenal sebagai bahan bakar diesel). Dalam siklus campuran bahan bakar Diesel tidak dikompresi, dan udara. Oleh karena itu, mereka mengatakan bahwa pekerjaan dilakukan dalam suatu proses adiabatik. Suhu dan tekanan pada akhir kompresi tinggi, sehingga melalui injeksi bahan bakar nozzle dilakukan. Hal ini dicampur dengan udara panas untuk membentuk campuran yang mudah terbakar. Luka bakar, ini meningkatkan energi internal dari fluida kerja. gas lebih lanjut oleh ekspansi adiabatik adalah, dilakukan dengan stroke yang bekerja.

Mencoba untuk menerapkan siklus Diesel mesin panas gagal, siklus sehingga Gustav Trinkler dibuat gabungan Trinklera. Dan menggunakannya di mesin diesel saat ini. Dalam siklus panas yang disediakan oleh Trinklera isochore, dan kemudian pada isobar. Hanya setelah ini dilakukan proses adiabatik ekspansi dari fluida kerja.

Dengan analogi dengan mesin panas piston dan kerja turbin. Tetapi proses mereka pemindahan panas pada akhir ekspansi adiabatik berguna gas dilakukan oleh isobar. Pada pesawat terbang, mesin turbin gas, dan proses turboprop adiabatik terjadi dua kali selama kompresi dan ekspansi.

Untuk membenarkan semua konsep dasar proses adiabatik telah diusulkan formula penyelesaian. Tampaknya ada nilai penting, disebut indeks adiabatik. nilai untuk gas diatomik (oksigen dan nitrogen - adalah gas diatomik utama hadir di udara) sebesar 1,4. Untuk menghitung indeks adiabatik digunakan memiliki dua karakteristik yang menarik, yaitu, isobarik dan isochoric kapasitas panas dari fluida kerja. Rasio k = Cp / Cv - adalah indeks adiabatik.

Mengapa menggunakan proses adiabatik dalam siklus teoritis mesin panas? Benar-benar dilakukan proses politropis, namun karena fakta bahwa mereka terjadi pada tingkat tinggi, itu diterima untuk mengasumsikan tidak adanya pertukaran panas dengan lingkungan.

90% dari listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik termal. Di mereka sebagai fluida kerja yang digunakan uap. Hal ini diproduksi ketika mendidih. Untuk meningkatkan kapasitas kerja uap, itu adalah superheated. Kemudian, tekanan tinggi uap superheated dipasok ke turbin uap. Hal ini juga berlangsung perluasan proses steam adiabatik. Turbin akan bergulir, itu ditransmisikan ke generator listrik. Itu, pada gilirannya, menghasilkan listrik bagi konsumen. turbin uap beroperasi pada siklus Rankine. Idealnya efisiensi juga berhubungan dengan peningkatan suhu dan tekanan uap.

Seperti yang terlihat dari atas, proses adiabatik sangat umum dalam produksi energi mekanik dan listrik.