La compressione e l'espansione adiabatiche sono due processi famosi in termodinamica.
In questo processo la sostanza si espande senza trasferimento di calore. Il Carnot, il Diesel, l'Otto ne sono esempi processo adiabatico.
I principali processi di lavoro svolto è adiabatico nella termodinamica. uno è un processo adiabatico reversibile e un altro è un'espansione adiabatica irreversibile.
Il processo adiabatico irreversibile avviene nella libera espansione del gas.
Cos'è l'espansione adiabatica?
Il processo adiabatico in termodinamica è utilizzato in vari cicli
È l'espansione della sostanza nel sistema senza trasferimento di calore o di massa con l'ambiente circostante.
Questo concetto è ben compreso nello studio del motore termico. Il l'espansione adiabatica è un processo idealizzato senza trasferimento di calore.
In pratica, l'espansione della sostanza è provocata in un sistema molto veloce. Questo processo avviene rapidamente, quindi lo scambio di calore dal sistema all'ambiente circostante è minimo. Il flusso di calore attraverso il confine è notevolmente inferiore. Questo processo è considerato espansione adiabatica.
Formula di espansione adiabatica
Ci sono molte condizioni possibili per la formula di espansione adiabatica.
Vengono fatte alcune ipotesi per guidare l'equazione per il processo di espansione adiabatica.
La parete del sistema è isolante
La parete del sistema (cilindro) è priva di attrito
Se il pistone sale di una distanza dx per effetto della pressione P
Il lavoro svolto nel sistema può essere dato come,
dW = PA dx
Qui, A è l'area della sezione trasversale sopra la parte superiore del pistone,
possiamo scrivere A dx = dV = Variazione di volume
DW = PdV
L'espansione della sostanza è adiabatica; lo stato della sostanza è cambiato da P1, V1, T1 a P2, V2, T2.
Condizione del processo adiabatico, PVϒ = Costante = K
Il lavoro totale sul sistema può essere dato come,
Usa P = K * V-ϒ
Processo di espansione adiabatica
Questo processo è possibile nel motore, nella refrigerazione e nell'aria condizionata
L'espansione del gas è molto veloce, quindi lo scambio di calore è trascurabile tra l'impianto e l'ambiente circostante.
Ci sono due processi compressione adiabatica ed espansione adiabatica. Entrambi i processi vengono eseguiti con un trasferimento di calore minimo al confine nella pratica reale.
Il fondamentale del processo di espansione adiabatica libera è in qualche modo diverso dall'espansione adiabatica.
Supponiamo di riempire di gas una scatola e di unirci ad un'altra scatola vuota. Entrambe le scatole hanno la stessa parete. Supponiamo di forare il muro comune, il gas da una scatola inizia ad espandersi nella seconda scatola. Questo processo di espansione è chiamato espansione libera.
Questo processo di espansione è causato dal volume, quindi la pressione diventa zero. Non c'è lavoro fatto per assenza di pressione. Se questa casella o sistema è isolato termicamente, il processo è noto come espansione adiabatica libera.
I trasferimento di calore Q = 0, Lavoro eseguito W = 0
Rapporto di espansione adiabatica
Ci sono due calore specifico nei processi termodinamici.
Il rapporto del calore specifico a pressione costante rispetto al calore specifico a volume costante è noto come indice adiabatico o rapporto del calore specifico.
Se Cp = Il valore del calore specifico a pressione costante
Cv = Il valore del calore specifico a volume costante
ϒ = Rapporto tra i due calore specifico o indice adiabatico
ϒ = Cp/Cv
L'indice adiabatico è 1.7 per il gas ideale monoatomico come argon, elio.
Variazione di temperatura di espansione adiabatica
La temperatura del sistema sarà influenzata se il sistema scambia calore.
Non c'è scambio di calore in questo processo ma il lavoro svolto nell'espansione è dovuto ad una riduzione della temperatura.
L'energia interna del processo di espansione adiabatica è inferiore al processo isotermico. Non c'è scambio di calore con lavori minori.
Se il processo di espansione è libero, la temperatura rimane costante. L'entropia del sistema ha una relazione diretta con il volume se la temperatura è costante. Questo processo è irreversibile a causa di un aumento di entropia.
Lavori di espansione adiabatica
Il lavoro svolto nel processo è una funzione del trasferimento di calore e dell'energia interna.
Nel processo adiabatico il trasferimento di calore è nullo. Lavoro svolto = Cambiamento nell'energia interna.
I lavoro di espansione del processo adiabatico è riportato di seguito,
Espansione adiabatica del gas
L'espansione libera adiabatica della sostanza come il gas è un concetto semplice da capire.
Il gas viene espanso nel vuoto senza pressione esterna. Il lavoro è zero in questo processo perché la pressione esterna è zero. W = P * dV
Se il gas riempito dal contenitore può espandersi liberamente nello spazio, non c'è pressione esterna che agisce sul gas.
Lavoro svolto = Pressione * Variazione di volume
pressione = 0, quindi il lavoro svolto sul o dal sistema è zero.
In un processo adiabatico, il trasferimento di calore non è possibile,
Secondo l'Ist legge della termodinamica,
ΔQ – ΔW = ΔU
Dove ΔQ = Zero e W = Zero
Quindi il cambio Energia interna = Zero.
Espansione adiabatica di un gas ideale
Il comportamento del processo cambia se il gas è ideale.
L'espansione della sostanza ideale come il gas ideale è un processo a temperatura costante (processo isotermico)
Generalmente consideriamo lo stesso processo isoentropico e adiabatico, ma non è lo stesso in tutti i casi. Consideriamo il esempio di espansione dell'ideale gas.
Consideriamo alcune ipotesi per questo processo,
- Il cilindro e il pistone sono privi di attrito
- C'è un vuoto all'esterno del pistone e del cilindro
- Il pistone e il cilindro sono isolato termicamente
- Non c'è trasferimento di calore tra il sistema e l'ambiente (processo adiabatico)
Se il gas riempito può espandersi spingendo il pistone, il gas si espande a causa del volume senza alcuna pressione esterna. Questo processo è un esempio di aumento dell'entropia e di un processo irreversibile.
Espansione adiabatica irreversibile
Nel processo irreversibile, la fase iniziale non viene ripristinata dopo aver completato il processo.
L'entropia del sistema varia a causa dell'attrito. Questo processo non è lento come quasi statico.
La pressione esterna per un gas ideale è costante nel processo di espansione adiabatica.
I espansione adiabatica irreversibile il processo è isotermico.
Esempio di espansione adiabatica
I loro numerosi processi in ingegneria sono considerati espansione adiabatica.
- Rilascio dell'aria dal pneumatico o dal contenitore
- Espansione di gas in gas turbina adiabaticamente
- Espansione in vapore ugello & turbina
- espansione all'interno della disposizione cilindro-pistone con un'ipotesi
- Espansione adiabatica libera del gas contenuto in un contenitore
- Processo di espansione in motore termico con un presupposto
- Riscaldamento adiabatico e sistema di raffreddamento
- Dispositivo di espansione
Sono Deepak Kumar Jani, sto perseguendo il dottorato in energia meccanica e rinnovabile. Ho cinque anni di insegnamento e due anni di esperienza di ricerca. La mia area tematica di interesse è l'ingegneria termica, l'ingegneria automobilistica, la misurazione meccanica, il disegno tecnico, la meccanica dei fluidi ecc. Ho depositato un brevetto su "Ibridazione di energia verde per la produzione di energia". Ho pubblicato 17 articoli di ricerca e due libri.
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