La compresión y expansión adiabática son dos procesos famosos en termodinámica.
En este proceso, la sustancia se expande sin transferencia de calor. Los Carnot, Diesel, Otto son ejemplos de la proceso adiabático.
El principal proceso de trabajo realizado es adiabático en la termodinámica. uno es un proceso adiabático reversible y otro es una expansión adiabática irreversible.
El proceso adiabático irreversible ocurre en la expansión libre del gas.
¿Qué es la expansión adiabática?
El proceso adiabático en termodinámica se utiliza en varios ciclos.
Es la expansión de la sustancia en el sistema sin transferencia de calor o masa con el entorno.
Este concepto se entiende bien en el estudio de la máquina térmica. Él La expansión adiabática es un proceso idealizado sin transferencia de calor..
En la práctica real, la expansión de la sustancia se produce en un sistema muy rápido. Este proceso ocurre rápidamente, por lo que el intercambio de calor del sistema al entorno es mínimo. El flujo de calor a través del límite es significativamente menor. Este proceso se considera expansión adiabática.
Fórmula de expansión adiabática
Hay muchas condiciones posibles para la fórmula de expansión adiabática.
Se hacen algunas suposiciones para impulsar la ecuación del proceso de expansión adiabática.
La pared del sistema es aislante
La pared del sistema (cilindro) no tiene fricción
Si el pistón se desplaza hacia arriba una distancia dx debido a la acción de la presión P
El trabajo realizado en el sistema se puede dar como,
dW = PA dx
Aquí, A es el área de la sección transversal sobre la parte superior del pistón,
podemos escribir A dx = dV = Cambio de volumen
dW = PdV
La expansión de la sustancia es adiabática; el estado de la sustancia cambió de P1, V1, T1 a P2, V2, T2.
Estado del proceso adiabático, PVϒ = Constante = K
El trabajo total en el sistema se puede dar como,
Utilice P = K * V-ϒ
Proceso de expansión adiabática
Este proceso es posible en motores, refrigeración y aire acondicionado.
La expansión del gas es muy rápida, por lo que el intercambio de calor es insignificante entre el sistema y el entorno.
Hay dos procesos compresión adiabática y expansión adiabática. Ambos procesos se llevan a cabo con una mínima transferencia de calor en la frontera en la práctica real.
El fundamental del proceso de expansión adiabática libre es algo diferente de la expansión adiabática.
Suponga que llenamos gas en una caja y unimos otra caja vacía con ella. Ambas cajas tienen la misma pared. Supongamos que perforamos la pared común, el gas de una caja comienza a expandirse en la segunda caja. Este proceso de expansión se llama expansión libre.
Este proceso de expansión es causado por el volumen, por lo que la presión se vuelve cero. No hay trabajo realizado debido a la ausencia de presión. Si esta caja o sistema es aislado térmicamente, el proceso se conoce como expansión adiabática libre.
La transferencia de calor Q = 0, Trabajo realizado W = 0
Relación de expansión adiabática
Hay dos calores específicos en los procesos termodinámicos.
La relación de calor específico a presión constante a calor específico a volumen constante se conoce como índice adiabático o relación de calor específico.
Si Cp = El valor del calor específico a presión constante
Cv = El valor del calor específico a volumen constante
ϒ = Relación de los dos calor específico o índice adiabático
ϒ = Cp/Cv
El índice adiabático es 1.7 para el gas ideal monoatómico como el argón, el helio.
Cambio de temperatura de expansión adiabática
La temperatura del sistema se verá afectada si el sistema intercambia calor.
No hay intercambio de calor en este proceso pero el trabajo realizado en la expansión se debe a una reducción de temperatura.
La energía interna del proceso de expansión adiabática es menor que la del proceso isotérmico. No hay intercambio de calor con trabajos menores realizados.
Si el proceso de expansión es libre, la temperatura permanece constante. La entropía del sistema tiene relación directa con el volumen si la temperatura es constante. Este El proceso es irreversible debido a un aumento en la entropía..
Trabajos de expansión adiabática
El trabajo realizado en el proceso es función de la transferencia de calor y la energía interna.
En el proceso adiabático, la transferencia de calor es cero. Trabajo realizado = Cambio en la energía interna.
La trabajo de expansión del proceso adiabático se da a continuación,
Expansión adiabática de gas
La expansión libre adiabática de una sustancia como el gas es un concepto sencillo de entender.
El gas se expande en el vacío sin presión externa. El trabajo es cero en este proceso porque la presión externa es cero. W = P * dV
Si se permite que el gas llenado del recipiente se expanda libremente en el espacio, no hay presión externa que actúe sobre el gas.
Trabajo realizado = Presión * Cambio de volumen
presión = 0, por lo que el trabajo realizado en o desde el sistema es cero.
En un proceso adiabático, la transferencia de calor no es posible,
Según el yost ley de la termodinámica,
ΔQ - ΔW = ΔU
Donde ΔQ = cero y ΔW = cero
Entonces el cambio en energía interna = Cero.
Expansión adiabática de un gas ideal
El comportamiento del proceso cambia si el gas es ideal.
La expansión de la sustancia ideal como el gas ideal es un proceso de temperatura constante (proceso isotérmico)
Generalmente consideramos iguales el proceso isentrópico y el adiabático, pero no es igual en todos los casos. Consideremos el ejemplo de la expansión del ideal de gas.
Consideramos algunos supuestos para este proceso,
- El cilindro y el pistón no tienen fricción.
- Hay un vacío fuera del pistón y el cilindro.
- El pistón y el cilindro están aislado térmicamente
- No hay transferencia de calor entre el sistema y el ambiente (Proceso adiabático)
Si se permite que el gas lleno se expanda empujando el pistón, el gas se expande debido al volumen sin ninguna presión externa. Este proceso es un ejemplo de aumento de entropía y un proceso irreversible.
Expansión adiabática irreversible
En el proceso irreversible, la etapa inicial no se restaura después de completar el proceso.
La entropía del sistema varía debido a la fricción. Este proceso no es tan lento como cuasi-estático.
La presión externa de un gas ideal es constante en el proceso de expansión adiabática.
La expansión adiabática irreversible el proceso es isotermo.
Ejemplo de expansión adiabática
Sus muchos procesos en ingeniería se consideran expansión adiabática.
- Liberación de aire del neumático o contenedor
- Expansión de gas en gas turbina adiabáticamente
- Expansión en vapor boquilla y turbina
- expansión dentro de la disposición pistón-cilindro con un supuesto
- Expansión adiabática libre del gas contenido en un recipiente
- Proceso de expansión en motor térmico con un supuesto
- Calentamiento adiabático y sistema de refrigeración
- Dispositivo de expansión
Soy Deepak Kumar Jani, estoy realizando un doctorado en energía mecánica y renovable. Tengo cinco años de experiencia docente y dos años de investigación. Mis áreas temáticas de interés son la ingeniería térmica, la ingeniería automotriz, la medición mecánica, los dibujos técnicos, la mecánica de fluidos, etc. He presentado una patente sobre "Hybridación de energía verde para la producción de energía". He publicado 17 artículos de investigación y dos libros.
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