ສູດພະລັງງານເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ
ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນແມ່ນອຸປະກອນທີ່ປ່ຽນພະລັງງານຄວາມຮ້ອນໄປເປັນພະລັງງານກົນຈັກ. ຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຊີວິດປະຈໍາວັນ, ຕັ້ງແຕ່ເຄື່ອງຈັກລົດยนต์ຈົນເຖິງໂຮງງານໄຟຟ້າ. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືຢ່າງລະອຽດກ່ຽວກັບສູດສໍາລັບພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ, ປະເພດຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ, ວິທີການເຮັດວຽກຂອງພວກມັນ, ຕົວຢ່າງການຄິດໄລ່, ແລະການນໍາໃຊ້ຂອງພວກມັນ.
ເຂົ້າໃຈພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ
ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນແມ່ນອັດຕາທີ່ພະລັງງານຄວາມຮ້ອນຖືກປ່ຽນເປັນພະລັງງານກົນຈັກ. ພະລັງງານຖືກວັດແທກເປັນວັດ (W), ໂດຍທີ່ 1 ວັດເທົ່າກັບ 1 ຈູນຕໍ່ວິນາທີ. ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນເຮັດວຽກຕາມຫຼັກການຂອງເທີໂມໄດນາມິກ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນວົງຈອນເທີໂມໄດນາມິກ, ເຊິ່ງກ່ຽວຂ້ອງກັບການແລກປ່ຽນຄວາມຮ້ອນແລະວຽກ.
ສູດພື້ນຖານສຳລັບພະລັງງານ (\( P \)) ຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນແມ່ນ:
\[ P = \frac{W}{t} \]
ຢູ່ໃສ:
– \( P \) ແມ່ນພະລັງງານ (ເປັນວັດ),
- \( W \) ແມ່ນວຽກ (ເປັນຈູນ),
-\(t\) ແມ່ນ ເວລາ (ເປັນວິນາທີ).
ຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ
ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນເຮັດວຽກໂດຍອີງໃສ່ວົງຈອນທາງເທີໂມໄດນາມິກທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບຂະບວນການຫຼັກຫຼາຍຢ່າງຄື:
1. ການດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ (\( Q_H \)): ເຄື່ອງຈັກດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນຈາກແຫຼ່ງຄວາມຮ້ອນ.
2. ການປ່ຽນຄວາມຮ້ອນໄປເປັນວຽກ (\( W \)): ຄວາມຮ້ອນທີ່ດູດຊຶມບາງສ່ວນຈະຖືກປ່ຽນໄປເປັນວຽກກົນຈັກ.
3. ການປະຕິເສດຄວາມຮ້ອນ (\( Q_C \)): ຄວາມຮ້ອນທີ່ຍັງເຫຼືອຖືກປະຕິເສດໄປຍັງອ່າງເກັບນ້ຳເຢັນ.
ປະສິດທິພາບ (\( \eta \)) ຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນແມ່ນອັດຕາສ່ວນຂອງວຽກງານທີ່ຜະລິດຕໍ່ຄວາມຮ້ອນທີ່ດູດຊຶມ:
\[ \eta = \frac{W}{Q_H} \]
ປະເພດຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ
1. ເຄື່ອງຈັກໄອນ້ຳ: ໃຊ້ໄອນ້ຳເປັນນ້ຳເຮັດວຽກເພື່ອຜະລິດວຽກກົນຈັກ. ຕົວຢ່າງ: ລົດໄຟໄອນ້ຳ, ກັງຫັນໄອນ້ຳ.
2. ເຄື່ອງຈັກເຜົາໄໝ້ພາຍໃນ: ໃຊ້ເຊື້ອເພີງທີ່ເຜົາໄໝ້ຢູ່ໃນຫ້ອງປິດເພື່ອຜະລິດຜົນງານ. ຕົວຢ່າງ: ເຄື່ອງຈັກລົດยนต์, ເຄື່ອງຈັກກາຊວນ.
3. ເຄື່ອງຈັກເຜົາໄໝ້ພາຍນອກ: ການເຜົາໄໝ້ເຊື້ອເພີງເກີດຂຶ້ນນອກຫ້ອງເຮັດວຽກ. ຕົວຢ່າງ: ເຄື່ອງຈັກ Stirling.
ສູດພະລັງງານເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນທີ່ເໝາະສົມ
ເຄື່ອງຈັກ Carnot ເປັນຮູບແບບທີ່ເໝາະສົມຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນທີ່ເຮັດວຽກດ້ວຍປະສິດທິພາບສູງສຸດ. ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot ແມ່ນຂຶ້ນກັບອຸນຫະພູມຂອງແຫຼ່ງຄວາມຮ້ອນ (\( T_H \)) ແລະອຸນຫະພູມຂອງອ່າງເກັບນ້ຳເຢັນ (\( T_C \)), ສະແດງອອກເປັນ Kelvin:
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 1 – \frac{T_C}{T_H} \]
ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot ສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້ສູດ:
\[ P = \eta_{\text{Carnot}} \times \frac{Q_H}{t} \]
ຕົວຢ່າງການຄິດໄລ່ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ
ສົມມຸດວ່າເຄື່ອງຈັກ Carnot ເຮັດວຽກລະຫວ່າງແຫຼ່ງຄວາມຮ້ອນທີ່ 500 K ແລະ ອ່າງເກັບນ້ຳເຢັນທີ່ 300 K. ເຄື່ອງຈັກດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ 2000 J ຕໍ່ວິນາທີ. ຄິດໄລ່ປະສິດທິພາບ ແລະ ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກ.
1. ຄິດໄລ່ປະສິດທິພາບ (\( \eta_{\text{Carnot}} \)):
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 1 – \frac{T_C}{T_H} \]
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 1 – \frac{300 \, \text{K}}{500 \, \text{K}} \]
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 1 – 0.6 \]
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 0.4 \]
2. ຄິດໄລ່ກຳລັງ (\( P \)):
\[ P = \eta_{\text{Carnot}} \times \frac{Q_H}{t} \]
\[ P = 0.4 \ເທົ່າ \frac{2000 \, \text{J}}{1 \, \text{s}} \]
\[ P = 0.4 \ຄູນ 2000 \]
\[ P = 800 \, \text{W} \]
ສະນັ້ນ, ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot ແມ່ນ 800 ວັດ.
ການນຳໃຊ້ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ
1. ການຜະລິດພະລັງງານ: ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນຖືກນໍາໃຊ້ໃນການຜະລິດພະລັງງານເພື່ອປ່ຽນພະລັງງານຄວາມຮ້ອນຈາກເຊື້ອໄຟຟອດຊິວທໍາ ຫຼື ພະລັງງານນິວເຄຼຍໄປເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າ. ກັງຫັນໄອນ້ໍາແມ່ນຕົວຢ່າງທົ່ວໄປຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນໃນການຜະລິດພະລັງງານ.
2. ການຂົນສົ່ງ: ເຄື່ອງຈັກເຜົາໄໝ້ພາຍໃນ ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງຈັກນ້ຳມັນແອັດຊັງ ແລະ ເຄື່ອງຈັກກາຊວນ ຖືກນໍາໃຊ້ໃນຍານພາຫະນະເພື່ອຜະລິດພະລັງງານທີ່ຂັບເຄື່ອນຍານພາຫະນະ.
3. ອຸດສາຫະກຳ: ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນຖືກນຳໃຊ້ໃນຂະບວນການອຸດສາຫະກຳຕ່າງໆເພື່ອຜະລິດວຽກງານກົນຈັກ ແລະ ຄວາມຮ້ອນ. ຕົວຢ່າງລວມມີການອົບແຫ້ງ, ການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ, ແລະ ການຂັບເຄື່ອນເຄື່ອງຈັກອຸດສາຫະກຳ.
4. ຕູ້ເຢັນ ແລະ ຄວາມຮ້ອນ: ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນຍັງຖືກນໍາໃຊ້ໃນລະບົບຕູ້ເຢັນ ແລະ ຄວາມຮ້ອນ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງປັບອາກາດ ແລະ ເຄື່ອງເຮັດຄວາມຮ້ອນໃນພື້ນທີ່, ເພື່ອຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນຈາກບ່ອນໜຶ່ງໄປຫາບ່ອນອື່ນ.
ປັດໄຈທີ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ
1. ອຸນຫະພູມຂອງແຫຼ່ງຄວາມຮ້ອນ ແລະ ອ່າງເກັບນ້ຳເຢັນ: ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງອຸນຫະພູມລະຫວ່າງແຫຼ່ງຄວາມຮ້ອນ ແລະ ອ່າງເກັບນ້ຳເຢັນມີຜົນກະທົບຕໍ່ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ. ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງອຸນຫະພູມຫຼາຍເທົ່າໃດ, ປະສິດທິພາບ ແລະ ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກກໍ່ຈະສູງຂຶ້ນເທົ່ານັ້ນ.
2. ປະເພດນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ: ປະເພດ ແລະ ຄຸນນະພາບຂອງນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟທີ່ໃຊ້ມີຜົນກະທົບຕໍ່ປະລິມານພະລັງງານຄວາມຮ້ອນທີ່ຜະລິດ ແລະ ໃນທີ່ສຸດກໍ່ຄືພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກ.
3. ການອອກແບບເຄື່ອງຈັກ: ການອອກແບບເຄື່ອງຈັກ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີ, ລວມທັງວັດສະດຸ ແລະ ເຕັກນິກການຜະລິດ, ມີຜົນກະທົບຕໍ່ປະສິດທິພາບຂອງການປ່ຽນພະລັງງານ ແລະ ພະລັງງານທີ່ຜະລິດອອກມາ.
4. ເງື່ອນໄຂການດຳເນີນງານ: ເງື່ອນໄຂການດຳເນີນງານເຊັ່ນ: ຄວາມດັນ, ຄວາມໄວ ແລະ ການບຳລຸງຮັກສາປົກກະຕິມີຜົນກະທົບຕໍ່ປະສິດທິພາບ ແລະ ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ.
ການສຶກສາກໍລະນີ: ໂຮງງານໄຟຟ້າໄອນ້ຳ
ໂຮງງານໄຟຟ້າດ້ວຍໄອນ້ຳແມ່ນຕົວຢ່າງທີ່ແນ່ນອນຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ. ໃນໂຮງງານເຫຼົ່ານີ້, ນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ (ເຊັ່ນ: ຖ່ານຫີນ ຫຼື ອາຍແກັສທຳມະຊາດ) ຈະຖືກເຜົາໄໝ້ເພື່ອໃຫ້ຄວາມຮ້ອນແກ່ນ້ຳໃນໝໍ້ຕົ້ມ. ນ້ຳຮ້ອນຈະຖືກປ່ຽນເປັນໄອນ້ຳຄວາມດັນສູງ, ເຊິ່ງຫຼັງຈາກນັ້ນຈະຂັບເຄື່ອນກັງຫັນໄອນ້ຳ. ກັງຫັນໄອນ້ຳຈະປ່ຽນພະລັງງານຄວາມຮ້ອນຂອງໄອນ້ຳໄປເປັນພະລັງງານກົນຈັກ, ເຊິ່ງຫຼັງຈາກນັ້ນຈະຖືກປ່ຽນເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າໂດຍເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ.
ສົມມຸດວ່າໂຮງງານໄຟຟ້າດ້ວຍໄອນ້ຳມີໝໍ້ຕົ້ມນ້ຳທີ່ເຮັດໃຫ້ນ້ຳຮ້ອນເຖິງອຸນຫະພູມ 600 K, ແລະໄອນ້ຳທີ່ໄດ້ຮັບຈະຂັບເຄື່ອນກັງຫັນທີ່ປ່ອຍຄວາມຮ້ອນໄປຍັງອ່າງເກັບນ້ຳເຢັນທີ່ອຸນຫະພູມ 300 K. ຖ້າໂຮງງານນີ້ດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ 5000 J ຕໍ່ວິນາທີ, ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot ແລະພະລັງງານທີ່ຜະລິດໄດ້ສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
1. ຄິດໄລ່ປະສິດທິພາບ (\( \eta_{\text{Carnot}} \)):
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 1 – \frac{T_C}{T_H} \]
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 1 – \frac{300 \, \text{K}}{600 \, \text{K}} \]
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 1 – 0.5 \]
\[ \eta_{\text{Carnot}} = 0.5 \]
2. ຄິດໄລ່ກຳລັງ (\( P \)):
\[ P = \eta_{\text{Carnot}} \times \frac{Q_H}{t} \]
\[ P = 0.5 \ເທົ່າ \frac{5000 \, \text{J}}{1 \, \text{s}} \]
\[ P = 0.5 \ຄູນ 5000 \]
\[ P = 2500 \, \text{W} \]
ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າໄອນ້ຳແມ່ນ 2500 ວັດ ຫຼື 2.5 kW.
ສະຫຼຸບ
ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນມີບົດບາດສຳຄັນໃນການປ່ຽນພະລັງງານຄວາມຮ້ອນໄປເປັນພະລັງງານກົນຈັກທີ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ຕັ້ງແຕ່ການຜະລິດພະລັງງານຈົນເຖິງການຂົນສົ່ງ. ສູດສຳລັບພະລັງງານຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ, P = Wt, ຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາຄິດໄລ່ອັດຕາການປ່ຽນພະລັງງານ. ໂດຍການເຂົ້າໃຈປະສິດທິພາບ ແລະ ປັດໃຈທີ່ມີອິດທິພົນຕໍ່ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ, ພວກເຮົາສາມາດອອກແບບ ແລະ ດຳເນີນງານລະບົບທີ່ມີປະສິດທິພາບ ແລະ ຍືນຍົງຫຼາຍຂຶ້ນ. ການສຶກສາກໍລະນີຂອງໂຮງງານໄຟຟ້າໄອນ້ຳໃຫ້ຕົວຢ່າງທີ່ເປັນຮູບປະທຳກ່ຽວກັບວິທີການນຳໃຊ້ຫຼັກການເຫຼົ່ານີ້ໃນອຸດສາຫະກຳພະລັງງານ.
