I esbonio'r prosesau thermodynamig anadferadwy, lluniodd y gwyddonwyr ail gyfraith thermodynameg. Mae ail gyfraith thermodynameg yn egluro pa brosesau all ddigwydd yn y bydysawd a pha brosesau na allant ddigwydd. Gwnaeth un gwyddonydd o'r enw RJE Clausius (1822-1888) y datganiad canlynol:
Yn naturiol, mae gwres yn symud o wrthrychau tymheredd uchel i wrthrychau tymheredd isel; yn naturiol, nid yw gwres yn symud o wrthrychau tymheredd isel i wrthrychau tymheredd uchel (Ail gyfraith thermodynameg—datganiad Clausius).
Mae datganiad Clausius yn un o ddatganiadau arbennig ail gyfraith thermodynameg. Fe'i gelwir yn ddatganiad arbennig oherwydd dim ond i un broses yn unig y mae'n berthnasol, sy'n gysylltiedig â throsglwyddo gwres. Gan nad yw'r datganiad hwn yn gysylltiedig â phrosesau eraill, mae angen datganiad mwy cyffredinol arnom. Mae datblygiad datganiad cyffredinol o ail gyfraith thermodynameg yn seiliedig ar astudio peiriannau gwres. Felly, rydym yn trafod gwres injan yn gyntaf.
Peiriant Gwres
Mae llawer o'r ynni a ddefnyddiwn yn dod o ynni potensial cemegol sydd wedi'i gynnwys mewn petrolewm, nwy, glo. Rhaid llosgi ynni potensial cemegol a gymhwysir i'w ddefnyddio'n uniongyrchol yn gyntaf. Fel arfer, mae llosgi tanwyddau ffosil (olew, nwy a glo) yn cynhyrchu gwres. Gellir defnyddio gwres yn uniongyrchol i goginio bwyd, cynhesu ystafell. I symud rhywbeth (fel symud cerbyd), rhaid inni drosi gwres yn ynni cinetig neu ynni mecanyddol (ynni mecanyddol = ynni potensial + ynni cinetig).
Darganfuwyd offeryn sy'n defnyddio gwres i wneud gwaith ym 1700. Peiriant stêm ydoedd. Defnyddiwyd yr injan stêm gyntaf i bwmpio dŵr allan o bwll glo.
Defnyddir peiriannau stêm oherwydd gall stêm symud pethau. Mae peiriannau stêm yn cynnwys peiriant gwres (mae peiriant gwres yn offeryn ar gyfer trosi gwres yn ynni mecanyddol). Nawr defnyddir yr injan stêm i gynhyrchu ynni trydanol. Peiriannau hylosgi mewnol fel peiriannau ceir, peiriannau beiciau modur, ac ati yw peiriannau gwres modern.
Y syniad sylfaenol y tu ôl i ddefnyddio peiriannau gwres yw y gellir trosi gwres yn ynni mecanyddol os caniateir i wres lifo o dymheredd uchel i dymheredd isel. Yn ystod y broses hon, mae rhywfaint o wres yn cael ei drawsnewid yn ynni mecanyddol (defnyddir rhywfaint o wres i wneud y gwaith), ac mae rhywfaint o wres yn cael ei ollwng mewn mannau tymheredd isel. Mae'r broses o newid siâp ynni a throsglwyddo ynni yn yr injan wres yn edrych fel y diagram hwn.
Tymheredd uchel (TH) a thymheredd isel (TL) yn cael eu galw'n dymheredd gweithredu peiriant. QH yw'r gwres sy'n llifo o'r tymheredd uchel, tra bod QL yw gwres yn llifo i'r lle tymheredd isel. Wrth lifo o dymheredd uchel i dymheredd isel, mae rhywfaint o wres yn cael ei drawsnewid yn egni mecanyddol (a ddefnyddir i weithio), mae rhywfaint o wres yn cael ei waredu fel QLNi ellir trawsnewid yr holl wres yn waith (W), mae gwres bob amser yn cael ei ryddhau (Q).L). Felly, yn seiliedig ar gadwraeth ynni, QH = W + QL.
Mae yna nifer o beiriannau gwres, gan gynnwys peiriannau stêm ac injans hylosgi mewnol.
Injan stêm
Mae peiriannau stêm yn defnyddio anwedd dŵr fel cyfrwng trosglwyddo gwres. Hylif gweithio yw stêm. Mae dau fath o beiriannau stêm: peiriannau stêm bob yn ail ac peiriannau stêm tyrbin. Mae dyluniad yr injan hon yn wahanol, ond mae'r ddau fath hyn o beiriannau stêm yn defnyddio stêm sy'n cael ei gynhesu trwy losgi olew, nwy, glo neu ddefnyddio ynni niwclear.
Peiriannau Hylosgi Mewnol
Mae peiriannau beiciau modur a pheiriannau ceir yn enghreifftiau o beiriannau hylosgi mewnol. Gelwir hwy yn beiriannau hylosgi mewnol oherwydd bod y broses hylosgi yn digwydd y tu mewn i silindrau caeedig. Mae presenoldeb peiriant hylosgi mewnol yn ganlyniad i'r cysyniad peirianneg o gywasgu ac ehangu adiabatig.
Effeithlonrwydd Peiriant Gwres
Mae effeithlonrwydd yr injan wres (e) yn gymhariaeth rhwng gwaith (W) a gyflawnir gan y peiriant gyda mewnbwn Gwres ar dymheredd uchel (QH ).
W yw'r enillion a dderbynnir, tra bod Q H yn gost prynu a llosgi tanwydd. Fel bodau dynol sydd bob amser eisiau cael yr elw mwyaf a'r gwariant lleiaf, rydym yn gobeithio bod y cynnydd mewn elw (W) yn gymesur â'r gost a wariwn (Q H ). A allai ddigwydd?
Yn seiliedig ar gadwraeth ynni, rhaid i wres (QH ) fod yn hafal i waith (W) + gwres a ryddheir (QL ).
Amnewidiwch W yn hafaliad 1 gyda W yn hafaliad 2
Dyma hafaliad effeithlonrwydd injan gwres.
Cwestiwn 1 :
Mae injan wres yn amsugno gwres o 3000 Joule (QH ) , yn gwneud gwaith (W) ac yn tynnu gwres o 2500 Joule (QL ) . Cyfrifwch effeithlonrwydd gwres yr injan.
Ateb
Effeithlonrwydd injan gwres = 17%.
Cwestiwn 2 :
Mae peiriant gwres yn amsugno gwres o 3000 Joule (QH ) , yn gwneud gwaith (W) ac yn tynnu gwres o 2000 Joule (QL ) . Cyfrifwch effeithlonrwydd yr injan gwres.
Ateb
Effeithlonrwydd injan gwres = 34%.
Cwestiwn 3 :
Mae injan wres yn amsugno 3000 Joule o wres (QH ) , yn gwneud gwaith (W) ac yn taflu cymaint â 1500 Joule o wres (QL ) . Cyfrifwch effeithlonrwydd injan wres?
Ateb
Effeithlonrwydd injan gwres = 50%.
