Adiabatische compressie en expansie zijn twee bekende processen in de thermodynamica.
Bij dit proces wordt de substantie geëxpandeerd zonder warmteoverdracht. De Carnot, Diesel en Otto zijn voorbeelden van de adiabatisch proces.
De belangrijkste werkprocessen zijn adiabatisch in de thermodynamica. de ene is een omkeerbaar adiabatisch proces en de andere is een onomkeerbare adiabatische expansie.
Het onomkeerbare adiabatische proces vindt plaats bij de vrije expansie van gas.
Wat is adiabatische expansie?
Het adiabatische proces in thermodynamisch wordt in verschillende cycli gebruikt:
Het is de uitzetting van substantie in het systeem zonder warmte- of massaoverdracht met de omgeving.
Dit concept is goed begrepen in de studie van de warmtemotor. De adiabatische expansie is een geïdealiseerd proces zonder warmteoverdracht.
In de praktijk wordt de expansie van de stof in een systeem zeer snel veroorzaakt. Dit proces gaat snel, waardoor de uitwisseling van de warmte van het systeem naar de omgeving minimaal is. De warmtestroom door de grens is aanzienlijk minder. Dit proces wordt beschouwd als adiabatische expansie.
Adiabatische expansieformule
Er zijn veel mogelijke voorwaarden voor de adiabatische expansieformule.
Er worden enkele aannames gedaan om de vergelijking voor het adiabatische expansieproces aan te sturen.
De wand van het systeem is isolerend
De wand van het systeem (cilinder) is wrijvingsloos
Als de zuiger omhoog gaat met afstand dx als gevolg van de werking van de druk P
Het werk dat in het systeem wordt gedaan, kan worden gegeven als,
dW = PA dx
Hier is A het dwarsdoorsnede-oppervlak over de bovenkant van de zuiger,
we kunnen schrijven A dx = dV = Verandering in volume
dW = PdV
De uitzetting van de stof is adiabatisch; de toestand van de stof veranderde van P1, V1, T1 naar P2, V2, T2.
Toestand van het adiabatische proces, PVϒ = Constante = K
Het totale werk aan het systeem kan worden gegeven als,
Gebruik P = K * V-ϒ
Adiabatisch expansieproces
Dit proces is mogelijk in motor, koeling & airconditioning
De uitzetting van het gas is zeer snel, waardoor de uitwisseling van warmte tussen het systeem en de omgeving verwaarloosbaar is.
Er zijn twee processen: adiabatische compressie en adiabatische expansie. Beide processen worden in de praktijk uitgevoerd met minimale warmteoverdracht aan de grens.
De basis van het vrije adiabatische expansieproces verschilt enigszins van adiabatische expansie.
Stel we vullen de ene doos met gas en voegen daar een andere lege doos bij. Beide dozen hebben dezelfde wand. Stel dat we de gemeenschappelijke muur doorboren, dan begint het gas uit de ene doos uit te zetten in de tweede doos. Dit expansieproces wordt gratis expansie genoemd.
Dit expansieproces wordt veroorzaakt door het volume, dus de druk wordt nul. Er wordt niet gewerkt door de afwezigheid van druk. Als deze box of dit systeem is thermisch geïsoleerd, staat het proces bekend als vrije adiabatische expansie.
De warmteoverdracht Q = 0, werk gedaan W = 0
Adiabatische expansieverhouding:
Er is twee soortelijke warmte in thermodynamische processen.
De soortelijke warmteverhouding bij constante druk tot soortelijke warmte bij constant volume staat bekend als een adiabatische index of soortelijke warmteverhouding.
Als Cp = De waarde van soortelijke warmte bij constante druk
Cv = De waarde van de soortelijke warmte bij constant volume
ϒ = Verhouding van de twee soortelijke warmte of adiabatische index
ϒ = Cp / Cv
De adiabatische index is 1.7 voor het monoatomaire ideale gas zoals argon, helium.
Verandering van adiabatische expansietemperatuur
De temperatuur van het systeem wordt beïnvloed als het systeem warmte uitwisselt.
Er is geen uitwisseling van warmte in dit proces, maar het werk dat in de expansie wordt gedaan, is te wijten aan een verlaging van de temperatuur.
De interne energie van het adiabatische expansieproces is lager dan het isotherme proces. Er is geen uitwisseling van warmte met kleine werkzaamheden.
Als het expansieproces vrij is, blijft de temperatuur constant. De entropie van het systeem heeft een directe relatie met het volume als de temperatuur constant is. Deze proces is onomkeerbaar vanwege een verhoging van de entropie.
Adiabatische uitbreidingswerkzaamheden
Het werk dat in het proces wordt gedaan, is een functie van warmteoverdracht en interne energie.
In het adiabatische proces is de warmteoverdracht nul. Werk gedaan = Verandering in de Interne energie.
De uitbreidingswerk van het adiabatische proces wordt hieronder gegeven,
Adiabatische expansie van gas
De adiabatische vrije uitzetting van de stof zoals gas is een eenvoudig concept om te begrijpen.
Het gas wordt geëxpandeerd in het vacuüm zonder externe druk. De arbeid is in dit proces nul omdat de externe druk nul is. W = P * dV
Als gevuld gas uit de container vrij kan uitzetten in de ruimte, werkt er geen externe druk op het gas.
Werk gedaan = Druk * Verandering in volume
druk = 0, dus de arbeid die op of vanuit het systeem wordt verricht, is nul.
In een adiabatisch proces is de overdracht van warmte niet mogelijk,
volgens de Ist wet van de thermodynamica,
ΔQ – ΔW = ΔU
Waarbij ΔQ = nul en ΔW = nul
Dus de verandering in interne energie = Nul.
Adiabatische expansie van een ideaal gas
Het gedrag van het proces verandert als het gas ideaal is.
De expansie van de ideale stof zoals ideaal gas is een proces van constante temperatuur (isotherm proces)
Over het algemeen beschouwen we het isentropische en het adiabatische proces als hetzelfde, maar het is niet in alle gevallen hetzelfde. Laten we eens kijken naar de voorbeeld van de uitbreiding van het ideaal gas.
We beschouwen enkele aannames voor dit proces,
- De cilinder en de zuiger zijn wrijvingsloos
- Er is een vacuüm buiten de zuiger en de cilinder
- De zuiger en de cilinder zijn: thermisch geïsoleerd
- Er is geen overdracht van warmte tussen het systeem en de omgeving (adiabatisch proces)
Als gevuld gas kan uitzetten door op de zuiger te drukken, zet het gas uit door het volume zonder enige externe druk. Dit proces is een voorbeeld van verhoogde entropie en een onomkeerbaar proces.
Adiabatische onomkeerbare expansie
In het onomkeerbare proces wordt de beginfase niet hersteld na het voltooien van het proces.
De entropie van het systeem varieert als gevolg van wrijving. Dit proces is niet traag zoals quasi-statisch.
De externe druk voor een ideaal gas is constant in het adiabatische expansieproces.
De adiabatische onomkeerbare expansie proces is isotherm.
Voorbeeld van adiabatische expansie
Hun vele processen in engineering worden beschouwd als adiabatische expansie.
- Luchtontsnapping uit de band of container
- Uitbreiding van gas in gas adiabatisch turbine
- Uitbreiding in stoom mondstuk & turbine
- expansie binnen zuiger-cilinder-opstelling met een aanname
- Vrije adiabatische expansie van gas in een container
- Uitbreidingsproces in warmtemotor met een aanname
- Adiabatische verwarming en koelsysteem
- Uitbreidingsapparaat
Ik ben Deepak Kumar Jani, bezig met een doctoraat in mechanisch-hernieuwbare energie. Ik heb vijf jaar onderwijservaring en twee jaar onderzoekservaring. Mijn interessegebieden zijn thermische techniek, autotechniek, mechanische metingen, technische tekeningen, vloeistofmechanica enz. Ik heb een patent aangevraagd op "Hybridisatie van groene energie voor energieproductie". Ik heb 17 onderzoeksartikelen en twee boeken gepubliceerd.
Ik ben blij deel uit te maken van Lambdageeks en wil graag een deel van mijn expertise op een simplistische manier aan de lezers presenteren.
Naast academici en onderzoek houd ik ervan om door de natuur te dwalen, de natuur vast te leggen en mensen bewust te maken van de natuur.
Zie ook mijn You-tube Kanaal over “Invitation from Nature”