ແນວຄວາມຄິດຂອງພະລັງງານພາຍໃນໃນລະບົບວິສະວະກຳທາງເທີໂມໄດນາມິກ

ແນວຄວາມຄິດຂອງພະລັງງານພາຍໃນໃນລະບົບວິສະວະກຳທາງເທີໂມໄດນາມິກ

ໃນການສຶກສາກ່ຽວກັບເທີໂມໄດນາມິກທາງວິສະວະກຳ, ໜຶ່ງໃນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານແຕ່ສຳຄັນທີ່ສຸດໃນການວິເຄາະລະບົບແມ່ນພະລັງງານພາຍໃນ. ພະລັງງານພາຍໃນ, ເຊິ່ງມັກຈະເປັນສັນຍາລັກຂອງ U, ແມ່ນສ່ວນໜຶ່ງທີ່ສຳຄັນຂອງຄຸນສົມບັດຂອງສານ, ບໍ່ວ່າຈະເປັນສານບໍລິສຸດ ຫຼື ສ່ວນປະສົມ, ພາຍໃນລະບົບເທີໂມໄດນາມິກ. ຄວາມເຂົ້າໃຈຢ່າງຖືກຕ້ອງກ່ຽວກັບພະລັງງານພາຍໃນຊ່ວຍໃຫ້ວິສະວະກອນອະທິບາຍ ແລະ ຄິດໄລ່ພຶດຕິກຳຂອງລະບົບຕ່າງໆເຊັ່ນ: ກັງຫັນໄອນ້ຳ, ເຄື່ອງອັດອາກາດ, ເຄື່ອງຈັກເຜົາໄໝ້ພາຍໃນ, ໝໍ້ຕົ້ມນ້ຳ, ເຄື່ອງແລກປ່ຽນຄວາມຮ້ອນ, ແລະ ລະບົບເຮັດຄວາມເຢັນ. ບົດຄວາມນີ້ສົນທະນາກ່ຽວກັບຄຳນິຍາມຂອງພະລັງງານພາຍໃນ, ຄວາມໝາຍທາງກາຍະພາບຂອງມັນ, ຄວາມສຳພັນຂອງມັນກັບຄວາມຮ້ອນ ແລະ ວຽກງານ, ບົດບາດຂອງມັນໃນກົດເກນທຳອິດຂອງເທີໂມໄດນາມິກ, ແລະ ການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຂອງມັນໃນລະບົບວິສະວະກຳ.

1. ເຂົ້າໃຈພະລັງງານພາຍໃນ

ພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນພະລັງງານຈຸລະພາກທັງໝົດທີ່ເກັບໄວ້ໃນລະບົບເນື່ອງຈາກການເຄື່ອນໄຫວ ແລະ ການພົວພັນກັນຂອງອະນຸພາກທີ່ເປັນສ່ວນປະກອບຂອງມັນ (ໂມເລກຸນ, ອະຕອມ, ເອເລັກຕຣອນ). ບໍ່ເຫມືອນກັບພະລັງງານຈົນ ແລະ ພະລັງງານທ່າແຮງ, ເຊິ່ງສາມາດເບິ່ງເຫັນໄດ້ໃນລະດັບມະຫາພາກ (ເຊັ່ນ: ວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ ຫຼື ຢູ່ໃນລະດັບຄວາມສູງທີ່ແນ່ນອນ), ພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບປະກົດການໃນລະດັບຈຸລະພາກ: ການສັ່ນສະເທືອນຂອງໂມເລກຸນ, ການໝູນ, ການປ່ຽນແປງ, ພະລັງງານພັນທະ, ແລະ ພະລັງງານທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການຕັ້ງຄ່າພາຍໃນຂອງວັດສະດຸ.

ໃນແນວຄິດ, ພະລັງງານທັງໝົດຂອງລະບົບສາມາດຂຽນໄດ້ວ່າເປັນການລວມກັນຂອງພະລັງງານພາຍໃນ ແລະ ພະລັງງານມະຫາພາກ:

\[
ອີ = ຢູ + ເຄ + ພີອີ
\]

ກັບ:
- \(E\) = ພະລັງງານທັງໝົດຂອງລະບົບ
- \(U\) = ພະລັງງານພາຍໃນ
- \(KE\) = ພະລັງງານຈົນມະຫາພາກ
- \(PE\) = ພະລັງງານທ່າແຮງມະຫາພາກ

ໃນການວິເຄາະທາງເທີໂມໄດນາມິກທາງວິສະວະກຳຫຼາຍຢ່າງ, ການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານຈົນ ແລະ ພະລັງງານທ່າແຮງມັກຈະນ້ອຍກວ່າການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານພາຍໃນ ຫຼື ເອນທາລປີ, ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງມັກຖືກລະເລີຍໃນການເຮັດໃຫ້ການຄິດໄລ່ງ່າຍຂຶ້ນ (ເຖິງແມ່ນວ່າໃນການນຳໃຊ້ບາງຢ່າງເຊັ່ນ: ປາຍສີດ ຫຼື ກັງຫັນ, ພະລັງງານຈົນສາມາດມີຄວາມສຳຄັນ).

2. ພະລັງງານພາຍໃນເປັນຄຸນສົມບັດທາງເທີໂມໄດນາມິກ

ພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນຟັງຊັນຂອງສະຖານະ. ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າຄ່າຂອງພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນຂຶ້ນກັບສະຖານະປັດຈຸບັນຂອງລະບົບເທົ່ານັ້ນ (ເຊັ່ນ: ອຸນຫະພູມ, ຄວາມກົດດັນ, ແລະ ສ່ວນປະກອບ), ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນທາງຂະບວນການທີ່ໃຊ້ເພື່ອບັນລຸສະຖານະນັ້ນ. ໃນຮູບແບບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນສະແດງອອກເປັນ:

\[
ເດລຕາ U = U_2 – U_1
\]

ຄວນເນັ້ນໜັກວ່າຄ່າຢ່າງແທ້ຈິງຂອງ U ແມ່ນຍາກທີ່ຈະວັດແທກໂດຍກົງ, ເພາະວ່າສິ່ງທີ່ສາມາດກຳນົດໄດ້ໂດຍການທົດລອງແມ່ນການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານພາຍໃນ (\(\Delta U\)). ດັ່ງນັ້ນ, ຕາຕະລາງເທີໂມໄດນາມິກ (ເຊັ່ນ: ຕາຕະລາງໄອນ້ຳ) ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວຈະນຳສະເໜີຄ່າພະລັງງານພາຍໃນທຽບກັບສະຖານະອ້າງອີງທີ່ແນ່ນອນ.

3. ຄວາມໝາຍທາງກາຍະພາບ: ອົງປະກອບພະລັງງານຈຸລະພາກ

ພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນ "ບ່ອນເກັບມ້ຽນ" ພະລັງງານທີ່ຈຸລະທັດເບິ່ງຄືກ້ອງຈຸລະທັດ. ໂດຍທົ່ວໄປ, ການປະກອບສ່ວນຈາກພະລັງງານພາຍໃນສາມາດປະກອບມີ:
1. ພະລັງງານການແປຂອງໂມເລກຸນ (ກ່ຽວຂ້ອງກັບອຸນຫະພູມ).
2. ພະລັງງານໝູນວຽນ ແລະ ພະລັງງານສັ່ນສະເທືອນ (ມີຄວາມສຳຄັນໃນອາຍແກັສຫຼາຍອະຕອມ ແລະ ໃນອຸນຫະພູມສູງກວ່າ).
3. ພະລັງງານສັກຍະພາບລະຫວ່າງໂມເລກຸນ (ມີອິດທິພົນຫຼາຍໃນຂອງແຫຼວ ແລະ ຂອງແຂງ, ເຊິ່ງໄດ້ຮັບອິດທິພົນຈາກແຮງດຶງດູດລະຫວ່າງໂມເລກຸນ).
4. ພະລັງງານພັນທະເຄມີ (ສຳຄັນໃນປະຕິກິລິຍາການເຜົາໄໝ້ ຫຼື ຂະບວນການທາງເຄມີ).
5. ພະລັງງານນິວເຄຼຍ (ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວຈະບໍ່ສົນໃຈໃນເທີໂມໄດນາມິກວິສະວະກຳແບບຄລາສສິກ ຍົກເວັ້ນໃນລະບົບເຕົາປະຕິກອນນິວເຄຼຍ).

ເນື່ອງຈາກອົງປະກອບເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກອຸນຫະພູມ ແລະ ໂຄງສ້າງຂອງສານ, ພະລັງງານພາຍໃນຈຶ່ງກ່ຽວຂ້ອງຢ່າງໃກ້ຊິດກັບອຸນຫະພູມ. ສຳລັບອາຍແກັສທີ່ເໝາະສົມ, ພະລັງງານພາຍໃນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໜ້າທີ່ຂອງອຸນຫະພູມພຽງຢ່າງດຽວ.

4. ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງພະລັງງານພາຍໃນ ແລະ ຄວາມຮ້ອນ ແລະ ວຽກ

ຄວາມເຂົ້າໃຈຜິດທົ່ວໄປຢ່າງໜຶ່ງແມ່ນວ່າພະລັງງານພາຍໃນຖືກຖືວ່າ "ຄືກັນກັບຄວາມຮ້ອນ". ໃນຄວາມເປັນຈິງ:
- ຄວາມຮ້ອນ (Q) ແມ່ນພະລັງງານທີ່ເຄື່ອນທີ່ຂ້າມຂອບເຂດຂອງລະບົບຍ້ອນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງອຸນຫະພູມ.
- ວຽກ (W) ແມ່ນພະລັງງານທີ່ຖືກໂອນຜ່ານຂອບເຂດຂອງລະບົບເນື່ອງຈາກແຮງທີ່ກະທຳຜ່ານການຍົກຍ້າຍ (ຕົວຢ່າງ: ວຽກຂອບເຂດ \(P\,dV\), ວຽກເພົາເທິງກັງຫັນ, ວຽກໄຟຟ້າ, ແລະອື່ນໆ).
- ພະລັງງານພາຍໃນ (U) ແມ່ນພະລັງງານທີ່ເກັບໄວ້ໃນລະບົບເປັນຊັບສິນຂອງລັດ.

ເມື່ອລະບົບໄດ້ຮັບຄວາມຮ້ອນ, ພະລັງງານພາຍໃນຂອງມັນສາມາດເພີ່ມຂຶ້ນ, ແຕ່ບໍ່ແມ່ນສະເໝີໄປ - ເພາະວ່າພະລັງງານທີ່ເຂົ້າມາບາງສ່ວນສາມາດປ່ຽນເປັນຜົນຜະລິດຂອງວຽກໄດ້. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ເມື່ອລະບົບເຮັດວຽກ, ພະລັງງານພາຍໃນຂອງມັນສາມາດຫຼຸດລົງເຖິງແມ່ນວ່າບໍ່ມີຄວາມຮ້ອນສູນເສຍໄປ, ເຊັ່ນດຽວກັບການຂະຫຍາຍຕົວແບບ adiabatic.

5. ພະລັງງານພາຍໃນໃນກົດເກນທຳອິດຂອງເທີໂມໄດນາມິກ

ກົດເກນຂໍ້ທີໜຶ່ງຂອງເທີໂມໄດນາມິກລະບຸເຖິງການອະນຸລັກພະລັງງານ. ສຳລັບລະບົບປິດ, ຮູບແບບທີ່ພົບເລື້ອຍທີ່ສຸດແມ່ນ:

\[
\Delta U + \Delta KE + \Delta PE = Q – W
\]

ຖ້າການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານຈົນ ແລະ ພະລັງງານທ່າແຮງສາມາດຖືກລະເລີຍໄດ້:

\[
\Delta U = Q – W
\]

ສົມຜົນນີ້ອະທິບາຍວ່າການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນຖືກກຳນົດໂດຍຄວາມສົມດຸນຂອງພະລັງງານ: ພະລັງງານທີ່ເຂົ້າມາເປັນຄວາມຮ້ອນລົບດ້ວຍພະລັງງານທີ່ອອກໄປເປັນວຽກ.

ຕົວຢ່າງແນວຄວາມຄິດ
- ເມື່ອໃຫ້ຄວາມຮ້ອນແກ່ອາຍແກັສໃນພາຊະນະແຂງ (ປະລິມານຄົງທີ່), ວຽກງານຂອບເຂດແມ່ນ \(W = 0\), ດັ່ງນັ້ນຄວາມຮ້ອນທີ່ເຂົ້າມາທັງໝົດຈະເພີ່ມພະລັງງານພາຍໃນ: \(\Delta U = Q\).
- ໃນການຂະຫຍາຍຕົວແບບ adiabatic (ບໍ່ມີການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນ, \(Q=0\)), ລະບົບເຮັດວຽກ ແລະ ພະລັງງານພາຍໃນຂອງມັນຫຼຸດລົງ: \(\Delta U = -W\).

6. ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງພະລັງງານພາຍໃນ ແລະ ເອນທາລປີ

ໃນດ້ານອຸນຫະພົນວິສະວະກຳ, ນອກເໜືອໄປຈາກພະລັງງານພາຍໃນ, ເອນທາລປີ (H) ຍັງເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

\[
H = U + PV
\]

ເອນທາລປີມັກຈະມີປະໂຫຍດຫຼາຍກວ່າສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນລະບົບການໄຫຼ (ປະລິມານການຄວບຄຸມ) ເຊັ່ນ: ກັງຫັນ, ເຄື່ອງອັດອາກາດ, ໝໍ້ຕົ້ມນ້ຳ, ແລະ ເຄື່ອງແລກປ່ຽນຄວາມຮ້ອນ, ເພາະວ່າຄຳວ່າ \(PV\) ສະແດງເຖິງ "ວຽກງານການໄຫຼ" ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການຍູ້ນ້ຳເຂົ້າ ແລະ ອອກຈາກປະລິມານການຄວບຄຸມ.

ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ພະລັງງານພາຍໃນຍັງຄົງມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ, ໂດຍສະເພາະໃນ:
- ລະບົບປິດ (ເຊັ່ນ: ກະບອກສູບ-ລູກສູບ),
- ຂະບວນການປະລິມານຄົງທີ່,
- ການວິເຄາະຊົ່ວຄາວກ່ຽວກັບຖັງ,
- ແລະ ການກຳນົດຄຸນສົມບັດທາງເທີໂມໄດນາມິກຂອງສານພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂສະເພາະ.

7. ພະລັງງານພາຍໃນໃນອາຍແກັສທີ່ເໝາະສົມ

ສຳລັບອາຍແກັສທີ່ເໝາະສົມ, ພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນຂຶ້ນກັບອຸນຫະພູມເທົ່ານັ້ນ:

\[
ຢູ = ຢູ(ທ)
\]

ດັ່ງນັ້ນການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານພາຍໃນສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ດ້ວຍຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນທີ່ປະລິມານຄົງທີ່ (\(C_v\)):

\[
\Delta U = m\int_{T_1}^{T_2} C_v(T)\, dT
\]

ຖ້າ \(C_v\) ຖືກຖືວ່າເປັນຄ່າຄົງທີ່:

\[
\Delta U = m C_v (T_2 – T_1)
\]

ມັນມີປະໂຫຍດຫຼາຍສຳລັບການຄິດໄລ່ໄວກ່ຽວກັບອົງປະກອບວິສະວະກຳເຊັ່ນ: ຂະບວນການບີບອັດ/ການຂະຫຍາຍອາຍແກັສ, ການວິເຄາະວົງຈອນທີ່ເໝາະສົມ (Otto, Diesel, Brayton), ແລະ ການຄິດໄລ່ການໂອນພະລັງງານຂັ້ນພື້ນຖານ.

8. ພະລັງງານພາຍໃນໃນສານທີ່ແທ້ຈິງ ແລະ ໄອນ້ຳ

ໃນສານທີ່ແທ້ຈິງເຊັ່ນ: ນໍ້າ, ສານເຮັດຄວາມເຢັນ, ຫຼື ສ່ວນປະສົມໄຮໂດຄາບອນ, ພະລັງງານພາຍໃນບໍ່ແມ່ນໜ້າທີ່ຂອງອຸນຫະພູມພຽງຢ່າງດຽວສະເໝີໄປ. ມັນຍັງໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກຄວາມກົດດັນ ແລະ ເຟສ (ຂອງແຫຼວ, ໄອ, ສ່ວນປະສົມ). ດັ່ງນັ້ນ, ການວິເຄາະພະລັງງານພາຍໃນມັກຈະໝາຍເຖິງ:
- ໂຕະວັດແທກອຸນຫະພູມ (ໂຕະໄອນ້ຳ),
- ແຜນວາດ \(Pv\), \(Ts\), ຫຼື \(hs\),
- ຫຼື ສົມຜົນຂອງຮູບແບບສະຖານະ ແລະ ຊັບສິນ.

ຕົວຢ່າງ, ໃນນໍ້າ: ພະລັງງານພາຍໃນຈະເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາເມື່ອມີການປ່ຽນແປງໄລຍະຈາກຂອງແຫຼວອີ່ມຕົວໄປເປັນໄອອີ່ມຕົວ ເນື່ອງຈາກພະລັງງານແຝງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການແຕກແຍກຂອງແຮງດຶງດູດລະຫວ່າງໂມເລກຸນ.

9. ການນຳໃຊ້ພະລັງງານພາຍໃນໃນລະບົບເທີໂມໄດນາມິກທາງວິສະວະກຳ

ການເຂົ້າໃຈພະລັງງານມີຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ການອອກແບບ ແລະ ການປະເມີນຜົນປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນວິສະວະກຳ, ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ:
1. ຫ້ອງເຜົາໄໝ້ ແລະ ເຄື່ອງຈັກເຜົາໄໝ້ພາຍໃນ: ການປ່ຽນແປງພະລັງງານໃນອາຍແກັສເຜົາໄໝ້ແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບການປ່ອຍພະລັງງານເຄມີ ແລະ ອຸນຫະພູມຂອງອາຍແກັສ.
2. ຖັງເກັບຮັກສາທີ່ມີຄວາມດັນ: ຂະບວນການຕື່ມ/ຖອກອອກສາມາດວິເຄາະໄດ້ຜ່ານການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານພາຍໃນຂອງນ້ຳໃນຖັງ, ໂດຍສະເພາະພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂ adiabatic ຫຼື transient.
3. ໝໍ້ຕົ້ມ ແລະ ເຄື່ອງຄວບແໜ້ນຄວາມຮ້ອນ: ເຖິງແມ່ນວ່າການວິເຄາະການໄຫຼມັກໃຊ້ enthalpy, ແຕ່ພະລັງງານພາຍໃນຊ່ວຍໃຫ້ເຂົ້າໃຈການປ່ຽນແປງຂອງເຟສ ແລະ ຄວາມສົມດຸນພະລັງງານພາຍໃນຂອງນ້ຳ.
4. ລະບົບເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນ: ພະລັງງານພາຍໃນອະທິບາຍການປ່ຽນແປງພະລັງງານໃນສານເຮັດຄວາມເຢັນໃນລະຫວ່າງການບີບອັດ, ການຂະຫຍາຍຕົວ, ແລະ ການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນ, ໂດຍສະເພາະເມື່ອວິເຄາະເປັນລະບົບປິດໃນອົງປະກອບສະເພາະ.

10. ປິດ

ພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນແນວຄວາມຄິດຫຼັກໃນວິຊາເທີໂມໄດນາມິກທາງວິສະວະກຳ ເພາະມັນເປັນຕົວແທນພະລັງງານຈຸລະພາກທີ່ເກັບໄວ້ໃນລະບົບເປັນຄຸນສົມບັດຂອງສະຖານະ. ຜ່ານກົດເກນທຳອິດຂອງເທີໂມໄດນາມິກ, ການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານພາຍໃນກ່ຽວຂ້ອງກັບການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ການເຮັດວຽກ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສ້າງພື້ນຖານສຳລັບການວິເຄາະພະລັງງານຂອງຂະບວນການວິສະວະກຳຕ່າງໆ. ໃນອາຍແກັສທີ່ເໝາະສົມ, ພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນຂຶ້ນກັບອຸນຫະພູມເປັນຫຼັກ, ໃນຂະນະທີ່ໃນສານທີ່ແທ້ຈິງ, ພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກເງື່ອນໄຂຂອງເຟສ ແລະ ຄວາມກົດດັນ. ໂດຍການເຂົ້າໃຈພະລັງງານພາຍໃນຢ່າງເລິກເຊິ່ງ, ວິສະວະກອນສາມາດສ້າງແບບຈຳລອງທີ່ຖືກຕ້ອງກວ່າ, ປະຕິບັດການຄິດໄລ່ທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ແລະ ຕັດສິນໃຈອອກແບບທີ່ເໝາະສົມໃນການນຳໃຊ້ລະບົບຄວາມຮ້ອນຕ່າງໆ.

ຖ້າທ່ານຕ້ອງການ, ຂ້ອຍສາມາດເພີ່ມຕົວຢ່າງຂອງການຄິດໄລ່ຕົວເລກ (ເຊັ່ນ: ຄວາມຮ້ອນຂອງອາຍແກັສໃນກະບອກສູບ ຫຼື ການຂະຫຍາຍຕົວແບບອາເດຍແບຕິກ) ເພື່ອເຮັດໃຫ້ແນວຄວາມຄິດຂອງພະລັງງານພາຍໃນເປັນຮູບປະທຳຫຼາຍຂຶ້ນ.