Έργο που έγινε για τη συμπίεση ενός αερίου

Η εργασία γίνεται είτε στο αέριο είτε από το αέριο και κατά συνέπεια ο όγκος του αερίου μειώνεται ή αυξάνεται. Η πίεση του αερίου διευρύνει την τάση του αερίου και αλλάζει τις φυσικές συνθήκες του αερίου, που σημαίνει ότι η θερμοκρασία και ο όγκος ενός κβαντικού αερίου αλλάζουν. Υποθέτοντας ότι η τάση του αερίου αυξάνεται από το P1 στο P2, η πίεση για αυτή την αλληλεπίδραση χαρακτηρίζεται ως P1/P2. Οι πραγματικές συνθήκες του αερίου θα περάσουν από αλλαγή ανάλογα με την ανταλλαγή, ανεξάρτητα από το αν είναι ισόθερμο, αδιαβατικό ή κανονικά πολυτροπικό.

Μερικά παραδείγματα εργασιών που έγιναν για τη συμπίεση ενός αερίου είναι: 

• Κίνηση εμβόλου σε κύλινδρο.

• Πυροσβεστήρες

• Στεγνωτήρες μαλλιών

 Εργασία συμπίεσης αερίου 

Τα αέρια μπορούν να περάσουν από διαστολή ή συμπίεση έναντι σταθερής εξωτερικής πίεσης. Η συσκευασία του αερίου είναι επίσης γνωστή ως ισοθερμικός κύκλος. Η εργασία που γίνεται κατά τη συμπίεση ενός αερίου είναι επίσης κοινώς γνωστή ως όγκος παραμόρφωσης ή PV, όπου P είναι πίεση και V είναι όγκος.

Σκεφτείτε ότι το αέριο περιέχεται σε έναν κύλινδρο. Δύο κύλινδροι μπορούν να δώσουν στο αέριο πρόσβαση μέσα και έξω από τον κύλινδρο για τον έλεγχο της ανάπτυξης του αερίου. Προστίθεται ενέργεια στα άτομα του αερίου έτσι ώστε το αέριο να θερμαίνεται. Παρατηρούμε την αύξηση της φυσιολογικής Κ.Ε. των σωματιδίων με εκτίμηση καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του αερίου. Καθώς τα σωματίδια αερίου κινούνται πιο γρήγορα, συγκρούονται με τον κύλινδρο πιο συχνά. Αυτές οι δυναμικά διαδοχικές συγκρούσεις παρέχουν ενέργεια στον κύλινδρο και τον ωθούν ενάντια στην εξωτερική πίεση, διευρύνοντας τον γενικό όγκο του αερίου. Σε αυτό το μοντέλο, το αέριο απομακρύνεται από τα περιβαλλοντικά στοιχεία, τα οποία ενσωματώνουν τον κύλινδρο και το υπόλοιπο σύμπαν.

Για να υπολογίσουμε πόση εργασία γίνεται από το αέριο ή στο αέριο, έναντι μιας σταθερής εξωτερικής τάσης, χρησιμοποιούμε μια μικρή απόκλιση από την προηγούμενη συνθήκη, όπου P έξω είναι η εξωτερική πίεση (αντί καταπόνηση του αερίου μέσα στο πλαίσιο). ΔV είναι η μεταβολή στον όγκο του αερίου, η οποία μπορεί να προσδιοριστεί από τον απόλυτο (αρχικό) και τον τελικό όγκο του αερίου:

ΔV =Vfinal − Vinitial

Η μονάδα ενέργειας δίνεται ως Joule. Το L-atm είναι η μονάδα εργασίας. Μπορούμε να μετατρέψουμε το L-atm σε Joules χρησιμοποιώντας τη μεταβλητή μετασχηματισμού του

1 L-atm =101,325J

Η εργασία που γίνεται για τη συμπίεση ενός αερίου μπορεί να εμφανιστεί με τρεις διαδικασίες

Αδιαβατική συμπίεση

• Ισοθερμική συμπίεση

• Πολυτροπική συμπίεση

 Αδιαβατική συμπίεση:

Για φυσητήρες αερίου χωρίς ψύξη, η θερμοκρασία του αερίου αυξάνεται με την αύξηση της δύναμης. Η κατάσταση προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας 

T2T1 =P2P1(1-1)

Εδώ, τα παραρτήματα 1 και 2 απεικονίζουν τις αρχικές και τελικές συνθήκες του αερίου, αντίστοιχα. γ (γάμα) είναι η ειδική θερμότητα σε σταθερή πίεση προς ειδική θερμότητα για σταθερό όγκο για ένα αέριο (Cp/Cv). (Ειδική θερμότητα σημαίνει θερμοχωρητικότητα.)

  Αυτή η κεφαλή πίεσης δημιουργείται όταν αυξάνεται κατά τον ογκομετρικό ρυθμό ροής του αερίου (V), δίνει ισχύ στον άξονα που απαιτείται για την οδήγηση ενός βέλτιστου αδιαβατικού φυσητήρα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το R είναι η "σταθερά αερίου". 

Αναστρέψιμη αδιαβατική διεργασία:Ο αναστρέψιμος αδιαβατικός κύκλος ονομάζεται επίσης ισεντροπική διεργασία. Είναι μια θαυμαστή θερμοδυναμική αλληλεπίδραση που είναι αδιαβατική. Οι κινήσεις εργασίας του πλαισίου είναι χωρίς τριβές. δεν υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας και ο κύκλος είναι αναστρέψιμος.

Ισοθερμική συμπίεση: Όταν το αέριο που είναι συσκευασμένο σε έναν ανεμιστήρα ψύχεται με ρεύμα ψυκτικού υγρού με περίβλημα, η αλληλεπίδραση είναι ένας ισοθερμικός κύκλος. Η δουλειά που έγινε για αυτήν την κατάσταση και, στη συνέχεια, η ισχύς που απαιτείται για τη λειτουργία αυτού του είδους ψυχροί φυσητήρες είναι η υποθετικά λιγότερο πιθανή αποκοπή. Η ακόλουθη συνθήκη δίνει σε αυτή τη βάση αξιόπιστη ικανότητα να συσκευάζει ένα αέριο από P1 σε P2

                                                                                                                              PIsothermal=P1VlnP2P1

Εδώ, τα παραρτήματα 1 και 2 σχετίζονται με τις συνθήκες εισόδου και εξόδου του αερίου. Τέλος, V είναι η ογκομετρική πρόοδος καναλιού του αερίου.

Πολυτροπική συμπίεση:Η αδιαβατική (συνεπής εντροπία) και η ισοθερμική (σταθερή θερμοκρασία) διεργασίες είναι τεράστιες και υποθετικές. Οι φυσικές διαδικασίες πίεσης είναι πολυτροπικές και συνήθως απεικονίζονται με την κατάσταση,

PVn=const.

Σημειώστε ότι όταν το n υποστηρίζεται από αυτόν τον κύκλο γίνεται αδιαβατικό. Για μια πολυτροπική διεργασία, η πίεση που απαιτείται για τη λειτουργία ενός τέτοιου φυσητήρα είναι μεγαλύτερη από αυτή που απαιτείται για έναν βέλτιστο αδιαβατικό φυσητήρα χωρίς τριβή στον ίδιο όγκο. Λαμβάνουμε τη θερμότητα και την ισχύ που απαιτούνται για την πίεση του πολυτροπικού αερίου αντικαθιστώντας τις καταστάσεις για την αδιαβατική πίεση αερίου. 

HPolytropic=nRTn-1P2P11-1n-1

  PAdiabatic=nVRT1n-1P2P11-1n-1

Σε αυτές τις περιπτώσεις, το R είναι η «σταθερά αερίου» που αποκτάται με τον διαμερισμό του «Γενικού αερίου σταθερά» με ένα υποατομικό φορτίο ενός συγκεκριμένου αερίου. V είναι η ογκομετρική πρόοδος του κόλπου του αερίου.

 Παραδείγματα αδιαβατικής διαδικασίας

Μια απεικόνιση μιας αδιαβατικής αλληλεπίδρασης είναι ένας λειτουργικός κύλινδρος σε έναν θάλαμο που προστατεύεται. Στον αδιαβατικό κύκλο, η ενέργεια μετακινείται μέσω της εργασίας εκτός από τη θερμότητα.

Ένα ακόμη παράδειγμα αδιαβατικής διαδικασίας είναι στους κινητήρες αέρα. Τα κλίματα υψηλής θερμοκρασίας περικυκλώνουν τα δοχεία των χορηγήσεων που μεταφέρουν λάδι. Είναι μια προσπάθεια να το κάνουμε αδιαβατικό γιατί η συνεισφορά του στους κυλίνδρους θα αλλάξει τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των λαδιών και θα παρεμποδίσει τη συμπεριφορά του στη λίπανση. Επιπλέον, στους κινητήρες αέρα, η θερμή πορεία των στάτορων συμβαίνει στους φυσητήρες, οι οποίοι είναι πιο γρήγοροι από τη φιλική πορεία των ρότορων επειδή οι ρότορες είναι πιο ογκώδεις. Αυτό αντιπροσωπεύει το ζήτημα του ελέγχου περιθωρίου που συνεπάγεται την οπή μεταξύ του στάτορα και του ρότορα, η οποία συνεχίζει να αλλάζει σε όλη τη διάρκεια του κινητήρα.

• Ένα άλλο παράδειγμα αδιαβατικής διεργασίας είναι το σύφωνο του ελαστικού ενός ποδηλάτου με ένα χειροκίνητο σύφωνο. Η πίεση του αέρα είναι γρήγορη και μπορεί να γίνει αντιληπτή ως αδιαβατική. Επιπλέον, η ατμόσφαιρα στο σιφόνι γίνεται ζεστή, κάτι που μπορεί να γίνει αισθητό αν έρθετε σε επαφή με το κάτω μέρος του σιφώνι, το οποίο είναι επίσης σημάδι αποφυγής από τη ζεστασιά λόγω της απουσίας προστασίας.