آلة كظومة

آلة كظومة في الهندسة الميكانيكية والكيمياء (بالإنجليزية: Adiabatic Machine)

مخطط درجة الحرارة والانتروبي: تغير غير عكوسي في حالة البخار الخارج من التوربين (يسار) ، وضغط البخار الداخل (يمين ) . Tu هي درجة حرارة الغرفة .

هي آلة لا تسخن ولا تبرد ، أي لا يحدث فيها تبادل حراري ولذلك يوصف مبدأ عملها ب عملية كظومة . ولكنها ليست عملية متساوية الاعتلاج وإنما تستغل تغير الإنتروبي للتحريك . مثل تلك الآلة التوربين الذي يدور بالبخار ويؤدي شغلا ميكانيكيا. يدخله بخار مضغوط ويحتك بريش التوربين ويخرج البخار من المخرج متمددا مما يزيد إنتروبيا الغاز ، ويحدث ذلك بدون تبادل حراري بين النظام والوسط المحيط ، أي أن Q = 0 ولذلك تسمى الآلة «ألة كظومة» . ويوضح الرسم البياني تغير الحالة للآلة عن طريق مخطط درجة الحرارة والإنتروبي ، حيث تعطي المنحنيات تغير الإنتروبي S كدالة لدرجة الحرارة T. وهي كما نرى لا تختلف عن مخطط الإنثابي H والإنتروبي S .

كفاءة الآلة

نقوم بتطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية على النظام المفتوح:

$\dot{Q}+\dot{W_{\mathrm{t}}}={\dot{H}}_{\mathrm{2}}-{\dot{H}}_{\mathrm{1}}+\dot{m}\cdot g\cdot (z_{\mathrm{2}}-z_{\mathrm{1}})+\frac{\dot{m}}{2}\cdot (c_{\mathrm{2}}^2-c_{\mathrm{1}}^2)$

وبقسمة المعادلة على كتلة الغاز الداخل مع اهمال الطاقة الخارجية $\dot{m}\cdot g\cdot (z_{\mathrm{2}}-z_{\mathrm{1}})+\frac{\dot{m}}{2}\cdot (c_{\mathrm{2}}^2-c_{\mathrm{1}}^2)$ واعتبار التغير في كمية الحرارة $dQ=0$ نحصل على معادلة الشغل :

$w_t=h_2-h_1$

وكما نرى نجد أن الشغل الميكانيكي يساوي فرق الإنثالبي ( وهو طبقا للتعريف الترموديناميكي يكون سالبا الإشارة ، حيث أنه الشغل الذي تؤديه الآلة) . وبذلك نحسب كفاءة التوربين:

${\eta }_{\mathrm{g}\mathrm{T}}=\frac{h_1-h_2}{h_1-h_{\mathrm{2}\mathrm{i}\mathrm{s}}}$

وكفاءة الضاغط:

${\eta }_{\mathrm{g}\mathrm{V}}=\frac{h_{\mathrm{2}\mathrm{i}\mathrm{s}}-h_1}{h_2-h_1}$

الشغل الناتج والطاقة المفقودة

طبقا ل القانون الثاني للديناميكا الحرارية تنطبق المعادلة :

$Tds=\delta q+\delta w_{\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{s}}$

وحيث أنه لا يوجد تبادل حراري فتكون ($\delta q=0$),

ونستنتج من تلك المعادلة أن المساحة المحصورة في مخطط درجة الحرارة والإنتروبي (أحمر) تمثل الشغل الناتنج .

والطاقة المفقودة ولم تتحول إلى شغل ميكانيكي ، تبلغ:

$e{x}_{\mathrm{v}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{l}}=T_U\cdot \mathrm{\Delta }{s}_{\mathrm{i}\mathrm{r}\mathrm{r}}$

وهي ممثلة في المخطط بالمساحة المحصورة أسفل درجة حرارة الغرفة Tu .

انظر أيضا

• شغل في نظام مفتوح
• عملية متساوية الإنتروبية
• عملية متساوية الضغط
• عملية متساوية الحجم
• عملية كظومة
• قانون الغازات المثالية
• ديناميكا حرارية
• دالة الحالة
• عمل (ترموديناميك)
• ميكانيك لاغرانج
• معادلة هاميلتون
• ستة درجات حرية
• طاقة حرارية
• تغير حالة