In diesem Artikel geht es ausführlich um die reversible adiabatische Expansion. Ein adiabatischer Prozess ist ein Prozess, bei dem keine Wärmeübertragung über die Wände des Systems stattfindet.
Reversible Prozesse sind die Prozesse, die ideal sind. Man kann den gesamten Weg zurückverfolgen, dem das Arbeitsfluid gefolgt ist, dh wenn ein Prozess 1-2 stattfindet, kann er von 2-1 dem gleichen Weg folgen. Dadurch entstehen keine Verluste innerhalb des Systems.
Was ist eine reversible adiabatische Expansion?
Wie oben diskutiert, sind reversible Prozesse ideale Prozesse und adiabatische Prozesse sind solche, bei denen Wärme übertragen wird findet nicht statt. Reversible Prozesse sind infinitesimal langsam, dh in einer Kolben-Zylinder-Anordnung bewegt sich der Kolben mit einer sehr langsamen Geschwindigkeit, so dass er stationär erscheint.
Reversible adiabatische Expansion ist der Prozess, bei dem sich das Volumen des Gases nach Abschluss des Prozesses ausdehnt oder vergrößert. Durch Expansion sinkt die Temperatur des Arbeitsmediums bzw. des Systems.
Reversible adiabatische Expansionsformel
Die Formel für adiabatische Expansion zeigt den Zusammenhang zwischen Volumen und Temperatur. Die Temperatur sinkt mit zunehmendem Volumen.
Die Formel ist unten angegeben-
T2-T1 = (V1/V2)γ-1/γ
Reversible adiabatische Expansionstemperatur
Die Temperatur nimmt mit zunehmendem Volumen ab. Daher sinkt beim reversiblen adiabatischen Expansionsprozess die Temperatur.
Die Temperatur beim reversiblen adiabatischen Expansionsprozess nimmt mit zunehmendem Volumen ab. Die Beziehung zwischen Volumen und Temperatur wird in den obigen Abschnitten erörtert.
Reversible adiabatische Expansionsentropie
Entropie ist das Maß für die Zufälligkeit oder den Grad der Unordnung. Es ist eine sehr wichtige Größe in der Thermodynamik. Die Effizienz oder Qualität eines thermodynamischen Zyklus hängt von der Entropie ab.
Bei reversibler adiabatischer Expansion ist die Entropie des Systems Null. Bei jedem reversiblen adiabatischen Prozess bleibt die Entropie des Systems Null.
Reversible adiabatische Expansion eines idealen Gases
Als ideal gilt ein Gas, wenn es reibungsfrei ist und keine Verluste erleidet thermodynamisch Prozess stattfindet. Bei der Behandlung thermodynamischer Probleme wird das Gas normalerweise als ideal für einfache Berechnungen angesehen.
Die wichtigsten Formeln bezüglich idealer Gase bei reversibler adiabatischer Expansion sind unten angegeben:
T2-T1 = (V1/V2)γ-1/γ
und für die Druck-Temperatur-Beziehung,
T2-T1 = (P.2/P1)γ-1/γ
Reversible adiabatische Expansion eines Realgases
Ein reales Gas ist von Natur aus nicht ideal, dh es gehorcht nicht den idealen Gasgesetzen. Sie zeigen kompressible Effekte, sie sind nicht reibungsfrei, sie haben variable spezifische Wärmekapazitäten usw. Daher ist die Arbeit eines realen Gases immer geringer als die Arbeit eines idealen Gases.
Die Van-Der-Wall-Gleichung für ein reales Gas ist unten angegeben:
(p + ein2/V2)(V – nb) = nRT
Offensichtlich ist die Arbeit, die bei der reversiblen adiabatischen Expansion von realem Gas erzielt wird, viel geringer als die von idealem Gas.
Annahmen für ideales Gas
Ein Gas kann nie ideal sein. Alle Gase sind auf die eine oder andere Weise real. Es können jedoch einige Annahmen bezüglich eines idealen Gases gemacht werden, die uns helfen, eine Vorstellung davon zu bekommen, wie ideal ein bestimmtes Gas ist. Die Annahmen für ideales Gas sind unten angegeben:
- Null Inter-Partikel-Wechselwirkungen– Die Gasatome kollidieren nicht miteinander.
- Reibungslos– Das Gas wird während seines gesamten thermodynamischen Prozesses nicht durch Reibung beeinflusst.
- Inkompressibel– Die Dichte des Gases bleibt durchgehend konstant, sie ändert sich nicht bei Änderung des Umgebungsdrucks oder der Temperatur.
- Neigt bei niedrigeren Temperaturen und hohem Druck zum Versagen– Dies geschieht, weil die intermolekularen Wechselwirkungen in diesem Stadium signifikant werden.
In praktischen Situationen sind alle Gase idealer Natur, und das Gas, das dem idealen Gas am nächsten kommt, ist Heliumgas aufgrund seiner Inertheit Natur.
Eigenschaften eines echten Gases
Die Eigenschaften des Echtgases sind alles, was in der Natur nicht ideal ist. Dies geschieht aufgrund von intermolekularen Wechselwirkungen, Reibung und anderen Variablen. Die Eigenschaften des idealen Gases sind wie folgt:
- Komprimierbar– Die realen Gase sind kompressibel, dh ihre Dichte kann verändert werden.
- Variable Wärmekapazität– Ihre Wärmekapazitäten sind nicht konstant, sie können sich mit Umgebungsänderungen ändern.
- Van-Der-Walls-Truppen– Diese Kräfte entstehen durch abstandsabhängige Wechselwirkung zwischen den Molekülen. In der for-Formel für Realgas gibt es einen Korrekturfaktor sowohl für Druck- als auch für Volumeneffekte.
- Nicht gleichgewichtige thermodynamische Effekte.
Arbeit im reversiblen adiabatischen Prozess
Das Wärmeübertragung ist bei reversiblen adiabatischen Prozessen Null. Die Arbeit wird also nicht in Form von Wärme, sondern als Volumenänderung übertragen.
Die Formel, die die darstellt Arbeit in einem reversiblen adiabatischen Prozess ist unten angegeben-
W = nR(T1-T2)/γ-1
Bildnachweis: Benutzer: Stannered, Adiabatisch, CC BY-SA 3.0
Reversible adiabatische Expansionsenthalpie
Enthalpie ist eine Funktion von Hitze. Sie ändert sich mit der Menge der stattfindenden Wärmeübertragung.
Die Enthalpie hängt von der Geschwindigkeit der stattfindenden Wärmeübertragung ab. Da bei einem adiabatischen Prozess die Änderung des Wärmeinhalts Null ist, so dass die Enthalpie Veränderung ist auch Null.
Endtemperatur der reversiblen adiabatischen Expansion
Bei einem adiabatischen Expansionsprozess ist die Endtemperatur durch den Expansionsprozess immer niedriger als die Anfangstemperatur.
Das endgültige Die Temperatur kann aus der Temperatur-Volumen-Beziehung berechnet werden unten angegeben-
T2/T1 = (V1/V2)γ-1/γ
Die Endtemperatur kann auch aus der unten angegebenen Temperatur-Druck-Beziehung berechnet werden.
T2/T1 = (S2/p1)γ-1/γ
Beispiel für eine reversible adiabatische Expansion
Kein Prozess ist vollständig reversibel oder adiabatisch, jedoch ist die Ausbreitung von Schallwellen in Flüssigkeiten der nächste, der einem reversiblen adiabatischen Prozess am nächsten kommt.
Im Carnot-Zyklus (wieder ein idealer Zyklus) verwendet reversibel adiabatische Expansion und reversible adiabatische Kompression für Expansions- und Kompressionszwecke.
Warum die Entropieänderung für einen reversiblen adiabatischen Prozess null ist
Die Entropie eines Systems ändert sich, wenn sich der Wärmeinhalt des Systems ändert. Seit der Wärmeübertragung durch die Wände des adiabatischen Systems verboten ist, ist die Netto-Entropieänderung ebenfalls Null.
Grafisch sind die Eigenschaften, die einen geschlossenen Pfad bilden, null. Das bedeutet, dass Start- und Endpunkt gleich sind. Im Fall der Entropie kehrt die Entropie, da sie einem reversiblen Zyklus folgt, auf den gleichen Weg zu ihrer ursprünglichen Position zurück. Daher ist es null.
Hallo … ich bin Abhishek Khambhata und habe einen B. Tech in Maschinenbau studiert. Während meiner vierjährigen Ingenieurstätigkeit habe ich unbemannte Luftfahrzeuge entworfen und geflogen. Meine Stärke ist Strömungsmechanik und Wärmetechnik. Mein Projekt im vierten Jahr basierte auf der Leistungssteigerung unbemannter Luftfahrzeuge mittels Solartechnologie. Ich möchte mit Gleichgesinnten in Kontakt treten.