تحويل الحرارة إلى طاقة ميكانيكية
تعلمت في صف الفيزياء أن كل مادة تحتاج إلى مزيد من الحرارة لتسخين درجة حرارة معينة ، وكلما زادت كتلتها. على الرغم من أن كل مقدار من الحرارة يمثل مقدارًا من الطاقة ، إلا أنه لا يمكن تحويل الحرارة بالكامل إلى طاقة ميكانيكية.
تحويل الحرارة إلى نوع آخر من الطاقة
- إذا كنت تدرس الحرارة ، فستتعلم أنه من الممكن تحويل شكل من أشكال الطاقة بالكامل إلى حرارة. من ناحية أخرى ، تحويل الحرارة إلى ميكانيكي طاقة لا يمكن تنفيذها بالكامل. يكمن السبب في ذلك في طبيعة الحرارة ، والتي ، وفقًا للنظرية الحركية ، يتم تمثيلها بواسطة طاقة الحركة الجزيئية التابعة.
- تفترض النظرية أنه عندما يتم تطبيق الحرارة على جزيئات الجسم ، يتم نقل الطاقة. يتسبب الاحترار في أن تتحرك الجزيئات الأصغر بشكل أسرع من الحركة العشوائية.
- نتيجة لهذه الحركة ، تمتلك الجزيئات طاقة ، الكمية الإجمالية التي تصفها بأنها الطاقة الداخلية للمادة المعنية. بعد المستكشف الإنجليزي براون ، تسمى هذه الحركة أيضًا الحركة الجزيئية البراونية.
- كمية الحرارة التي يتم إطلاقها عند حرق الفحم أو الزيت ، على سبيل المثال ، يتم احتواؤها مبدئيًا في طاقة حركية وإمكانات عالية لجزيئات غازات الاحتراق. من المهم بالنسبة لك أن يتم توزيع سرعات واتجاهات الحركة الجزيئية بشكل عشوائي.
- لاحظ أنه بسبب اضطراب الجزيئات ، لا يمكن نقل طاقة هذه الحركات الفردية بالكامل إلى أي جسم صلب مجاور. يترتب على ذلك أن الجسم ككل يتحرك ويمكنه القيام بعمل.
- من أجل تحويل أكبر قدر ممكن من الحرارة إلى عمل ميكانيكي ، يتم نقلها إلى غاز محاط بأسطوانة ذات مكابس متحركة. يجب أن تأخذ في الاعتبار أنه عند الاصطدام ، لن تنقل الجزيئات سوى جزء من طاقتها إلى المكبس. تنخفض سرعتها ، وهو ما يمكنك رؤيته على أنه انخفاض في درجة الحرارة. لتكرار العملية ، يجب إعادة الأسطوانات إلى وضع البداية ويجب إعادة الغاز إلى درجة الحرارة الأولية.
كفاءة محرك الاحتراق الداخلي - شرح
تصف الكفاءة القيمة التي يمكن أن يستخدمها المحرك من الطاقة ...
الكفاءة في تحويل الحرارة إلى طاقة ميكانيكية
- بالفعل في التاسع عشر في القرن التاسع عشر ، اهتم المهندس الفرنسي كارنو بتحويل الحرارة إلى طاقة ميكانيكية وأدرك ذلك يجب إطلاق جزء من كمية الحرارة الممتصة عند درجة الحرارة الأولية مرة أخرى كحرارة عند درجة الحرارة النهائية المنخفضة. لا يمكن تحويلها إلى عمل ميكانيكي. يجب أن تعلم أنه كلما زاد الفرق بين درجة الحرارة الأولية والنهائية ، زادت الكفاءة.
- حقق أول محرك بخاري مكبس صممه جيمس وات كفاءة تبلغ حوالي 2 بالمائة فقط. من المثير للاهتمام بالنسبة لك أنه على الرغم من التحسينات العديدة ، فإن كفاءة هذه الآلات ليست كذلك يمكن زيادة أكثر من 18 في المائة ، بحيث لا يتم اليوم بناء المزيد من المصانع ذات المحركات البخارية المكبسية إرادة.
- أهم محرك حراري يعمل بالبخار اليوم هو التوربينات البخارية. يتدفق البخار عبر خط الإمداد وعبر حلقة بها براغي تنظيم قابلة للتعديل إلى عجلات التوربينات المزودة بشفرات. يتم ضبطها بالتناوب بواسطة تدفق بخار عالي الضغط.
- يجب أن تعلم أن حلقات ريشة التوجيه الإضافية وعجلات التوربينات مرتبة بالتناوب خلف عجلة التوربين الأولى من أجل الاستفادة الكاملة من ضغط البخار. تكبر الشفرات أكثر فأكثر لأن بخار الماء يتمدد مع انخفاض الضغط.
- لتقليل فقد الحرارة في الغلاية التي تنشأ عند انتقال الحرارة من غازات الاحتراق إلى بخار الماء تجنب ، في عام 1867 قام نيكولاس أوغست أوتو ببناء محرك بنزين يحترق فيه خليط من البنزين والهواء في الاسطوانة نفسها إرادة. كما يمكنك أن تتخيل ، أدى ذلك إلى زيادة الكفاءة إلى أكثر من 35 بالمائة.
- في محرك الديزل ، يتم امتصاص الهواء أولاً وضغطه بشدة. ونتيجة لذلك ترتفع درجة الحرارة عن درجة حرارة اشتعال الوقود بحيث تحترق فور الحقن دون الحاجة إلى الاشتعال.
- نظرًا لأن درجات الحرارة يمكن أن ترتفع إلى 2000 درجة مئوية والضغوط إلى 80 بار ، فمن الضروري بناء أقوى لمحرك الديزل. على الرغم من ارتفاع تكاليف التصنيع ، ستجد دائمًا هذا المحرك يتمتع بدرجة عالية من الكفاءة ما يصل إلى 40 في المئة مطلوب ، كما هو الحال في القاطرات والشاحنات و السفن.
إلى أي مدى تجد هذه المقالة مفيدة؟
