Termodynamika je obor fyziky, který se zabývá energií a prací systému.Termodynamika se zabývá reakcemi systému ve velkém měřítku, které můžeme pozorovat a měřit v experimentech.Jako aerodynamiky nás nejvíce zajímá termodynamika pohonných systémů a vysokorychlostních proudů.Abychom pochopili, jak pohonný systém funguje, musíme studovat základy termodynamiky plynů.
Plyny mají různé vlastnosti, které můžeme pozorovat našimi smysly, včetně tlaku plynu p, teploty T, hmotnosti a objemu V, který plyn obsahuje.Pečlivým vědeckým pozorováním bylo zjištěno, že tyto veličiny spolu souvisejí a hodnoty těchto vlastností určují stav plynu.Termodynamický proces, například zahřívání nebo stlačování plynu, mění hodnoty stavových veličin způsobem, který je popsán zákony termodynamiky. Práce vykonaná plynem a teplo přenesené na plyn závisí na počátečním a konečném stavu plynu a na procesu použitém ke změně stavu.
Je možné provést řadu procesů, při nichž se během každého procesu změní stav, ale plyn se nakonec vrátí do původního stavu. Takové sérii procesů se říká cyklus a tvoří základ pro pochopení motorů. Carnotův cyklus je jedním ze základních termodynamických cyklů a je popsán na této webové stránce. Ke znázornění různých procesů v Carnotově cyklu použijeme ap-V diagram. Cyklus začíná plynem, na obrázku žlutě zbarveným, který je uzavřen ve válci, modře zbarveném. Objem válce se mění pohybem červeného pístu a tlak se mění umístěním závaží na píst. Máme dva zdroje tepla; červený má jmenovitou teplotu 300 stupňů a fialový 200 stupňů. Zpočátku je plyn ve stavu 1 při vysoké teplotě,vysokém tlaku a malém objemu.
- První proces, který se s plynem provádí, je izotermická expanze. Zdroj tepla o teplotě 300 stupňů se přivede do kontaktu s válcem a odtěží se, čímž se sníží tlak v plynu. Teplota zůstává konstantní, ale objem se zvětšuje. Během procesu přechodu ze stavu 1 do stavu 2 se teplo přenáší ze zdroje do plynu, aby se udržovala teplota. Budeme si všímat přenosu tepla pomocí Q1 do plynu.
- Druhým procesem, který probíhá na plynu, je adiabatická expanze. Při adiabatickém procesu se do plynu nepřenáší žádné teplo. Odnímá se hmotnost, čímž se snižuje tlak v plynu. Teplota klesá a objem se zvětšuje, protože plyn se rozpíná, aby zaplnil svůj objem. Během procesu ze stavu 2 do stavu 3 se žádné teplo nepřenáší.
- Třetím procesem prováděným na plynu je izotermická komprese. Zdroj tepla o teplotě 200 stupňů se přivede do kontaktu s válcem a přidá se závaží, čímž se zvýší tlak v plynu. Teplota zůstává konstantní, ale objem se zmenšuje. Během procesu ze stavu 3 do stavu 4 se teplo přenáší z plynu do zdroje tepla, aby se udržovala teplota. Budeme si všímat přenosu tepla pomocí Q2 od plynu.
- Čtvrtým procesem prováděným na plynu je adiabatická komprese. Přidává se hmotnost, která zvyšuje tlak v plynu. Při stlačování plynu se zvyšuje teplota a zmenšuje objem. Během procesu ze stavu 4 do stavu 1 nedochází k přenosu tepla.
Na konci čtvrtého procesu se stav plynu vrátil do původního stavu a cyklus lze libovolně často opakovat. Během cyklu byla plynem vyprodukována práce W a množství práce se rovná ploše ohraničené křivkami procesů. zprvní věty termodynamiky vyplývá, že množství vyprodukované práce se rovná čistému teplu předanému během procesu:
W = Q1 – Q2
Carnotův cyklus fungoval jako motor, který přeměnil teplo předanéplynu během procesů na užitečnou práci. PodobnýBraytonův cyklusvysvětluje, jak funguje motor s plynovou turbínou, aOtttův cyklusvysvětluje, jak funguje motor s vnitřním spalováním.
Aktivity:
Průvodce
Navigace..
Průvodce pro začátečníky Úvodní stránka.