Η απόδοση του κύκλου Stirling

Το ιδανικό μονοατομικό αέριο μιας θερμικής μηχανής υποβάλλεται στην κυκλική μεταβολή που φαίνεται στο διπλανό διάγραμμα  PV, όπου 1→2 είναι ισόθερμη εκτόνωση, 2→3 είναι ισόχωρη ψύξη, 3→4 είναι ισόθερμη συμπίεση και 4→1 είναι ισόχωρη θέρμανση μέχρι την αρχική κατάσταση. Να υπολογίσετε το θερμοδυναμικό συντελεστή απόδοσης της μηχανής και να τον συγκρίνετε με αυτόν της μηχανής Carnot, που εργάζεται ανάμεσα στις ίδιες θερμοκρασίες.

ΣΥΝΕΧΕΙΑ

Πυροβολώντας ένα αέριο…

Κυλινδρικό δοχείο με θερμικά μονωμένα τοιχώματα είναι κλεισμένο αεροστεγώς με θερμομονωτικό έμβολο μάζας M = 1,9kg, που μπορεί να κινείται χωρίς τριβές μέσα σ’ αυτό.

Το δοχείο είναι ακλόνητο με τον άξονά του οριζόντιο και περιέχει αέριο όγκου Vο = 0,8L σε θερμοκρασία Το και πίεση Pο = 105N/m², με το έμβολο να βρίσκεται σε ισορροπία.

Βλήμα μάζας m = 0,1kg κινείται οριζόντια στην προέκταση του άξονα του δοχείου και σφηνώνεται στο έμβολο, αναγκάζοντάς το να κινηθεί και να συμπιέσει το αέριο αδιαβατικά.

ΣΥΝΕΧΕΙΑ

Μιά άσκηση του Διονύση Μητρόπουλου που την …προσάρμοσα λίγο στη «νέα» ύλη.

Το πουλί που πίνει …(Drinking Bird)

Αποτελείται από δύο γυάλινους βολβούς που συνδέονται με ένα γυάλινο σωλήνα (το λαιμό του πουλιού). Ο σωλήνας εκτείνεται σχεδόν καθ ‘όλη τη διαδρομή προς τον πυθμένα του βολβού και συνδέεται με τον επάνω βολβό αλλά δεν εισέρχεται μέσα του. Ο χώρος μέσα στο πτηνό περιέχει υγρό διχλωρομεθάνιο, συνήθως χρωματισμένο.

Το πουλί είναι μια θερμική μηχανή, που εκμεταλλεύεται μια διαφορά θερμοκρασίας για τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε μηχανική. Όπως όλες οι θερμικές μηχανές θερμότητας, το πουλί λειτουργεί μέσω ενός θερμοδυναμικού κύκλου. Η αρχική κατάσταση του συστήματος είναι ένα πουλί με υγρό κεφάλι προσανατολισμένο κατακόρυφα.

Η διαδικασία λειτουργεί ως εξής:

  1. Το νερό εξατμίζεται από το τσόχα στο κεφάλι.
  2. Η εξάτμιση μειώνει τη θερμοκρασία της γυάλινης κεφαλής (θερμότητα εξάτμισης).
  3. Η μείωση της θερμοκρασίας προκαλεί συμπύκνωση ορισμένων ατμών διχλωρομεθανίου στην κεφαλή.
  4. Η χαμηλότερη θερμοκρασία και η συμπύκνωση μαζί προκαλούν την πτώση της πίεσης στην κεφαλή (από τον νόμο των ιδανικών αερίων n αυξάνει p μειώνεται).
  5. Η υψηλότερη τάση ατμών στη θερμότερη βάση ωθεί το υγρό στο λαιμό.
  6. Καθώς το υγρό ανέρχεται, το κέντρο μάζας μετατοπίζεται προς τα πάνω και το πουλί ανατρέπεται.
  7. Όταν το πτηνό αναποδογυρίζει, το κάτω άκρο του σωλήνα του λαιμού βγαίνει πάνω από την επιφάνεια του υγρού.
  8. Μια φυσαλίδα θερμού ατμού ανεβαίνει το σωλήνα. διαπερνώντας το υγρό.
  9. Το υγρό ρέει πίσω στον πυθμένα του βολβού. Η πίεση μεταξύ των βολβών κορυφής και πυθμένα, εξισώνεται.
  10. Το βάρος του υγρού στον πυθμένα του βολβού επαναφέρει το πτηνό στην κατακόρυφη θέση του.
  11. Το υγρό στο βολβό του πυθμένα θερμαίνεται από τον αέρα του περιβάλλοντος, ο οποίος βρίσκεται σε θερμοκρασία ελαφρώς υψηλότερη από τη θερμοκρασία του κεφαλιού του πουλιού.Η στάθμη του νερού κατεβαίνει και η διαδικασία θα τελειώσει όταν τελειώσει το νερό…

Ο αντιστάτης ζεσταίνει το αέριο

Το έμβολο E, κλείνει μια ποσότητα ιδανικού μονοατομικού αερίου, μέσα στο οριζόντιο κυλινδρικό δοχείο του σχήματος. Η αρχική πίεση του αερίου, ίδια με την εξωτερική ατμοσφαιρική, είναι p1 = 105 Pa. Το εμβαδόν του εμβόλου είναι Α = 0,03m2. Ένα ελατήριο σταθεράς k = 2000N/m, που έχει το φυσικό του μήκος, έχει συνδεθεί στο ένα άκρο του με το έμβολο και στο άλλο με ακλόνητο στήριγμα. Τα τοιχώματα του δοχείου και το έμβολο είναι θερμομονωτικά. Ο αρχικός όγκος του αερίου στο δοχείο είναι V1 = 0,024m3 και η αρχική θερμοκρασία είναι Τ1 = 300K. Ένας αντιστάτης με αντίσταση R = 103Ω, ζεσταίνει το αέριο για χρονικό διάστημα Δt = 10s, ανεβάζοντας τη θερμοκρασία σε Τ2 = 360Κ.
α) Βρείτε τη μετατόπιση του εμβόλου
β) Ποιες είναι οι τελικές τιμές πίεσης και όγκου του αερίου;
γ) Ποια είναι η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του αερίου;
δ) Ποια είναι η ενέργεια που ανταλλάσσει το αέριο μέσω έργου;
ε) Υπολογίστε την ενέργεια που δόθηκε στον αέρα με τον αντιστάτη.
στ) Ποια ήταν η ένταση του ρεύματος που πέρασε από τον αντιστάτη;

Απάντηση(pdf)

Απάντηση(word)

Θερμότητα – Θερμοκρασία – Θερμική ενέργεια

i) Γράφουμε με μολύβι και κάναμε λάθος. Η γόμα, δίπλα μας στο γραφείο, περιμένει εδώ και   ώρα να την χρησιμοποιήσουμε. Την παίρνουμε και σβήνουμε. Το χαρτί και η γόμα ζεστάθηκαν. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Δικαιολογείστε την απάντησή σας.
α) Η θερμότητα της γόμας αυξήθηκε.
β) Η θερμοκρασία της γόμας αυξήθηκε.
γ) Δεν υπάρχει μεταβίβαση θερμότητας αφού γόμα και χαρτί είχαν την ίδια θερμοκρασία.
δ) Μέσω του έργου της τριβής η θερμική ενέργεια του συστήματος χαρτί – γόμα αυξήθηκε.

ΣΥΝΕΧΕΙΑ(PDF)

ΣΥΝΕΧΕΙΑ(WORD)

Ας εφαρμόσουμε τον 1ο Θερμοδυναμικό Νόμο

Μια ποσότητα αερίου μπορεί να υποστεί μεταβολή από την αρχική κατάσταση Α στην τελική κατάσταση Β με τρεις διαφορετικούς τρόπους, όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Η θερμότητα που προσφέρθηκε στο αέριο στη μεταβολή 1 είναι Q1 = 10p0V0.
i) Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του αερίου στη μεταβολή 1 είναι
α) 6p0V0          β) 2p0V          γ) –2p0V0
ii) Η θερμότητα που αντάλλαξε το αέριο στη μεταβολή 2 είναι
α) p0V0            β) 11p0V          γ) –2p0V0
iii) Η θερμότητα που αντάλλαξε το αέριο στη μεταβολή 3 είναι
α) p0V0            β) 2p0V          γ) 9p0V0
iv) Ο λόγος της μέγιστης προς την ελάχιστη θερμοκρασία που έφτασε το αέριο κατά τη διάρκεια των μεταβολών είναι
α) 14    β) 15      γ) 16

 

Απάντηση

 

Μια θερμική μηχανή…

Το ιδανικό αέριο μιας θερμικής μηχανής βρίσκεται μέσα σε κύλινδρο, στην κατάσταση Α, πίεσης Ρ0, όγκου V0, απόλυτης θερμοκρασίας Τ0 και υποβάλλεται στις παρακάτω αντιστρεπτές μεταβολές:

ΑΒ: Αδιαβατική συμπίεση μέχρι να τετραπλασιαστεί η απόλυτη θερμοκρασία του

ΒΓ: Ισόθερμη εκτόνωση

ΓΑ: Ισοβαρής ψύξη μέχρι την αρχική του κατάσταση.

α) Βρείτε την πίεση, τον όγκο και την απόλυτη θερμοκρασία του αερίου στις καταστάσεις Β και Γ, παρουσιάζοντας τα αποτελέσματά σας σε πίνακα μεταβολών.

β) Να κάνετε ποιοτικά το διάγραμμα P-V.

γ) Υπολογίστε σε κάθε μεταβολή το έργο, τη μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας και το ποσό θερμότητας που ανταλλάσσει το αέριο με το περιβάλλον.

δ) Ποιος είναι ο συντελεστής απόδοσης αυτής της μηχανής;

ε) Ποιος θα ήταν  συντελεστής απόδοσης μιας μηχανής Carnot που θα λειτουργούσε ανάμεσα στις ίδιες θερμοκρασίες;

Δίνονται γ = 5/3, ln2 = 0,7. Οι απαντήσεις να δοθούν σε συνάρτηση με τα Ρ0, V0, Τ0

ΣΥΝΕΧΕΙΑ

ΜΗΧΑΝΗ OTTO

Τόσο η εφεύρεση (Thomas Newcomen) όσο και η βελτίωση της ατμομηχανής ( James Watt) κατά τον 18ο αιώνα ήταν έργο Βρετανών. Ήταν μια βρετανική αποκλειστικότητα.

Τον 19ο αιώνα η συνεχής πρόοδος στηρίχτηκε και σε Βρετανούς αλλά στο προσκήνιο της μηχανολογίας έκαναν την εμφάνισή τους και οι Γάλλοι με τον Sadi Carnot και τον Victor Regnault ,  ενώ  αργότερα η παρουσία των Γερμανών ήταν βαρύνουσα. Τόσο οι θεωρητικοί όπως ο Rudolf Clausius όσο και οι τεχνικοί, ο ένας μετά τον άλλο, ο Nicolas Otto, ο Karl Benz, o Gottlieb Daimler, ο Rudolf Diesel  και όχι μόνο  αυτοί έκαναν διαδοχικά την εμφάνισή τους.

1876. η ΜΗΧΑΝΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΕΩΣ Η ΠΡΏΤΗ μηχανή στην οποία η οποία η ΑΝΑΦΛΕΞΗ του καυσίμου γινόταν ΜΕΣΑ σε ένα κλειστό θάλαμο με πιστόνι. Μια τετράχρονη μηχανή.

Nikolaus August Otto ο Γερμανός εφευρέτης της κι ένας συγκεκριμένος ΚΥΚΛΟΣ  για τις μοσοσικλέτες και τα αυτοκίνητα του μέλλοντος με

Αδιαβατική συμπίεση  Ισόχωρη θέρμανση Αδιαβατική εκτόνωση Ισόχωρη ψύξη

Otto-Pv-diagram

ΜΗΧΑΝΗ ΟΤΤΟ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Το 1879, τη χρονιά που γεννήθηκε ο Αϊνστάιν, ο Karl Benz δουλεύοντας ανεξάρτητα από τον Otto πήρε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη δική του μηχανή εσωτερικής καύσεως.Το 1892 πούλησε το πρώτο αυτοκίνητο σε πελάτη. τρίτροχο με τετράχρονο κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Την ίδια εποχή ο Daimler επιδιώκει να φτιάξει μικρές και γρήγορες μηχανές με την ίδια τεχνολογία.

Η ΠΡΩΤΗ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΗ ΜΟΤΟΣΥΚΛΕΤΑ

Kατηγορίες

Πρόσφατα άρθρα

Σαν σήμερα

  1. 18/05/1804: O Ναπολέων Βοναπάρτης ανεβαίνει στο θρόνο της Γαλλίας.

  2. 18/05/: Διεθνής Ημέρα Μουσείων
    Aπό το 1977 η 18η Μαΐου έχει καθοριστεί ως Διεθνή Ημέρα Μουσείων. Το μήνυμα αυτής της επετείου είναι να γίνουν τα μουσεία φορείς πολιτισμικών ανταλλαγών "με σκοπό την ανάπτυξη της μόρφωσης, την αμοιβαία κατανόηση και τη συνεργασία μεταξύ των λαών".
    Δείτε το σχετικό video
Top
 
Μετάβαση σε γραμμή εργαλείων