열 엔진은 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 데 사용되는 장치입니다. 압력-볼륨 (PV) 다이어그램은 가스의 일정한 질량에서 열 엔진에서 발생하는 공정을 설명합니다. PV 다이어그램은 폐쇄 루프로 표시됩니다. 폐쇄 루프는주기 동안 수행 된 작업량입니다.
PV 다이어그램의 구조 및 용어
PV 다이어그램에서 볼륨은 위 그림에서 볼 수 있듯이 수평 축 및 수직 축의 압력에 표시됩니다. PV 다이어그램의 각 지점은 가스 단계의 다른 상태를 나타냅니다. 폐쇄 루프는 각 가스 상태를 나타내고주기 동안 수행 된 작업을 나타냅니다.
- 곡선 아래의 영역은 해당 특정 상태에서 수행 된 작업으로 설명됩니다.
- 다이어그램 오른쪽으로의 볼륨 변화는 증가를 나타냅니다. 왼쪽쪽으로 감소 함을 나타냅니다.
- 압력의 상향 변화는 증가를 나타내며 하향은 감소를 나타냅니다.
내부 에너지 (ΔU)
가스 탈출이없는 경우 내부 에너지와 온도는 직접 비례합니다. 압력이나 부피가 증가하면 온도와 내부 에너지가 증가합니다. PV 다이어그램이 위쪽으로 이동하면 내부 에너지가 증가하고 그 반대도 마찬가지입니다.
작업 완료 (W)
피스톤이 아래쪽으로 이동하면 가스의 부피가 감소하므로 수행 된 작업이 양수임을 의미합니다. 실린더의 피스톤이 위쪽으로 움직이면 실린더 내부의 가스가 팽창하고 볼륨이 증가하므로 수행 된 작업이 음수임을 의미합니다.
따라서 PV 다이어그램의 오른쪽은 작업이 완료된 작업이 음수임을 나타내는 반면 왼쪽은 수행 된 작업이 긍정적임을 나타냅니다.
.열 전달 (Q)
PV 다이어그램에서 열 전달의 크기를 결정할 수 있습니다.
열역학의 첫 번째 법칙에 따르면,
Q =ΔU-W
여기서,
Q :열 전달
δ U :내부 에너지의 변화
W :작업 완료
q =(+)-(-)
따라서 내부 에너지의 변화가 긍정적이고 수행 된 작업이 부정적이라면, 우리는 전달 된 열이 양수라고 말할 수 있습니다. 즉, 더 많은 열이 전달됩니다.
.열 엔진 효율 (η)
열 엔진 효율은 더 높은 온도에서 흡수 된 에너지에 대한 기계가 수행 한 작업의 비율로 정의됩니다.
열 엔진 효율, η =작업 완료/작업 입력.
열 프로세스 유형
열 엔진에는 다양한 열 공정이 있습니다.
등온 과정
등온 과정에서 시스템의 온도는 열 전달에도 불구하고 일정하게 유지됩니다.
단열 과정
단열 과정에서 열 전달은 없지만 시스템의 온도는 일정하게 유지됩니다 (Q =0)
등조 공정
등각 공정에서 압축 또는 확장 과정에서 시스템의 압력이 일정하게 유지됩니다.
isovolumetric 공정
등방성 과정에서 시스템의 부피는 일정하게 유지됩니다. 이것은 등방성 과정 (w =0)이라고도합니다.
PV 다이어그램 설명
아래는 Carnot의 열 엔진의 PV 다이어그램입니다.
Carnot의 PV주기에는 다음과 같이 4 단계가 있습니다.
1) 가역적 등온 가스 확장 공정
실린더 또는 고온 저수지 내의 이상적인 가스는 열원으로부터 열을 흡수하여 피스톤에서 위쪽으로 이동하게됩니다. 따라서 가스 확장이 발생합니다. 이것은 파트 1과 2에 표시됩니다.
2) 가역 단열 가스 확장 공정
베이스는 열 단열재로, 이는 파트 2 및 3에서 볼 수 있듯이 열이 시스템에 들어가거나 떠날 수 없음을 의미합니다.
3) 가역적 등온 가스 압축 공정
주변 환경은 가스에서 작동하고 에너지“Q”를 방출합니다.
4) 가역 단열 가스 압축 공정
열 절연 챔버의 공정은 가스를 압축하고 온도를 증가시킵니다.
결론
PV 다이어그램은 열 엔진 작업 사이클의 각 단계에서 가스 상태를 설명하는 데 사용됩니다. PV 다이어그램은 일정한 가스 질량에서 열 엔진에서 발생하는 공정을 보여줍니다. PV 다이어그램은 닫힌 루프에 있으며,주기 동안 수행 된 작업의 양을 나타냅니다.
PV 다이어그램은 수평 축의 부피와 수직 축의 압력을 나타냅니다. PV 다이어그램의 각 지점은 가스 단계의 다른 상태를 나타냅니다.
