Termodinamica este o ramură a fizicii care se ocupă de energia și lucrul unui sistem.Termodinamica se ocupă de răspunsul la scară largă al unui sistem pe care îl putem observa și măsura în experimente.Ca aerodinamici, suntem cel mai mult interesați de termodinamica sistemelor de propulsie și a fluxurilor de mare viteză.Pentru a înțelege cum funcționează un sistem de propulsie, trebuie să studiem termodinamica de bază a gazelor.
Gazele au diferite proprietăți pe care le putem observa cu ajutorul simțurilor noastre, inclusiv presiunea gazului p, temperatura T, masa și volumul V care conține gazul.Observația științifică atentă a determinat că aceste variabile sunt legate între ele, iar valorile acestor proprietăți determină starea gazului.Un proces termodinamic, cum ar fi încălzirea sau comprimarea gazului, modifică valorile variabilelor de stare într-un mod descris de legile termodinamicii. Lucrul efectuat de un gaz și căldura transferată unui gaz depind de starea inițială și finală a gazului și de procesul folosit pentru a schimba starea.
Este posibil să se efectueze o serie de procese, în care starea se schimbă în timpul fiecărui proces, dar gazul revine în cele din urmă la starea sa inițială. O astfel de serie de procese se numește un ciclu și constituie baza pentru înțelegerea motoarelor. Ciclul Carnot este unul dintre ciclurile termodinamice fundamentale și este descris pe această pagină web. Vom folosi diagrama ap-V pentru a reprezenta grafic diferitele procese din ciclul Carnot. Ciclul începe cu un gaz, colorat în galben pe figură, care este închis într-un cilindru, colorat în albastru. Volumul cilindrului este modificat de un piston roșu în mișcare, iar presiunea este modificată prin plasarea unor greutăți pe piston. Avem două surse de căldură; cea roșie este la o temperatură nominală de 300 de grade, iar cea mov este la 200 de grade. Inițial, gazul se află în starea 1, la temperatură ridicată,presiune ridicată și volum redus.
- Primul proces efectuat asupra gazului este o expansiune izotermă. Sursa de căldură de 300 de grade este adusă în contact cu butelia, iar greutatea este eliminată, ceea ce scade presiunea din gaz. Temperatura rămâne constantă, dar volumul crește. În timpul procesului de trecere de la starea 1 la starea 2, căldura este transferată de la sursă la gaz pentru a menține temperatura. Vom nota transferul de căldură prin Q1 în gaz.
- Al doilea proces efectuat asupra gazului este o expansiune adiabatică. În timpul unui proces adiabatic nu se transferă căldură în gaz. Se elimină greutate, ceea ce scade presiunea în gaz. Temperatura scade și volumul crește pe măsură ce gazul se dilată pentru a umple volumul. În timpul procesului de la starea 2 la starea 3 nu se transferă căldură.
- Cel de-al treilea proces efectuat asupra gazului este o compresie izotermă. Sursa de căldură de 200 de grade este pusă în contact cu cilindrul și se adaugă greutate, ceea ce crește presiunea în gaz. Temperatura rămâne constantă, dar volumul scade. În timpul procesului de la starea 3 la starea 4, căldura este transferată de la gaz la sursa de căldură pentru a menține temperatura. Vom observa transferul de căldură prin Q2 departe de gaz.
- Al patrulea proces efectuat asupra gazului este o compresie adiabatică. Se adaugă greutate, ceea ce crește presiunea în gaz. Temperatura crește și volumul scade pe măsură ce gazul este comprimat. În timpul procesului de la starea 4 la starea 1 nu se transferă căldură.
La sfârșitul celui de-al patrulea proces, starea gazului a revenit la starea inițială, iar ciclul poate fi repetat ori de câte ori se dorește. În timpul ciclului, munca W a fost produsă de gaz, iar cantitatea de muncă este egală cu suprafața delimitată de curbele procesului.Din prima lawo de termodinamică, cantitatea de muncă produsă este egală cu căldura netă transferată în timpul procesului:
W = Q1 – Q2
Ciclul Carnot a funcționat ca un motor, transformând căldura transferată gazului în timpul proceselor în muncă utilă. Un cicluBrayton similarexplică modul de funcționare a unui motor cu turbină de gaz, iar un cicluOttoexplică modul de funcționare a unui motor cu ardere internă.
Activități:
Vizite ghidate
Navigație..
Pagina de pornire a ghidului pentru începători