המרת חום לאנרגיה מכנית
בשיעור הפיזיקה למדת שכל חומר צריך יותר חום כדי לחמם אותו לטמפרטורה מסוימת, כך המסה שלו גדולה יותר. למרות שכל כמות חום מייצגת כמות אנרגיה, לא ניתן להמיר חום לחלוטין לאנרגיה מכנית.
המרת חום לסוג אחר של אנרגיה
- אם אתה לומד חום, תלמד שאפשר להפוך לגמרי צורה של אנרגיה לחום. מצד שני, המרת חום למכנית אֵנֶרְגִיָה לא יכול להתבצע במלואו. הסיבה לכך נעוצה באופי החום, שעל פי התיאוריה הקינטית הוא מיוצג באנרגיה של התנועה המולקולרית הכפופה.
- התיאוריה מניחה שכאשר חום מופעל על מולקולות הגוף, אנרגיה מועברת. ההתחממות גורמת לחלקיקים הקטנים ביותר לנוע מהר יותר מתנועה אקראית.
- כתוצאה מתנועה זו, למולקולות יש אנרגיה שאת הכמות הכוללת שלה אתה מתאר כאנרגיה פנימית של החומר המדובר. על שם החוקר האנגלי בראון, תנועה זו נקראת גם תנועה מולקולרית בראוניאנית.
- כמות חום המשתחררת בעת שריפת פחם או שמן, למשל, נמצאת בתחילה באנרגיה קינטית ופוטנציאלית של מולקולות גזי הבעירה. חשוב לך שהמהירויות והכיוונים של התנועה המולקולרית יופצו באופן אקראי.
- שים לב שבגלל הפרעת המולקולות, לא ניתן להעביר את האנרגיה של התנועות האינדיבידואליות הללו לחלוטין לגוף מוצק סמוך. מכאן נובע כי הגוף בכללותו נע ויכול לבצע עבודה.
- על מנת להמיר כמה שיותר מהחום לעבודה מכאנית, הוא מועבר לגז הסגור בצילינדר עם בוכנות נעות. עליך לקחת בחשבון כי על ההשפעה המולקולות יעבירו רק חלק מהאנרגיה שלה לבוכנה. המהירות שלהם יורדת, מה שאתה יכול לראות כירידה בטמפרטורה. כדי לחזור על התהליך, יש להחזיר את הגלילים למצב ההתחלה שלהם ולהחזיר את הגז לטמפרטורה ההתחלתית.
יעילות מנוע הבעירה הפנימית - הסבר
היעילות מתארת את הערך שמנוע יכול להשתמש בו מהאנרגיה ...
יעילות בהמרת חום לאנרגיה מכנית
- כבר ב -19 במאה ה -19, המהנדס הצרפתי קרנו עסק בהסבת חום לאנרגיה מכנית והבין זאת חלק מכמות החום שנספגת בטמפרטורה ההתחלתית יש לשחרר שוב כחום בטמפרטורה הסופית הנמוכה. לא ניתן להפוך אותו לעבודה מכנית. עליך לדעת שככל שההפרש בין הטמפרטורה ההתחלתית לסופית גבוה יותר, כך היעילות גדולה יותר.
- מנוע הקיטור הבוכנה הראשון שתכנן ג'יימס וואט השיג יעילות של כשני אחוזים בלבד. מעניין אותך שלמרות שיפורים רבים, היעילות של מכונות אלה אינה אפשר להגדיל יותר מ -18 אחוזים, כך שהיום לא ייבנו עוד מפעלים עם מנועי קיטור בוכנה רָצוֹן.
- מנוע החום החשוב ביותר המופעל בקיטור כיום הוא טורבינת הקיטור. הקיטור זורם דרך קו האספקה ודרך טבעת עם ברגי ויסות מתכווננים לגלגלי הטורבינה המצוידים בלהבים. אלה נקבעים בסיבוב על ידי זרימת הקיטור בלחץ גבוה.
- עליכם לדעת כי טבעות להנעה נוספות וגלגלי טורבינה מסודרים לסירוגין מאחורי גלגל הטורבינה הראשונה על מנת לנצל באופן מלא את לחץ הקיטור. הלהבים הולכים וגדלים מכיוון שאדי המים מתרחבים עם ירידה בלחץ.
- להפחית את הפסדי החום בדוד הנוצרים בעת העברת החום מגזי הבעירה לאדי המים הימנע, בשנת 1867 בנה ניקולאוס אוגוסט אוטו מנוע בנזין שבו בערה תערובת בנזין-אוויר בצילינדר עצמו רָצוֹן. כפי שאתה יכול לדמיין, זה הגדיל את היעילות ליותר מ -35 אחוזים.
- במנוע דיזל, האוויר נשאב לראשונה ונדחס חזק מאוד. כתוצאה מכך, הטמפרטורה עולה מעל טמפרטורת ההצתה של הדלק, כך שהיא תישרף מיד לאחר ההזרקה, ללא צורך בהצתה.
- מכיוון שהטמפרטורות יכולות לעלות עד 2000 מעלות צלזיוס והלחצים ל -80 בר, יש צורך בבנייה חזקה יותר של מנוע הדיזל. למרות עלויות הייצור הגבוהות יותר, תמיד תמצא את המנוע הזה בעל רמת יעילות גבוהה נדרש עד 40 אחוזים, כגון בקטרים, משאיות ו אוניות.
עד כמה אתה מוצא מאמר זה מועיל?