Erthygl am Ail Gyfraith Thermodynameg
Mae pob proses naturiol yn digwydd i un cyfeiriad yn unig ond ni allant ddigwydd i'r cyfeiriad arall, a elwir yn gyffredin yn brosesau anghildroadwy. Ar ôl cael ei ryddhau o'i goesyn a syrthio'n rhydd i'r llawr, nid yw mango byth yn symud i fyny eto. Nid yw llyfr yr ydym yn ei wthio ac yna'n ei stopio byth yn symud yn ôl tuag atom. Os ydym yn cyffwrdd â gwrthrych tymheredd uchel (gwrthrych poeth) â gwrthrych tymheredd isel (gwrthrych tymheredd isel), mae gwres yn llifo'n naturiol o'r gwrthrych tymheredd uchel i'r gwrthrych tymheredd isel. Nid ydym byth yn gweld y broses gefn, lle mae gwres yn symud yn naturiol o wrthrych oer i wrthrych poeth. Pe bai'r broses hon yn digwydd, yna byddai'r gwrthrych oer yn mynd yn oerach, tra byddai'r gwrthrych poeth yn mynd yn boethach. Ond mewn gwirionedd, nid yw fel 'na. Mae yna lawer o brosesau anghildroadwy sy'n ymddangos yn wahanol i'w gilydd, ond maent i gyd yn cynnwys newidiadau ar ffurf ynni a throsglwyddo ynni o un gwrthrych i'r llall.
Er enghraifft, mae daeargryn pwerus sy'n achosi i adeiladau ddymchwel (mae adeiladau'n dymchwel oherwydd yr egni a gludir gan donnau daeargryn). Ydych chi erioed wedi gweld pob rhan o'r adeilad sydd wedi dymchwel yn dod yn ôl at ei gilydd ac yn sefyll yn unionsyth fel o'r blaen? Neu, er enghraifft, mae gwydr yn cwympo i'r llawr ac yn torri... Ydych chi erioed wedi gweld y darnau gwydr sydd wedi'u gwasgaru ar y llawr yn dod yn ôl at ei gilydd ac yn ffurfio gwydr sy'n gyfan fel o'r blaen? Ni ddigwyddodd erioed... mae yna lawer o enghreifftiau eraill.
I esbonio prosesau thermodynamig sy'n digwydd mewn un cyfeiriad yn unig (prosesau anwrthdroadwy), lluniodd gwyddonwyr ail gyfraith thermodynamig. Mae ail gyfraith thermodynamig yn egluro pa brosesau all ddigwydd yn y bydysawd a pha brosesau na allant. Gwnaeth un gwyddonydd o'r enw R.J.E. Clausius (1822–1888) y datganiad canlynol:
Mae gwres yn symud ar ei ben ei hun o wrthrych tymheredd uchel i wrthrych tymheredd isel; ni fydd gwres yn symud ar ei ben ei hun o wrthrych tymheredd isel i wrthrych tymheredd uchel (Ail gyfraith thermodynameg – datganiad Clausius).
Mae datganiad Clausius yn ddatganiad arbennig o ail gyfraith thermodynameg. Fe'i gelwir yn ddatganiad arbennig oherwydd ei fod yn berthnasol i un broses yn unig, sef trosglwyddo gwres. Gan nad yw'r datganiad hwn yn ymwneud â phrosesau eraill, mae angen datganiad mwy cyffredinol arnom. Roedd datblygiad y datganiad cyffredinol o ail gyfraith thermodynameg yn seiliedig yn rhannol ar astudiaeth peiriannau gwres. Felly, byddwn yn trafod peiriannau gwres yn gyntaf.
PEIRIANT GWRES
Mae llawer o'r ynni rydyn ni'n ei ddefnyddio yn dod o'r ynni potensial cemegol sydd mewn petroliwm, nwy a glo. Ni ellir defnyddio'r ynni potensial cemegol sydd mewn petroliwm, nwy neu lo yn uniongyrchol. Rhaid llosgi petroliwm, nwy neu lo yn gyntaf. Yn nodweddiadol, mae llosgi tanwyddau ffosil (petroliwm, nwy a glo) yn cynhyrchu gwres. Gellir defnyddio gwres yn uniongyrchol i goginio bwyd a chynhesu ystafell. I symud rhywbeth (er enghraifft, i symud cerbyd), rhaid inni drosi gwres yn ynni cinetig neu ynni mecanyddol (ynni mecanyddol = ynni potensial + ynni cinetig). Mae trosi ynni mecanyddol yn wres yn swydd hawdd iawn, ond mae trosi gwres yn ynni mecanyddol yn anodd. Rhowch gynnig ar rwbio'ch cledrau gyda'i gilydd… mae'ch cledrau'n boeth, iawn? Pan rydyn ni'n rhwbio ein cledrau gyda'i gilydd (rydym yn gwneud gwaith), mae ynni mecanyddol yn cael ei drawsnewid yn wres. Mae'r broses yn hawdd iawn… Gellir cynhyrchu hyd yn oed gwres anfeidrol trwy wneud gwaith. Ond mae'r broses wrthdro, sef defnyddio gwres i wneud gwaith, yn anodd.
Dim ond ym 1700 y dyfeisiwyd dyfais a ddefnyddir i harneisio gwres i gyflawni gwaith. Y ddyfais dan sylw oedd yr injan stêm. Defnyddiwyd peiriannau stêm gyntaf i bwmpio dŵr allan o byllau glo. Mae'n bwysig nodi bod y defnydd cyntaf o beiriannau stêm wedi digwydd cyn i wyddonwyr wybod bod gwres mewn gwirionedd yn ynni a drosglwyddir oherwydd gwahaniaethau tymheredd (nid oedd cyfraith gyntaf thermodynameg wedi'i llunio eto).
Mae'n debyg bod y defnydd o beiriannau stêm ar y pryd yn seiliedig ar brofiad bob dydd yn dangos y gallai stêm symud pethau. Ystyrir peiriannau stêm yn beiriannau gwres (peiriant gwres = dyfais ar gyfer trosi gwres yn ynni mecanyddol). Heddiw, defnyddir peiriannau stêm i gynhyrchu ynni trydanol. Peiriannau hylosgi mewnol yw peiriannau gwres modern (peiriannau ceir, peiriannau beiciau modur, ac ati).
Y syniad sylfaenol y tu ôl i ddefnyddio injan wres yw mai dim ond os caniateir iddo lifo o ranbarth tymheredd uchel i ranbarth tymheredd isel y gellir trosi gwres yn ynni mecanyddol. Yn ystod y broses hon, mae rhywfaint o'r gwres yn cael ei drawsnewid yn ynni mecanyddol (defnyddir rhywfaint o'r gwres i wneud gwaith), tra bod rhywfaint o'r gwres yn cael ei wrthod i'r rhanbarth tymheredd isel. Dangosir y broses o drosi ynni a throsglwyddo ynni mewn injan wres yn y diagram.
Tymheredd uchel (TH) a thymheredd isel (TL) hefyd yn cael ei alw'n dymheredd gweithredu'r injan. Rhoddir y symbol Q i wres sy'n llifo o le tymheredd uchelH, tra bod y gwres sy'n cael ei ryddhau i le tymheredd isel yn cael y symbol QL. Wrth lifo o le tymheredd uchel i le tymheredd isel, mae rhywfaint o QH wedi'i drawsnewid yn egni mecanyddol (a ddefnyddir i wneud gwaith), mae rhywfaint ohono'n cael ei ryddhau fel QLMewn gwirionedd, rydym yn gobeithio'n fawr y bydd pob QH gellir ei drawsnewid yn W, ond mae profiad bob dydd yn dangos bod hyn yn amhosibl. Mae rhywfaint o wres bob amser yn cael ei golli. Felly, yn seiliedig ar gadwraeth ynni, gellir dod i'r casgliad bod QH = W + QL.
Nawr, gadewch i ni adolygu injan wres a ddefnyddir yn gyffredin i drosi gwres yn ynni mecanyddol. Mae'n bwysig nodi mai dim ond peiriannau gwres sy'n perfformio gwaith parhaus yr ydym yn eu hystyried. Er mwyn i waith gael ei berfformio'n barhaus, rhaid i wres lifo'n barhaus o ranbarth tymheredd uchel i ranbarth tymheredd isel. Os mai dim ond unwaith y mae gwres yn llifo, dim ond unwaith y bydd y gwaith a gyflawnir gan yr injan wres hefyd yn cael ei wneud (bydd yr ynni mecanyddol a gynhyrchir yn fach iawn). Felly, ni ellir defnyddio'r injan wres yn optimaidd. Gellir defnyddio injan wres yn optimaidd os yw'n perfformio gwaith yn barhaus. Mewn geiriau eraill, mae'r ynni mecanyddol a gynhyrchir gan yr injan wres yn ddigonol i'w ddefnyddio i symud rhywbeth.
Peiriant stêm
Mae peiriannau stêm yn defnyddio anwedd dŵr fel cyfrwng trosglwyddo gwres. Cyfeirir at stêm fel sylwedd gweithio peiriant stêm. Mae dau fath o beiriannau stêm: peiriannau stêm cilyddol ac injans stêm tyrbin (tyrbinau stêm). Mae eu dyluniadau ychydig yn wahanol, ond mae'r ddau fath yn rhannu tebygrwydd: maent yn defnyddio stêm wedi'i gynhesu trwy losgi olew, nwy, glo, neu ynni niwclear.
Peiriant stêm math cilyddol
Fel arfer, caiff dŵr mewn cynhwysydd ei gynhesu ar bwysedd uchel. Gan ei fod yn cael ei gynhesu ar bwysedd uchel, mae'r broses ferwi yn digwydd ar dymheredd uchel. Mae tymheredd yn gymesur yn uniongyrchol â phwysedd. Po uchaf yw tymheredd y stêm, y mwyaf yw pwysau'r anwedd. Mae'r stêm tymheredd uchel neu bwysedd uchel hon yn symud trwy'r falf fewnfa ac yn ehangu yn erbyn y piston. Wrth iddo ehangu, mae'r stêm yn gwthio'r piston, gan achosi iddo symud i'r dde.
Mae rhywfaint o'r gwres yn y stêm yn cael ei drawsnewid yn egni cinetig. Pan fydd y piston yn symud i'r dde, mae'r olwyn sy'n gysylltiedig â'r piston yn cylchdroi (1). Ar ôl hanner cylchdro, mae'r olwyn yn gwthio'r piston yn ôl i'w safle gwreiddiol (2). Pan fydd y piston yn symud i'r chwith, mae'r falf fewnfa yn cau'n awtomatig, tra bod y falf gwacáu yn agor yn awtomatig. Mae'r stêm yn cael ei gyddwyso gan y cyddwysydd, gan droi'n wlith. Nesaf, mae'r dŵr yn y cyddwysydd yn cael ei bwmpio yn ôl i'r cynhwysydd i'w ferwi eto. Ac yn y blaen… Oherwydd bod y broses yn digwydd dro ar ôl tro, mae'r piston yn symud i'r dde ac i'r chwith yn barhaus. Oherwydd bod y piston yn symud i'r dde ac i'r chwith yn barhaus, mae'r olwyn hefyd yn cylchdroi'n barhaus. Fel arfer, defnyddir cylchdro'r olwyn i symud rhywbeth.
Tyrbin stêm
Mae egwyddor weithio tyrbin stêm yr un fath yn y bôn ag egwyddor gweithio injan stêm cilyddol. Y gwahaniaeth yw bod injan stêm cilyddol yn defnyddio piston, tra bod tyrbin stêm yn defnyddio tyrbin. Mewn injan stêm cilyddol, mae gwres yn cael ei drawsnewid yn gyntaf yn egni cinetig cyfieithu'r piston. Ar ôl hynny, mae egni cinetig cyfieithu'r piston yn cael ei drawsnewid yn egni cinetig cylchdro'r olwyn sy'n cylchdroi. Mewn tyrbin stêm, mae gwres yn cael ei drawsnewid yn uniongyrchol yn egni cinetig cylchdro'r tyrbin. Gall y tyrbin gylchdroi oherwydd gwahaniaeth pwysau. Mae tymheredd y stêm uwchben y llafn yn llawer uwch na thymheredd y stêm islaw'r llafn. Mae'r llafn yn blât tenau wedi'i leoli yng nghanol y tyrbin. Mae tymheredd yn gymesur yn uniongyrchol â phwysau. Gan fod tymheredd y stêm uwchben y llafn yn uwch na thymheredd y stêm islaw'r llafn, mae pwysau'r stêm uwchben y llafn yn fwy na'r pwysau islaw'r llafn. Mae'r gwahaniaeth pwysau hwn yn achosi i'r stêm wthio'r llafn i lawr, gan achosi i'r tyrbin gylchdroi. Dangosir cyfeiriad cylchdro'r tyrbin yn y ffigur.
Mae'n bwysig nodi bod egwyddor weithredol injan stêm yn seiliedig ar y diagram trosglwyddo ynni a eglurwyd uchod. Yn yr achos hwn, gellir cynhyrchu ynni mecanyddol trwy ganiatáu i wres lifo o wrthrych neu leoliad â thymheredd uchel i wrthrych neu leoliad â thymheredd isel. Felly, mae gwahaniaeth tymheredd yn hanfodol mewn injan stêm.
Os byddwch chi'n rhoi sylw i sut mae injan stêm cilyddol yn gweithio, fe sylwch chi y gall y piston symud i'r chwith a'r dde o hyd er nad oes gwahaniaeth tymheredd (dim cyddwysydd na phwmp). Gall y piston symud i'r dde oherwydd ehangu stêm tymheredd uchel neu bwysedd uchel. Yn yr achos hwn, mae rhywfaint o'r gwres yn y stêm yn cael ei drawsnewid yn egni cinetig cyfieithu'r piston. Yna mae'r egni cinetig cyfieithu hwn o'r piston yn trosi'n egni cinetig cylchdro'r olwyn sy'n cylchdroi. Ar ôl cwblhau hanner cylchdro, mae'r olwyn yn gwthio'r piston yn ôl i'r chwith. Pan fydd yr olwyn yn gwthio'r piston yn ôl i'r chwith, mae egni cinetig cylchdro'r olwyn yn cael ei drawsnewid eto yn egni cinetig cyfieithu'r piston. Wrth i'r piston symud i'r chwith, mae'n gwthio'r stêm allan yn y silindr. Ar yr un pryd, mae'r falf gwacáu yn agor.
Felly, bydd y stêm sy'n cael ei gwthio gan y piston yn gwthio ei ffrind o dan y falf gwacáu. Nawr, os yw tymheredd y stêm o dan y falf gwacáu yn hafal i dymheredd y stêm sy'n cael ei gwthio gan y piston, yna bydd holl egni cinetig cyfieithu'r piston yn cael ei drawsnewid yn ôl yn egni mewnol y stêm. Mae egni mewnol yn gymesur yn uniongyrchol â thymheredd. Os yw egni mewnol y stêm yn cynyddu, mae tymheredd y stêm yn cynyddu. Mae tymheredd yn gymesur yn uniongyrchol â phwysau. Os yw tymheredd y stêm yn cynyddu, mae pwysedd y stêm hefyd yn cynyddu. Felly, mae pwysedd y stêm sy'n cael ei ryddhau trwy'r falf gwacáu yn hafal i bwysau'r stêm sy'n mynd i mewn trwy'r falf fewnfa. Bydd y piston yn parhau i symud i'r dde a'r chwith yn barhaus ond ni fydd unrhyw gyfanswm egni cinetig y gellir ei ddefnyddio (dim cyfanswm gwaith yn cael ei gynhyrchu). Felly bydd yr egni cinetig a dderbynnir gan y piston yn ystod y broses ehangu (mae'r piston yn symud i'r dde) yn cael ei ddychwelyd i'r stêm yn ystod y broses gywasgu (mae'r piston yn symud i'r chwith).
Daethpwyd i'r casgliad bod gwahaniaeth tymheredd mewn injan stêm yn dal yn angenrheidiol. Gellir cyflawni'r gwahaniaeth tymheredd hwn mewn injan stêm trwy ddefnyddio cyddwysydd. Pan fydd tymheredd a phwysau'r stêm o dan y falf gwacáu yn llawer is na thymheredd a phwysau'r stêm yn y silindr, yna pan fydd y piston yn symud yn ôl i'r chwith, mae faint o bwysau y mae'r piston yn ei roi ar y stêm yn llawer llai na faint o bwysau y mae'r stêm yn ei roi ar y piston pan fydd y piston yn symud i'r dde. Mewn geiriau eraill, mae faint o waith y mae'r piston yn ei wneud ar y stêm yn llawer llai na faint o waith y mae'r stêm yn ei wneud ar y piston. Felly dim ond cyfran fach o egni cinetig y piston sy'n cael ei ddychwelyd i'r stêm. Felly, bydd cyfanswm yr egni cinetig neu gyfanswm y gwaith yn cael ei gynhyrchu. Defnyddir y cyfanswm egni cinetig hwn i symud rhywbeth.
Peiriant Hylosgi Mewnol
Mae peiriannau beiciau modur a cheir yn enghreifftiau o beiriannau hylosgi mewnol. Fe'u gelwir yn beiriannau hylosgi mewnol oherwydd bod y broses hylosgi yn digwydd y tu mewn i silindr caeedig. Mae peiriannau hylosgi mewnol yn ganlyniad peiriannu'r cysyniad o gywasgiad ac ehangu adiabatig, a eglurir yn gyfraith gyntaf thermodynameg.
Dim ond peiriannau hylosgi mewnol sy'n defnyddio gasoline a diesel fel tanwydd y byddwn yn eu hystyried. Mae gasoline a diesel yn gynhyrchion petrolewm, ac felly mae ganddynt egni potensial cemegol. Mae'r egni potensial cemegol mewn gasoline a diesel yn cael ei drawsnewid yn wres yn gyntaf trwy'r broses hylosgi. Yna mae'r gwres a gynhyrchir trwy hylosgi yn cael ei drawsnewid yn egni mecanyddol. Yr egni mecanyddol hwn yw'r hyn sy'n caniatáu i feic modur neu gar symud. Gelwir y cylch mewn injan gasoline yn gylchred Otto, tra bod y cylch mewn injan diesel yn gylchred diesel. Mae cylchred yn broses thermodynamig gildroadwy. Gadewch i ni drafod y cylchred Otto yn gyntaf.
Cylchred Otto
Dyma ddiagram o beiriant hylosgi mewnol pedwar strôc. Mae cymysgedd o aer ac anwedd gasoline yn llifo o'r carburator i'r silindr wrth i'r piston symud i lawr (y strôc cymeriant). Yna caiff y cymysgedd o aer ac anwedd gasoline yn y silindr ei gywasgu'n adiabatig wrth i'r piston symud i fyny (y strôc cywasgu). Gan ei fod wedi'i gywasgu'n adiabatig, mae tymheredd a phwysau'r cymysgedd yn cynyddu. Ar yr un pryd, mae'r plwg gwreichionen yn tanio'r cymysgedd, gan ei danio. Wrth iddo losgi, mae tymheredd a phwysau'r nwy yn cynyddu. Mae'r nwy tymheredd uchel, pwysedd uchel yn ehangu yn erbyn y piston, gan ei wthio i lawr (y strôc ehangu). Yna caiff y nwy wedi'i losgi ei ryddhau trwy'r falf gwacáu a'i gyfeirio tuag at y bibell wacáu (y strôc gwacáu). Mae'r falf cymeriant yn agor eto, ac mae'r pedwar strôc yn cael eu hailadrodd.
Mae'n bwysig nodi mai pwrpas y strôc cywasgu adiabatig yw cynyddu tymheredd a phwysau'r cymysgedd anwedd aer-petrol. Mae hylosgi ar bwysau uchel yn cynhyrchu tymereddau a phwysau uchel iawn. O ganlyniad, mae'r gwthiad (F = PA) a gynhyrchir yn ystod y broses ehangu yn fawr iawn. Mae hyn yn arwain at beic modur neu gar yn dod yn fwy pwerus. Hyd yn oed heb gywasgu, gall y cymysgedd anwedd aer-petrol danio pan fydd y plwg gwreichionen yn cynhyrchu gwreichionen. Fodd bynnag, nid yw tymheredd a phwysau'r nwy wedi'i losgi yn uchel iawn, felly mae'r gwthiad canlyniadol hefyd yn fach. O ganlyniad, mae'r injan yn dod yn llai pwerus.
Gellir esbonio'r broses o drawsnewid ynni a throsglwyddo ynni mewn injan hylosgi mewnol pedair strôc fel a ganlyn: Yn ystod hylosgi, mae'r ynni potensial cemegol mewn gasoline a'r ynni yn yr awyr yn cael ei drawsnewid yn wres. Mae rhywfaint o'r gwres yn cael ei drawsnewid yn ynni mecanyddol yn y wialen piston a'r siafft crank, tra bod rhywfaint yn cael ei ryddhau trwy'r bibell wacáu. Mae'r rhan fwyaf o'r ynni mecanyddol yn y wialen piston a'r siafft crank yn cael ei drawsnewid yn ynni mecanyddol yn y cerbyd (symud y cerbyd), tra bod cyfran fach yn cael ei drawsnewid yn wres. Cynhyrchir gwres gan ffrithiant.
Gellir dangos y broses ehangu a chywasgu adiabatig yn y cylch Otto gan y diagram isod. Mae'r diagram hwn yn dangos model delfrydol o'r prosesau thermodynamig sy'n digwydd mewn injan hylosgi mewnol sy'n cael ei phweru gan betrol.
Mae cymysgedd o aer ac anwedd gasoline yn mynd i mewn i'r silindr (a). Yna caiff y cymysgedd o aer ac anwedd gasoline ei gywasgu'n adiabatig (a-b). Sylwch fod cyfaint y silindr yn lleihau. Caiff y cymysgedd o aer ac anwedd gasoline ei gynhesu ar gyfaint cyson - caiff y cymysgedd ei losgi (b-c). Mae'r nwy wedi'i losgi yn ehangu'n adiabatig (c-d). Oeri ar gyfaint cyson - caiff y nwy wedi'i losgi ei ryddhau i'r bibell wacáu ac mae cymysgedd newydd o aer + anwedd gasoline yn mynd i mewn i'r silindr (d-a).
Mae cymysgedd o aer ac anwedd gasoline yn mynd i mewn i'r silindr (a). Yna caiff y cymysgedd o aer ac anwedd gasoline ei gywasgu'n adiabatig (a-b). Sylwch fod cyfaint y silindr yn lleihau. Caiff y cymysgedd o aer ac anwedd gasoline ei gynhesu ar gyfaint cyson - caiff y cymysgedd ei losgi (b-c). Mae'r nwy wedi'i losgi yn ehangu'n adiabatig (c-d). Oeri ar gyfaint cyson - caiff y nwy wedi'i losgi ei ryddhau i'r bibell wacáu ac mae cymysgedd newydd o aer + anwedd gasoline yn mynd i mewn i'r silindr (d-a).
Cylch Diesel
Mae egwyddor weithredol injan diesel yn debyg i egwyddor weithredol injan gasoline. Mae'r gwahaniaeth yn gorwedd yn y cam cywasgu adiabatig cychwynnol (cywasgu adiabatig = cywasgu sy'n cael ei wneud mor gyflym fel nad oes gan wres amser i lifo i mewn neu allan o'r system. Y system yn yr achos hwn yw silindr). Er mewn injan gasoline, yr hyn sy'n cael ei gywasgu yw cymysgedd o aer ac anwedd gasoline, mewn injan diesel dim ond yr aer sy'n cael ei gywasgu. Mae cywasgu adiabatig yn achosi i dymheredd a phwysau'r aer gynyddu. Nesaf, mae'r chwistrellwr, sef y chwistrellwr, yn chwistrellu diesel. Gan fod tymheredd a phwysau'r aer eisoes yn uchel iawn, pan gaiff y diesel ei chwistrellu i'r silindr, mae'r diesel yn tanio ar unwaith. Nid oes angen plwg gwreichionen. Nodwch y gwerth pwysau a ddangosir yn y diagram isod. Cymharwch ef â'r gwerth pwysau a ddangosir yn y diagram cylch Otto.
Mae'r diagram hwn yn dangos cylch diesel delfrydol. I ddechrau, mae aer yn cael ei gywasgu'n adiabatig (a-b), yna'n cael ei gynhesu ar bwysedd cyson – mae'r chwistrellwr yn chwistrellu diesel ac mae hylosgi'n digwydd (b-c), mae'r nwy wedi'i losgi yn ehangu'n adiabatig (c-d), yn oeri ar gyfaint cyson – mae'r nwy wedi'i losgi yn cael ei allyrru trwy'r bibell wacáu ac mae aer ffres yn mynd i mewn i'r silindr (d-a).
Yn seiliedig ar yr esboniad uchod, gellir dod i'r casgliad bod gan bob injan wres sylwedd gweithio penodol yn y bôn. Y sylwedd gweithio ar gyfer injan stêm yw dŵr, y sylwedd gweithio ar gyfer injan gasoline yw aer ac anwedd gasoline, y sylwedd gweithio ar gyfer injan diesel yw aer a diesel. Fel arfer, mae'r sylwedd gweithio yn amsugno gwres ar dymheredd uchel (QH ) , yn gwneud gwaith (W), yna'n rhyddhau'r gwres sy'n weddill ar dymheredd is (QL ) . Gan fod ynni'n cael ei gadw, yna mae QH = W + QL.
Effeithlonrwydd Peiriant Gwres
Effeithlonrwydd (e) injan wres yw'r gymhareb rhwng y gwaith (W) a wneir gan yr injan a'r mewnbwn gwres ar dymheredd uchel (Q H ). Yn fathemategol, gellir ei ysgrifennu fel hyn:
W yw'r elw a dderbyniwn, tra bod QH yn gost prynu a llosgi tanwydd. Fel bodau dynol sydd bob amser eisiau cael yr elw mwyaf posibl a'r gwariant lleiaf posibl, rydym yn gobeithio'n fawr fod yr elw a gawn (W) yn gymesur â'r gost a gawn (QH). A yw hynny'n bosibl?
Yn seiliedig ar gadwraeth ynni, rhaid i'r gwres mewnbwn (QH ) fod yn hafal i'r gwaith (W) a wneir + y gwres a ryddheir (QL ) . Yn fathemategol:
I fynegi effeithlonrwydd injan wres fel canran, lluoswch yr hafaliad effeithlonrwydd â 100%. Yn seiliedig ar yr hafaliad effeithlonrwydd uchod, po fwyaf o wres a wrthodir (QL ) gan injan wres, y lleiaf effeithlon ydyw. Byddem yn hoffi cael cyn lleied o wres â phosibl yn cael ei wrthod (QL). Fodd bynnag, fel arfer ceir y mewnbwn gwres (QH ) trwy losgi olew, glo, nwy, ac ati (tanwyddau yr ydym yn talu amdanynt).
Felly, mae pob injan wres wedi'i chynllunio i fod mor effeithlon â phosibl. Er ein bod yn dymuno'r budd mwyaf posibl o'r gwariant lleiaf posibl, y gwir amdani yw bod injans stêm fel arfer tua 40% yn effeithlon, tra bod injans hylosgi mewnol tua 50%. Mae hyn yn golygu bod hanner y gwres a gynhyrchir gan losgi tanwydd yn cael ei wastraffu. Dim ond hanner sy'n cael ei drawsnewid yn ynni mecanyddol.
Cwestiwn enghreifftiol 1:
Mae peiriant gwres yn amsugno 3000 Joule o wres (QH ) , yn cyflawni gwaith (W) ac yn rhyddhau 2500 Joule o wres (QL ) . Beth yw effeithlonrwydd yr injan gwres?
Trafodaeth
Cwestiwn enghreifftiol 2:
Mae peiriant gwres yn amsugno 3000 Joule o wres (QH ) , yn gwneud gwaith (W) ac yn rhyddhau 2000 Joule o wres (QL ) . Beth yw effeithlonrwydd yr injan wres?
Trafodaeth
Cwestiwn enghreifftiol 3:
Mae peiriant gwres yn amsugno 3000 Joule o wres (QH ) , yn gwneud gwaith (W) ac yn rhyddhau 1500 Joule o wres (QL ) . Beth yw effeithlonrwydd yr injan wres?
Trafodaeth
