Echiche nke Ike Dị n'ime na Injinịa Sistemụ Thermodynamic
N'ọmụmụ ihe gbasara thermodynamics nke injinịa, otu n'ime echiche kachasị mkpa ma dị mkpa na nyocha sistemụ bụ ike dị n'ime. Ike dị n'ime, nke a na-ejikarị U eme ihe, bụ akụkụ dị mkpa nke ihe onwunwe nke ihe, ma ọ bụ ihe dị ọcha ma ọ bụ ngwakọta, n'ime sistemụ thermodynamic. Nghọta ziri ezi nke ike dị n'ime na-enyere ndị injinia aka ịkọwa ma gbakọọ omume nke sistemụ dị ka turbines uzuoku, compressors, injin ọkụ dị n'ime, boilers, ihe mgbanwe okpomọkụ, na sistemụ friji. Isiokwu a na-atụle nkọwa nke ike dị n'ime, ihe anụ ahụ pụtara, mmekọrịta ya na okpomọkụ na ọrụ, ọrụ ya na Iwu Mbụ nke Thermodynamics, na ojiji ya bara uru na sistemụ injinia.
1. Ịghọta Ike Dị n'ime
Ike dị n'ime bụ ike zuru oke echekwara na sistemụ n'ihi mmegharị na mmekọrịta nke ihe ndị mejupụtara ya (molecules, atọm, elektrọn). N'adịghị ka ike kinetic na ike nwere ike, nke a na-ahụ anya na nha macroscopic (dịka ọmụmaatụ, ihe na-agagharị ma ọ bụ n'ogo ụfọdụ), ike dị n'ime metụtara ihe ndị dị na obere nha: mkpọtụ molekul, ntụgharị, ntụgharị, ike njikọ, na ike metụtara nhazi dị n'ime nke ihe.
N'echiche, ike zuru oke nke sistemụ nwere ike ide dị ka njikọta nke ike dị n'ime na ike macroscopic:
\[
E = U + KE + PE
\]
na:
– \(E\) = ike zuru oke nke sistemụ ahụ
– \(U\) = ike dị n'ime
– \(KE\) = ike kinetic macroscopic
– \(PE\) = ike nwere ike dị na nnukwu ihe
N'ọtụtụ nyocha nke injinịa thermodynamic, mgbanwe dị na ike kinetic na ike nwere ike na-adịkarị obere karịa mgbanwe dị na ike dị n'ime ma ọ bụ enthalpy, ya mere a na-elegharakarị anya iji mee ka mgbakọ dị mfe (ọ bụ ezie na n'ọtụtụ ngwa dịka nozzles ma ọ bụ turbines, ike kinetic nwere ike ịdị oke mkpa).
2. Ike dị n'ime dịka ihe onwunwe nke thermodynamic
Ike dị n'ime bụ ọrụ steeti. Nke a pụtara na uru nke ike dị n'ime dabere naanị na ọnọdụ sistemụ dị ugbu a (dịka ọmụmaatụ, okpomọkụ, nrụgide, na nhazi), ọ bụghị na usoro e si erute ọnọdụ ahụ. N'ụdị dị iche, a na-egosipụta mgbanwe dị na ike dị n'ime dị ka:
\[
\Delta U = U_2 – U_1
\]
E kwesịrị imesi ike na uru zuru oke nke U siri ike ịtụ kpọmkwem, n'ihi na ihe a pụrụ ịchọpụta site na nnwale bụ mgbanwe dị na ike dị n'ime (\(\Delta U\)). Ya mere, tebụl thermodynamic (dịka ọmụmaatụ, tebụl uzuoku mmiri) na-egosipụtakarị ụkpụrụ ike dị n'ime metụtara ọnọdụ ntụaka ụfọdụ.
3. Ihe A Na-ahụ Anya Pụtara: Akụkụ Ike Microscopic
Ike dị n'ime bụ obere "ebe nchekwa" ike. N'ozuzu, onyinye sitere na ike dị n'ime nwere ike ịgụnye:
1. Ike ntụgharị nke molekul (metụtara okpomọkụ).
2. Ike ntụgharị na nke na-eme mkpọtụ (dị mkpa na gas polyatomic na na okpomọkụ dị elu).
3. Ike nwere ike ịdị n'etiti molekul (nke kachasị na mmiri mmiri na ihe siri ike, nke ike mara mma dị n'etiti molekul na-emetụta).
4. Ike njikọ kemịkalụ (dị mkpa na mmeghachi omume ọkụ ma ọ bụ usoro kemịkalụ).
5. Ike nuklia (a na-elegharakarị anya na thermodynamics nke injinia oge ochie ma e wezụga na sistemụ reactor nuklia).
Ebe ọ bụ na okpomọkụ na nhazi nke ihe ahụ na-emetụta ihe ndị a, ike dị n'ime nwere njikọ chiri anya na okpomọkụ. Maka gas zuru oke, ike dị n'ime bụ isi ọrụ nke okpomọkụ naanị.
4. Mmekọrịta dị n'etiti ike dị n'ime na okpomọkụ na ọrụ
Otu echiche na-ezighị ezi a na-enwekarị bụ na a na-ewere ike dị n'ime dị ka "otu" okpomọkụ. N'eziokwu:
– Okpomọkụ (Q) bụ ike nke na-agafe ókèala sistemụ n'ihi ọdịiche okpomọkụ.
– Ọrụ (W) bụ ike e zigara n'ofe ókèala sistemụ n'ihi ike na-arụ ọrụ site na mbugharị (dịka ọmụmaatụ ọrụ ókèala \(P\,dV\), ọrụ ogwe na turbine, ọrụ eletriki, wdg).
– Ike dị n'ime (U) bụ ike echekwara na sistemụ ahụ dị ka ihe onwunwe steeti.
Mgbe sistemụ natara okpomọkụ, ike dị n'ime ya nwere ike ịbawanye, mana ọ bụghị mgbe niile—n'ihi na enwere ike ịgbanwe ụfọdụ ike na-abata ka ọ bụrụ mmepụta ọrụ. N'aka nke ọzọ, mgbe sistemụ na-arụ ọrụ, ike dị n'ime ya nwere ike ibelata ọbụlagodi na okpomọkụ anaghị efu, dịka ọ dị na mgbasa adiabatic.
5. Ike dị n'ime n'ime Iwu Mbụ nke Thermodynamics
Iwu Mbụ nke Thermodynamics kwuru maka nchekwa ike. Maka sistemụ mechiri emechi, ụdị kachasị bụ:
\[
\ Delta U + \ Delta KE + \ Delta PE = Q – W
\]
Ọ bụrụ na enwere ike ileghara mgbanwe na kinetic na ike nwere ike anya:
\[
\Delta U = Q – W
\]
Usoro a na-akọwa na mgbanwe dị n'ime ike na-ekpebi site na nguzozi ike: ike na-abanye dị ka okpomọkụ na-ebelata ike na-ahapụ dị ka ọrụ.
Ihe atụ echiche
– Mgbe a na-ekpo ọkụ gas n'ime arịa siri ike (olu na-agbanwe agbanwe), ọrụ ókèala bụ \(W = 0\), nke mere na okpomọkụ niile na-abata na-eme ka ike dị n'ime dịkwuo elu: \(\Delta U = Q\).
– Na mgbasa adiabatic (enweghị nnyefe okpomọkụ, \(Q=0\)), sistemụ ahụ na-arụ ọrụ ma ike dị n'ime ya na-ebelata: \(\Delta U = -W\).
6. Ihe dị iche n'etiti Ike dị n'ime na Enthalpy
Na temodynamics injinia, e wezụga ike dị n'ime, a makwaara enthalpy (H):
\[
H = U + PV
\]
A na-ejikarị Enthalpy eme ihe maka ojiji na sistemụ mmiri (olu njikwa) dịka turbines, compressors, boilers, na ihe mgbanwe okpomọkụ, n'ihi na okwu \(PV\) na-anọchite anya "ọrụ mmiri" nke jikọtara ya na ịkwanye mmiri n'ime na n'ime olu njikwa.
Agbanyeghị, ike dị n'ime ka dị oke mkpa, ọkachasị na:
- sistemụ mechiri emechi (dịka ọmụmaatụ cylinder-piston),
- usoro olu na-aga n'ihu,
- nyocha nwa oge na tankị,
– na mkpebi nke ihe ndị dị n'okpuru ọnọdụ ụfọdụ nke thermodynamic.
7. Ike dị n'ime Gas dị mma
Maka gas zuru oke, ike dị n'ime na-adabere naanị na okpomọkụ:
\[
U = U(T)
\]
Ya mere, enwere ike ịgbakọ mgbanwe dị na ike dị n'ime site na iji ikike okpomọkụ na olu na-agbanwe agbanwe (\(C_v\)):
\[
\Delta U = m\int_{T_1}^{T_2} C_v(T)\, dT
\]
Ọ bụrụ na \(C_v\) dị ka ihe na-agbanwe agbanwe:
\[
\Delta U = m C_v (T_2 – T_1)
\]
Ọ bara ezigbo uru maka ngụkọ ngwa ngwa na ihe ndị dị na injinịa dịka usoro mkpakọ/mgbasawanye gas, nyocha okirikiri zuru oke (Otto, Diesel, Brayton), na ngụkọ mbufe ike bụ isi.
8. Ike dị n'ime ihe ndị dị adị na uzu mmiri
N'ihe ndị dị adị dịka mmiri, ihe ndị na-eme ka mmiri dị jụụ, ma ọ bụ ngwakọta hydrocarbon, ike dị n'ime anaghị adabere na okpomọkụ naanị ya. Nrụgide na usoro (mmiri mmiri, uzuoku, ngwakọta) na-emetụtakwa ya. Ya mere, nyocha ike dị n'ime na-ezo aka na:
- tebụl thermodynamic (tebụl uzuoku),
eserese –\(Pv\), \(Ts\), ma ọ bụ \(hs\),
– ma ọ bụ nha nhata nke ụdị steeti na ihe onwunwe.
Dịka ọmụmaatụ, n'ime mmiri: ike dị n'ime na-abawanye nke ukwuu mgbe enwere mgbanwe nkebi site na mmiri mmiri jupụtara gaa na uzuoku juru eju n'ihi ike zoro ezo nke jikọtara ya na mmebi nke ike ndọta intermolecular.
9. Ojiji nke Ike Dị n'ime na Sistemụ Thermodynamic Injinịa
Ịghọta ike nwere mmetụta kpọmkwem na nhazi na nyocha arụmọrụ nke akụrụngwa injinịa, dịka ọmụmaatụ:
1. Ụlọ ọkụ na injin ọkụ dị n'ime: mgbanwe na ike na gas ọkụ metụtara mwepụta nke ike kemịkalụ na okpomọkụ nke gas ahụ.
2. Tankị nchekwa nwere nrụgide: enwere ike inyocha usoro njupụta/ịwụfu ihe site na mgbanwe na ike dị n'ime mmiri dị na tankị ahụ, ọkachasị n'okpuru ọnọdụ adiabatic ma ọ bụ nke na-adịghị agafe agafe.
3. Boilers na condensers: ọ bụ ezie na nyocha mmiri na-ejikarị enthalpy eme ihe, ike dị n'ime na-enyere aka ịghọta mgbanwe nke usoro na nguzozi ike dị n'ime mmiri ahụ.
4. Sistemụ friji: ike dị n'ime na-akọwa mgbanwe ike dị na refrigerant n'oge mkpakọ, mgbasawanye, na nnyefe okpomọkụ, karịsịa mgbe a tụlere ya dị ka sistemụ mechiri emechi na ụfọdụ akụkụ.
10. Mmechi
Ike dị n'ime bụ echiche dị mkpa na injinịa thermodynamics n'ihi na ọ na-anọchite anya ike dị omimi echekwara na sistemụ dị ka ihe onwunwe nke steeti. Site na Iwu Mbụ nke Thermodynamics, mgbanwe na ike dị n'ime na-ejikọta nnyefe okpomọkụ na ọrụ, si otú a na-eme ntọala maka nyocha ike nke usoro injinia dị iche iche. Na gas zuru oke, ike dị n'ime na-adaberekarị na okpomọkụ, ebe n'ime ihe ndị dị adị, ike dị n'ime na-emetụta ọnọdụ nkebi na nrụgide. Site n'ịghọta ike dị n'ime n'ụzọ miri emi, injinia nwere ike iwulite ụdị ziri ezi karị, mee ngụkọ dị irè, ma mee mkpebi nhazi kwesịrị ekwesị na ngwa sistemụ okpomọkụ dị iche iche.
Ọ bụrụ na ịchọrọ, enwere m ike itinye ihe atụ nke mgbakọ ọnụọgụgụ (dịka ọmụmaatụ ikpo ọkụ nke gas na silinda ma ọ bụ mgbasawanye adiabatic) iji mee ka echiche nke ike dị n'ime bụrụ ihe siri ike karị.
