Dit artikel bespreekt in detail de omkeerbare adiabatische expansie. Een adiabatisch proces is een proces waarbij de warmteoverdracht over de wanden van het systeem niet plaatsvindt.
Omkeerbare processen zijn die processen die ideaal zijn. Men kan het volledige pad traceren dat werd gevolgd door de werkvloeistof, wat betekent dat als een proces 1-2 plaatsvindt, het van 2-1 hetzelfde pad kan volgen. Dit betekent dat er geen verliezen zijn binnen het systeem.
Wat is reversibele adiabatische expansie?
Zoals hierboven besproken, zijn omkeerbare processen ideale processen en adiabatische processen zijn processen waarbij warmteoverdracht vindt niet plaats. Omkeerbare processen zijn oneindig langzaam, dat wil zeggen in een zuigercilinderopstelling, de zuiger beweegt met een zeer lage snelheid zodat deze stationair lijkt.
Omkeerbare adiabatische expansie is het proces waarbij het volume van het gas uitzet of toeneemt nadat het proces is voltooid. Door uitzetting neemt de temperatuur van de werkvloeistof of het systeem af.
Omkeerbare adiabatische expansieformule
De formule voor adiabatische expansie toont de relatie tussen volume en temperatuur. De temperatuur neemt af naarmate het volume toeneemt.
De formule wordt hieronder gegeven-
T2-T1 = (V.1/V2)γ-1/γ
Omkeerbare adiabatische expansietemperatuur
De temperatuur neemt af naarmate het volume toeneemt. Vandaar dat bij een omkeerbaar adiabatisch expansieproces de temperatuur daalt.
De temperatuur in het omkeerbare adiabatische expansieproces neemt af naarmate het volume toeneemt. De relatie tussen volume en temperatuur wordt hierboven besproken.
Omkeerbare adiabatische expansie-entropie
Entropie is de maat voor willekeur of mate van wanorde. Het is een zeer belangrijke hoeveelheid in de thermodynamica. De efficiëntie of kwaliteit van een thermodynamische cyclus hangt af van entropie.
Bij omkeerbare adiabatische expansie is de entropie van het systeem nul. Voor elk omkeerbaar adiabatisch proces blijft de entropie van het systeem nul.
Omkeerbare adiabatische expansie van een ideaal gas
Een gas wordt als ideaal beschouwd als het wrijvingsloos is en geen verliezen oploopt terwijl het thermodynamische proces plaatsvindt. Terwijl het omgaan met problemen in de thermodynamica, wordt het gas meestal beschouwd als ideaal voor eenvoudige berekeningen.
De belangrijke formules met betrekking tot ideaal gas wanneer het een omkeerbare adiabatische expansie ondergaat, worden hieronder gegeven:
T2-T1 = (V.1/V2)γ-1/γ
en voor de relatie tussen druk en temperatuur,
T2-T1 = (Blz2/P1)γ-1/γ
Omkeerbare adiabatische expansie van een echt gas
Een echt gas is niet ideaal van aard, dat wil zeggen dat ze niet voldoen aan de ideale gaswetten. Ze vertonen samendrukbare effecten, ze zijn niet wrijvingsloos, ze hebben variabele specifieke warmtecapaciteiten enz. Daarom is het werk van een echt gas altijd minder dan het werk van ideaal gas.
De vergelijking van Van Der Wall voor een echt gas wordt hieronder gegeven-
(p + een2/V2)(V – nb) = nRT
Het is duidelijk dat het werk dat wordt verkregen tijdens het doen van omkeerbare adiabatische expansie van echt gas veel lager is dan dat verkregen met ideaal gas.
Aannames gemaakt voor ideaal gas
Een gas kan nooit ideaal zijn. Alle gassen zijn op de een of andere manier echt. Hoewel er enkele veronderstellingen kunnen worden gemaakt met betrekking tot een ideaal gas, wat ons helpt een idee te krijgen van hoe ideaal een bepaald gas is. De veronderstellingen gemaakt voor ideaal gas worden hieronder gegeven-
- Geen interacties tussen deeltjes– De gasatomen botsen niet met elkaar.
- wrijvingsloos– Het gas zal tijdens het gehele thermodynamisch proces niet worden beïnvloed door wrijving.
- Onsamendrukbaar– De dichtheid van het gas blijft overal constant, het verandert niet met verandering in de omgevingsdruk of temperatuur.
- Heeft de neiging om te falen bij lagere temperaturen en hoge drukken– Dit gebeurt omdat de intermoleculaire interacties in dit stadium significant worden.
In praktische situaties zijn alle gassen ideaal van aard en is het gas dat het dichtst bij het ideale gas ligt Heliumgas vanwege zijn inerte Nature.
Kenmerken van een echt gas
De kenmerken van het echte gas zijn alles wat niet ideaal is in de natuur. Dit gebeurt als gevolg van intermoleculaire interacties, wrijving en andere variabelen. De kenmerken van ideaal gas zijn als volgt-
- Samendrukbaar– De echte gassen zijn samendrukbaar, wat betekent dat hun dichtheid kan worden gewijzigd.
- Variabele warmtecapaciteit– Hun warmtecapaciteiten zijn niet constant, ze kunnen veranderen met veranderingen in de omgeving.
- Van Der Walls-troepen– Deze krachten ontstaan door afstandsafhankelijke interactie tussen de moleculen. In de for-formule voor echt gas is er een correctiefactor voor zowel druk- als volume-effecten.
- Niet-evenwicht thermodynamische effecten.
Werk gedaan in omkeerbaar adiabatisch proces
De warmteoverdracht is nul in omkeerbaar adiabatisch proces. Het werk wordt dus niet overgedragen in de vorm van warmte maar verandering in volume.
De formule die de voorstelt werk gedaan in een omkeerbaar adiabatisch proces wordt hieronder gegeven-
W = nR(T1-T2)/γ-1
Afbeelding credits: Gebruiker: gestanst, Adiabatisch, CC BY-SA 3.0
Omkeerbare adiabatische expansie-enthalpie
Enthalpie is een functie van warmte. Het verandert met de hoeveelheid warmteoverdracht die plaatsvindt.
Enthalpie hangt af van de snelheid van warmteoverdracht die plaatsvindt. Omdat in een adiabatisch proces de verandering in warmte-inhoud nul is, is de enthalpie verandering is ook nul.
Omkeerbare adiabatische uitzetting eindtemperatuur
Tijdens een adiabatisch expansieproces is de eindtemperatuur altijd lager dan de initiële temperatuur als gevolg van het expansieproces.
De uiteindelijke temperatuur kan worden berekend uit de temperatuur-volumerelatie onder aangegeven-
T2/T1 = (V.1/V2)γ-1/γ
De eindtemperatuur kan ook worden berekend uit de onderstaande temperatuur-drukrelatie:
T2/T1 = (blz2/p1)γ-1/γ
Voorbeeld van omkeerbare adiabatische expansie
Geen enkel proces is volledig omkeerbaar of adiabatisch, maar het dichtst dat we bij een omkeerbaar adiabatisch proces kunnen komen, is de voortplanting van geluidsgolven in vloeistoffen.
In Carnot-cyclus (wederom een ideale cyclus) gebruikt omkeerbaar adiabatische expansie en omkeerbare adiabatische compressie voor expansie- en compressiedoeleinden.
Waarom entropieverandering voor een omkeerbaar adiabatisch proces nul is?
De entropie van een systeem verandert als de warmte-inhoud van het systeem verandert. sinds de warmteoverdracht is verboden door de muren van het adiabatische systeem, de netto entropieverandering is ook nul.
Grafisch zijn de eigenschappen die een gesloten pad vormen nul. Dat betekent dat het startpunt en het eindpunt hetzelfde zijn. In het geval van entropie, omdat het een omkeerbare cyclus volgt, keert de entropie terug naar hetzelfde pad naar zijn oorspronkelijke positie. Daarom is het nul.
Hallo….Ik ben Abhishek Khambhata, heb B. Tech in Werktuigbouwkunde gevolgd. Gedurende de vier jaar dat ik ingenieur ben, heb ik onbemande luchtvaartuigen ontworpen en gevlogen. Mijn sterke punten zijn vloeistofmechanica en thermische techniek. Mijn vierdejaarsproject was gebaseerd op de prestatieverbetering van onbemande luchtvaartuigen met behulp van zonnetechnologie. Ik wil graag in contact komen met gelijkgestemden.
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!