Artiklu dwar it-Tieni Liġi tat-Termodinamika
Il-proċessi naturali kollha jseħħu f'direzzjoni waħda biss iżda ma jistgħux iseħħu fid-direzzjoni opposta, komunement imsejħa proċessi irriversibbli. Wara li jinħeles minn iz-zokk tiegħu u jaqa' liberament mal-art, il-mango qatt ma jerġa' jiċċaqlaq 'il fuq. Ktieb li nimbuttaw u mbagħad inwaqqfu qatt ma jiċċaqlaq lura lejna. Jekk immissu oġġett b'temperatura għolja (oġġett sħun) b'oġġett b'temperatura baxxa (oġġett kiesaħ), is-sħana tiċċirkola b'mod naturali mill-oġġett b'temperatura għolja għall-oġġett b'temperatura baxxa. Qatt ma naraw il-proċess invers, fejn is-sħana tiċċaqlaq b'mod naturali minn oġġett kiesaħ għal oġġett sħun. Kieku dan il-proċess iseħħ, allura l-oġġett kiesaħ isir aktar kiesaħ, filwaqt li l-oġġett sħun isir aktar sħun. Iżda fir-realtà, mhux hekk. Hemm ħafna proċessi irriversibbli li jidhru differenti minn xulxin, iżda kollha jinvolvu bidliet fil-forma ta' enerġija u t-trasferiment ta' enerġija minn oġġett għal ieħor.
Pereżempju, ikun hemm terremot qawwi li jikkawża li l-bini jiġġarraf (il-bini jiġġarraf minħabba l-enerġija li jinġarr mill-mewġ tat-terremot). Qatt rajt kull parti tal-bini mġarraf terġa’ lura flimkien u toqgħod wieqfa bħal qabel? Jew, pereżempju, tazza taqa’ mal-art u tinkiser... Qatt rajt il-frammenti tal-ħġieġ imxerrdin mal-art jerġgħu jingħaqdu flimkien u jiffurmaw tazza li tkun sħiħa bħal qabel? Qatt ma ġara... hemm ħafna eżempji oħra.
Untuk menjelaskan proses termodinamika yang terjadi hanya pada satu arah (proses ireversibel), para ilmuwan merumuskan hukum kedua termodinamika. Hukum kedua termodinamika menjelaskan proses apa saja yang bisa terjadi di alam semesta dan proses apa saja yang tidak bisa terjadi. Salah seorang ilmuwan yang bernama R. J. E. Clausius (1822‐1888) membuat sebuah pernyataan berikut :
Is-sħana tiċċaqlaq waħedha minn oġġett b'temperatura għolja għal oġġett b'temperatura baxxa; is-sħana ma tiċċaqlaqx waħedha minn oġġett b'temperatura baxxa għal oġġett b'temperatura għolja (It-tieni liġi tat-termodinamika – id-dikjarazzjoni ta' Clausius).
Id-dikjarazzjoni ta' Clausius hija dikjarazzjoni speċjali tat-tieni liġi tat-termodinamika. Tissejjaħ dikjarazzjoni speċjali għaliex tapplika biss għal proċess wieħed, jiġifieri t-trasferiment tas-sħana. Minħabba li din id-dikjarazzjoni ma tirrelatax ma' proċessi oħra, neħtieġu dikjarazzjoni aktar ġenerali. L-iżvilupp tad-dikjarazzjoni ġenerali tat-tieni liġi tat-termodinamika kien parzjalment ibbażat fuq l-istudju tal-magni tas-sħana. Għalhekk, l-ewwel se niddiskutu l-magni tas-sħana.
MAGNA TAS-SĦANA
Ħafna mill-enerġija li nużaw ġejja mill-enerġija potenzjali kimika li tinsab fil-pitrolju, il-gass, u l-faħam. L-enerġija potenzjali kimika li tinsab fil-pitrolju, il-gass, jew il-faħam ma tistax tintuża direttament. Il-pitrolju, il-gass, jew il-faħam iridu jinħarqu l-ewwel. Tipikament, il-ħruq tal-fjuwils fossili (pitrolju, gass, u faħam) jipproduċi sħana. Is-sħana tista' tintuża direttament biex issajjar l-ikel u ssaħħan kamra. Biex iċċaqlaq xi ħaġa (pereżempju, biex iċċaqlaq vettura), irridu nikkonvertu s-sħana f'enerġija kinetika jew enerġija mekkanika (enerġija mekkanika = enerġija potenzjali + enerġija kinetika). Il-konverżjoni tal-enerġija mekkanika f'sħana hija xogħol faċli ħafna, iżda l-konverżjoni tas-sħana f'enerġija mekkanika hija diffiċli. Ipprova togħrok il-pali tiegħek flimkien... il-pali tiegħek huma sħan, hux? Meta nogħrok il-pali tagħna flimkien (nagħmlu xogħol), l-enerġija mekkanika tiġi kkonvertita f'sħana. Il-proċess huwa faċli ħafna... Anke sħana infinita tista' tiġi prodotta billi jsir xogħol. Iżda l-proċess invers, jiġifieri l-użu tas-sħana biex isir xogħol, huwa diffiċli.
Apparat użat biex jisfrutta s-sħana biex iwettaq xogħol ġie ivvintat biss fl-1700. L-apparat inkwistjoni kien il-magna tal-fwar. Il-magni tal-fwar intużaw għall-ewwel darba biex jippompjaw l-ilma 'l barra mill-minjieri tal-faħam. Huwa importanti li wieħed jinnota li l-ewwel użu tal-magni tal-fwar seħħ qabel ma x-xjentisti kienu jafu li s-sħana hija fil-fatt enerġija trasferita minħabba differenzi fit-temperatura (l-ewwel liġi tat-termodinamika kienet għadha ma ġietx ifformulata).
L-użu tal-magni tal-fwar f'dak iż-żmien x'aktarx kien ibbażat fuq l-esperjenza ta' kuljum li turi li l-fwar seta' jċaqlaq l-affarijiet. Il-magni tal-fwar huma kkunsidrati bħala magni tas-sħana (magna tas-sħana = apparat li jikkonverti s-sħana f'enerġija mekkanika). Illum, il-magni tal-fwar jintużaw biex jiġġeneraw l-enerġija elettrika. Il-magni tas-sħana moderni huma magni tal-kombustjoni interna (magni tal-karozzi, magni tal-muturi, eċċ.).
L-idea bażika wara l-użu ta' magna tas-sħana hija li s-sħana tista' tiġi kkonvertita f'enerġija mekkanika biss jekk titħalla tiċċirkola minn reġjun b'temperatura għolja għal reġjun b'temperatura baxxa. Matul dan il-proċess, parti mis-sħana tiġi kkonvertita f'enerġija mekkanika (parti mis-sħana tintuża biex tagħmel xogħol), filwaqt li parti mis-sħana tiġi miċħuda lejn ir-reġjun b'temperatura baxxa. Il-proċess ta' konverżjoni tal-enerġija u trasferiment tal-enerġija f'magna tas-sħana huwa muri fid-dijagramma.
Temperatura għolja (TH) u temperatura baxxa (TL) tissejjaħ ukoll it-temperatura tat-tħaddim tal-magna. Is-sħana li tiċċirkola minn post b'temperatura għolja tingħata s-simbolu QH, filwaqt li s-sħana li tiġi rilaxxata f'post b'temperatura baxxa tingħata s-simbolu QL. Meta jiċċirkola minn post b'temperatura għolja għal post b'temperatura baxxa, xi QH konvertita f'enerġija mekkanika (użata biex tagħmel xogħol), parti minnha tiġi rilaxxata bħala QLFil-fatt nittamaw tassew li l-Q kollhaH jista' jiġi kkonvertit f'W, iżda l-esperjenza ta' kuljum turi li dan huwa impossibbli. Dejjem ikun hemm xi sħana mitlufa. Għalhekk, abbażi tal-konservazzjoni tal-enerġija, jista' jiġi konkluż li QH = W + QL.
Issa ejja nirrevedu magna tas-sħana li tintuża komunement biex tikkonverti s-sħana f'enerġija mekkanika. Huwa importanti li wieħed jinnota li qed nikkunsidraw biss magni tas-sħana li jwettqu xogħol kontinwu. Biex ix-xogħol isir kontinwament, is-sħana trid tiċċirkola kontinwament minn reġjun b'temperatura għolja għal reġjun b'temperatura baxxa. Jekk is-sħana tiċċirkola darba biss, ix-xogħol imwettaq mill-magna tas-sħana jsir ukoll darba biss (l-enerġija mekkanika prodotta tkun żgħira ħafna). Għalhekk, il-magna tas-sħana ma tistax tintuża b'mod ottimali. Magna tas-sħana tista' tintuża b'mod ottimali jekk twettaq xogħol kontinwament. Fi kliem ieħor, l-enerġija mekkanika prodotta mill-magna tas-sħana hija biżżejjed biex tintuża biex iċċaqlaq xi ħaġa.
Magna tal-fwar
Il-magni tal-fwar jużaw il-fwar tal-ilma bħala mezz ta' trasferiment tas-sħana. Il-fwar jissejjaħ is-sustanza tax-xogħol ta' magna tal-fwar. Hemm żewġ tipi ta' magni tal-fwar: magni tal-fwar reċiprokanti u magni tal-fwar bit-turbini (turbini tal-fwar). Id-disinji tagħhom ivarjaw xi ftit, iżda ż-żewġ tipi għandhom xebh: jużaw fwar imsaħħan billi jaħarqu ż-żejt, il-gass, il-faħam, jew l-enerġija nukleari.
Magna tal-fwar tat-tip reċiprokanti
L-ilma f'kontenitur ġeneralment jissaħħan bi pressjoni għolja. Minħabba li jissaħħan bi pressjoni għolja, il-proċess tat-togħlija jseħħ f'temperatura għolja. It-temperatura hija direttament proporzjonali għall-pressjoni. Iktar ma tkun għolja t-temperatura tal-fwar, iktar tkun kbira l-pressjoni tal-fwar. Dan il-fwar b'temperatura għolja jew bi pressjoni għolja jiċċaqlaq mill-valv tad-dħul u jespandi kontra l-pistun. Hekk kif jespandi, il-fwar jimbotta l-pistun, u b'hekk dan jiċċaqlaq lejn il-lemin.
Parti mis-sħana fil-fwar tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika. Meta l-pistun jiċċaqlaq lejn il-lemin, ir-rota konnessa mal-pistun iddur (1). Wara nofs dawra, ir-rota timbotta l-pistun lura għall-pożizzjoni oriġinali tiegħu (2). Meta l-pistun jiċċaqlaq lejn ix-xellug, il-valv tad-dħul jingħalaq awtomatikament, filwaqt li l-valv tal-egżost jinfetaħ awtomatikament. Il-fwar jiġi kkondensat mill-kondensatur, u jinbidel f'nida. Imbagħad, l-ilma fil-kondensatur jiġi ppumpjat lura fil-kontenitur biex jerġa' jagħli. U l-bqija... Minħabba li l-proċess iseħħ ripetutament, il-pistun jiċċaqlaq lejn il-lemin u lejn ix-xellug kontinwament. Minħabba li l-pistun jiċċaqlaq lejn il-lemin u lejn ix-xellug kontinwament, ir-rota ddur ukoll kontinwament. Ir-rotazzjoni tar-rota ġeneralment tintuża biex iċċaqlaq xi ħaġa.
Turbina tal-fwar
Il-prinċipju tax-xogħol ta' turbina tal-fwar huwa essenzjalment l-istess bħal dak ta' magna tal-fwar reċiprokanti. Id-differenza hija li magna tal-fwar reċiprokanti tuża pistun, filwaqt li turbina tal-fwar tuża turbina. F'magna tal-fwar reċiprokanti, is-sħana l-ewwel tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika translazzjonali tal-pistun. Wara dan, l-enerġija kinetika translazzjonali tal-pistun tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika rotazzjonali tar-rota li ddur. F'turbina tal-fwar, is-sħana tiġi kkonvertita direttament f'enerġija kinetika rotazzjonali tat-turbina. It-turbina tista' ddur minħabba differenza fil-pressjoni. It-temperatura tal-fwar 'il fuq mix-xafra hija ħafna ogħla mit-temperatura tal-fwar taħt ix-xafra. Ix-xafra hija pjanċa rqiqa li tinsab fiċ-ċentru tat-turbina. It-temperatura hija direttament proporzjonali għall-pressjoni. Minħabba li t-temperatura tal-fwar 'il fuq mix-xafra hija ogħla mit-temperatura tal-fwar taħt ix-xafra, il-pressjoni tal-fwar 'il fuq mix-xafra hija akbar mill-pressjoni taħt ix-xafra. Din id-differenza fil-pressjoni tikkawża li l-fwar jimbotta x-xafra 'l isfel, u b'hekk it-turbina ddur. Id-direzzjoni tar-rotazzjoni tat-turbina hija murija fil-figura.
Huwa importanti li wieħed jinnota li l-prinċipju ta' ħidma ta' magna tal-fwar huwa bbażat fuq id-dijagramma tat-trasferiment tal-enerġija spjegata hawn fuq. F'dan il-każ, l-enerġija mekkanika tista' tiġi ġġenerata billi s-sħana titħalla tiċċirkola minn oġġett jew post b'temperatura għolja għal oġġett jew post b'temperatura baxxa. Għalhekk, differenza fit-temperatura hija essenzjali f'magna tal-fwar.
Jekk tagħti kas kif taħdem magna tal-fwar reċiprokanti, tinduna li l-pistun xorta jista' jiċċaqlaq lejn ix-xellug u l-lemin anke jekk ma jkun hemm l-ebda differenza fit-temperatura (l-ebda kondensatur jew pompa). Il-pistun jista' jiċċaqlaq lejn il-lemin minħabba l-espansjoni tal-fwar f'temperatura għolja jew pressjoni għolja. F'dan il-każ, parti mis-sħana fil-fwar tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika translazzjonali tal-pistun. Din l-enerġija kinetika translazzjonali tal-pistun imbagħad tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika rotazzjonali tar-rota li ddur. Wara li tlesti nofs rotazzjoni, ir-rota timbotta l-pistun lura lejn ix-xellug. Meta r-rota timbotta l-pistun lura lejn ix-xellug, l-enerġija kinetika rotazzjonali tar-rota terġa' tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika translazzjonali tal-pistun. Hekk kif il-pistun jiċċaqlaq lejn ix-xellug, jimbotta 'l barra l-fwar fiċ-ċilindru. Fl-istess ħin, il-valv tal-egżost jinfetaħ.
Għalhekk, il-fwar imbuttat mill-pistun se jimbotta lil sieħbu taħt il-valv tal-egżost. Issa, jekk it-temperatura tal-fwar taħt il-valv tal-egżost hija ugwali għat-temperatura tal-fwar imbuttat mill-pistun, allura l-enerġija kinetika translazzjonali kollha tal-pistun tiġi kkonvertita lura fl-enerġija interna tal-fwar. L-enerġija interna hija direttament proporzjonali għat-temperatura. Jekk l-enerġija interna tal-fwar tiżdied, it-temperatura tal-fwar tiżdied. It-temperatura hija direttament proporzjonali għall-pressjoni. Jekk it-temperatura tal-fwar tiżdied, il-pressjoni tal-fwar tiżdied ukoll. Għalhekk, il-pressjoni tal-fwar rilaxxat mill-valv tal-egżost hija ugwali għall-pressjoni tal-fwar li jidħol mill-valv tad-dħul. Il-pistun se jkompli jiċċaqlaq lejn il-lemin u lejn ix-xellug kontinwament iżda ma jkun hemm l-ebda enerġija kinetika totali li tista' tintuża (l-ebda xogħol totali prodott). Għalhekk l-enerġija kinetika riċevuta mill-pistun matul il-proċess ta' espansjoni (il-pistun jiċċaqlaq lejn il-lemin) tiġi rritornata lill-fwar matul il-proċess ta' kompressjoni (il-pistun jiċċaqlaq lejn ix-xellug).
Ġie konkluż li differenza fit-temperatura f'magna tal-fwar għadha meħtieġa. Din id-differenza fit-temperatura f'magna tal-fwar tista' tinkiseb billi jiġi utilizzat kondensatur. Meta t-temperatura u l-pressjoni tal-fwar taħt il-valv tal-egżost ikunu ħafna aktar baxxi mit-temperatura u l-pressjoni tal-fwar fiċ-ċilindru, allura meta l-pistun jiċċaqlaq lura lejn ix-xellug, l-ammont ta' pressjoni li l-pistun jeżerċita fuq il-fwar ikun ħafna iżgħar mill-ammont ta' pressjoni li l-fwar jeżerċita fuq il-pistun meta l-pistun jiċċaqlaq lejn il-lemin. Fi kliem ieħor, l-ammont ta' xogħol li l-pistun jagħmel fuq il-fwar huwa ħafna iżgħar mill-ammont ta' xogħol li l-fwar jagħmel fuq il-pistun. Għalhekk porzjon żgħir biss mill-enerġija kinetika tal-pistun jiġi rritornat lejn il-fwar. Għalhekk, ikun hemm enerġija kinetika totali jew xogħol totali prodott. Din l-enerġija kinetika totali tintuża biex iċċaqlaq xi ħaġa.
Magna tal-Kombustjoni Interna
Magni tal-muturi u tal-karozzi huma eżempji ta’ magni tal-kombustjoni interna. Jissejjaħ magni tal-kombustjoni interna għaliex il-proċess tal-kombustjoni jseħħ ġewwa ċilindru magħluq. Magni tal-kombustjoni interna huma r-riżultat tal-inġinerija tal-kunċett ta’ kompressjoni u espansjoni adjabatika, spjegat fl- ewwel liġi tat-termodinamika.
Se nikkunsidraw biss magni tal-kombustjoni interna li jużaw il-gażolina u d-diżil bħala fjuwil. Il-gażolina u d-diżil huma prodotti tal-pitrolju, u għalhekk għandhom enerġija potenzjali kimika. L-enerġija potenzjali kimika fil-gażolina u d-diżil l-ewwel tiġi kkonvertita f'sħana permezz tal-proċess ta' kombustjoni. Is-sħana prodotta permezz tal-kombustjoni mbagħad tiġi kkonvertita f'enerġija mekkanika. Din l-enerġija mekkanika hija dik li tippermetti lil mutur jew karozza jiċċaqalqu. Iċ-ċiklu f'magna tal-gażolina jissejjaħ iċ-ċiklu Otto, filwaqt li ċ-ċiklu f'magna diesel jissejjaħ iċ-ċiklu tad-diżil. Ċiklu huwa proċess termodinamiku riversibbli. Ejjew l-ewwel niddiskutu ċ-ċiklu Otto.
Ċiklu ta' Otto
Din hija dijagramma ta' magna b'kombustjoni interna b'erba' stroke. Taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina tiċċirkola mill-karburatur fiċ-ċilindru hekk kif il-pistun jiċċaqlaq 'l isfel (il-puplesija tad-dħul). It-taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina fiċ-ċilindru mbagħad tiġi kkompressata adjabatikament hekk kif il-pistun jiċċaqlaq 'il fuq (il-puplesija tal-kompressjoni). Minħabba li hija kkompressata adjabatikament, it-temperatura u l-pressjoni tat-taħlita jiżdiedu. Fl-istess ħin, il-plagg tal-ispark jaqbad it-taħlita, u b'hekk jaqbadha. Hekk kif tinħaraq, it-temperatura u l-pressjoni tal-gass jiżdiedu. Il-gass b'temperatura għolja u pressjoni għolja jespandi kontra l-pistun, u jimbuttah 'l isfel (il-puplesija tal-espansjoni). Il-gass maħruq imbagħad jiġi rilaxxat mill-valv tal-egżost u dirett lejn il-pajp tal-egżost (il-puplesija tal-egżost). Il-valv tad-dħul jerġa' jiftaħ, u l-erba' strokes jiġu ripetuti.
Ta' min jinnota li l-iskop tal-puplesija ta' kompressjoni adjabatika huwa li żżid it-temperatura u l-pressjoni tat-taħlita tal-fwar tal-arja u l-gażolina. Il-kombustjoni bi pressjoni għolja tipproduċi temperaturi u pressjonijiet għoljin ħafna. Konsegwentement, l-ispinta (F = PA) ġġenerata matul il-proċess ta' espansjoni hija kbira ħafna. Dan jirriżulta f'magna ta' mutur jew karozza li ssir aktar qawwija. Anke mingħajr kompressjoni, it-taħlita tal-fwar tal-arja u l-gażolina tista' taqbad meta l-ispark plug tipproduċi xrar. Madankollu, it-temperatura u l-pressjoni tal-gass maħruq mhumiex għoljin ħafna, għalhekk l-ispinta li tirriżulta hija wkoll żgħira. B'riżultat ta' dan, il-magna ssir inqas qawwija.
Il-proċess tat-trasformazzjoni tal-enerġija u t-trasferiment tal-enerġija f'magna b'kombustjoni interna b'erba' stroke jista' jiġi spjegat kif ġej: Matul il-kombustjoni, l-enerġija potenzjali kimika fil-gażolina u l-enerġija fl-arja jiġu kkonvertiti f'sħana. Parti mis-sħana tiġi kkonvertita f'enerġija mekkanika fil-virga tal-pistun u l-crankshaft, filwaqt li parti tiġi rilaxxata mill-pajp tal-egżost. Il-biċċa l-kbira tal-enerġija mekkanika fil-virga tal-pistun u l-crankshaft tiġi kkonvertita f'enerġija mekkanika fil-vettura (li ċċaqlaq il-vettura), filwaqt li porzjon żgħir jiġi kkonvertit f'sħana. Is-sħana tiġi ġġenerata mill-frizzjoni.
Il-proċess ta' espansjoni u kompressjoni adjabatiċi fiċ-ċiklu Otto jista' jiġi illustrat bid-dijagramma t'hawn taħt. Din id-dijagramma turi mudell idealizzat tal-proċessi termodinamiċi li jseħħu f'magna ta' kombustjoni interna li taħdem bil-gażolina.
Taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina tidħol fiċ-ċilindru (a). It-taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina mbagħad tiġi kkompressata adjabatikament (a‐b). Innota li l-volum taċ-ċilindru jonqos. It-taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina tissaħħan f'volum kostanti – it-taħlita tinħaraq (b‐c). Il-gass maħruq jgħaddi minn espansjoni adjabatika (c‐d). Tkessiħ f'volum kostanti – il-gass maħruq jiġi skarikat fil-pajp tal-egżost u taħlita ġdida ta' arja + fwar tal-gażolina tidħol fiċ-ċilindru (d‐a).
Taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina tidħol fiċ-ċilindru (a). It-taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina mbagħad tiġi kkompressata adjabatikament (a‐b). Innota li l-volum taċ-ċilindru jonqos. It-taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina tissaħħan f'volum kostanti – it-taħlita tinħaraq (b‐c). Il-gass maħruq jgħaddi minn espansjoni adjabatika (c‐d). Tkessiħ f'volum kostanti – il-gass maħruq jiġi skarikat fil-pajp tal-egżost u taħlita ġdida ta' arja + fwar tal-gażolina tidħol fiċ-ċilindru (d‐a).
Ċiklu tad-Diżil
Il-prinċipju ta' ħidma ta' magna diesel huwa simili għal dak ta' magna tal-gażolina. Id-differenza tinsab fil-pass inizjali tal-kompressjoni adjabatika (kompressjoni adjabatika = kompressjoni li ssir tant malajr li s-sħana ma jkollhiex ħin tidħol jew toħroġ mis-sistema. Is-sistema f'dan il-każ hija ċilindru). Filwaqt li f'magna tal-gażolina, dak li jiġi kkompressat huwa taħlita ta' arja u fwar tal-gażolina, f'magna diesel l-arja biss tiġi kkompressata. Il-kompressjoni adjabatika tikkawża li t-temperatura u l-pressjoni tal-arja jiżdiedu. Imbagħad, l-injettur, magħruf ukoll bħala l-injettur, jisprejja d-diżil. Minħabba li t-temperatura u l-pressjoni tal-arja huma diġà għoljin ħafna, meta d-diżil jiġi sprejjat fiċ-ċilindru, id-diżil jaqbad immedjatament. M'hemmx bżonn ta' spark plug. Innota l-valur tal-pressjoni muri fid-dijagramma t'hawn taħt. Qabblu mal-valur tal-pressjoni muri fid-dijagramma taċ-ċiklu Otto.
Din id-dijagramma turi ċiklu ideali tad-diżil. Inizjalment, l-arja tiġi kkompressata adjabatikament (a-b), imbagħad tissaħħan bi pressjoni kostanti – l-injettur jisprejja d-diżil u sseħħ il-kombustjoni (b-c), il-gass maħruq jgħaddi minn espansjoni adjabatika (c-d), jiksaħ b'volum kostanti – il-gass maħruq jitkeċċa mill-pajp tal-egżost u arja friska tidħol fiċ-ċilindru (d-a).
Abbażi tal-ispjegazzjoni ta' hawn fuq, jista' jiġi konkluż li kull magna tas-sħana bażikament għandha sustanza speċifika ta' ħidma. Is-sustanza ta' ħidma għal magna tal-fwar hija l-ilma, is-sustanza ta' ħidma għal magna tal-gażolina hija l-arja u l-fwar tal-gażolina, is-sustanza ta' ħidma għal magna diesel hija l-arja u d-diżil. Is-sustanza ta' ħidma ġeneralment tassorbi s-sħana f'temperatura għolja (Q H ), tagħmel xogħol (W ), imbagħad tirrilaxxa s-sħana li jifdal f'temperatura aktar baxxa (Q L ). Minħabba li l-enerġija hija kkonservata, allura Q H = W + Q L.
Effiċjenza tal-Magna tas-Sħana
L-effiċjenza (e) ta' magna tas-sħana hija l-proporzjon bejn ix-xogħol (W) magħmul mill-magna u l-input tas-sħana f'temperatura għolja (Q H ). Matematikament, tista' tinkiteb hekk:
W huwa l-profitt li nirċievu, filwaqt li QH hija l-ispiża li nġarrbu biex nixtru u naħarqu l-fjuwil. Bħala bnedmin li dejjem irridu niksbu l-akbar profitt possibbli u l-iżgħar nefqa possibbli, nittamaw verament li l-profitt li niksbu (W) ikun kommesurat mal-ispiża li nġarrbu (QH). Huwa dan possibbli?
Abbażi tal-konservazzjoni tal-enerġija, is-sħana li tidħol (Q H ) trid tkun ugwali għax-xogħol (W) magħmul + is-sħana rilaxxata (Q L ). Matematikament:
Biex tesprimi l-effiċjenza ta' magna tas-sħana bħala perċentwal, sempliċement immultiplika l-ekwazzjoni tal-effiċjenza b'100%. Abbażi tal-ekwazzjoni tal-effiċjenza ta' hawn fuq, iktar ma magna tas-sħana tirrifjuta sħana (QL ) , inqas tkun effiċjenti. Nixtiequ ħafna li jkollna kemm jista' jkun ftit sħana tirrifjuta (QL). Madankollu, l-input tas-sħana (QH ) ġeneralment jinkiseb billi jinħaraq iż-żejt, il-faħam, il-gass, eċċ. (fjuwils li nħallsu għalihom).
Għalhekk, kull magna tas-sħana hija essenzjalment iddisinjata biex tkun effiċjenti kemm jista' jkun. Għalkemm nixtiequ l-akbar benefiċċju possibbli mill-inqas nefqa possibbli, ir-realtà hi li l-magni tal-fwar huma tipikament effiċjenti b'madwar 40%, filwaqt li l-magni tal-kombustjoni interna huma effiċjenti b'madwar 50%. Dan ifisser li nofs is-sħana prodotta mill-ħruq tal-fjuwil tinħela. Nofs biss jiġi kkonvertit f'enerġija mekkanika.
Eżempju ta' mistoqsija 1:
Magna tas-sħana tassorbi 3000 Joules ta' sħana (Q H ), twettaq xogħol (W) u tirrilaxxa 2500 Joules ta' sħana (Q L ). X'inhi l-effiċjenza tal-magna tas-sħana?
Diskussjoni
Eżempju ta' mistoqsija 2:
Magna tas-sħana tassorbi 3000 Joules ta' sħana (Q H ), tagħmel xogħol (W) u tirrilaxxa 2000 Joules ta' sħana (Q L ). X'inhi l-effiċjenza tal-magna tas-sħana?
Diskussjoni
Eżempju ta' mistoqsija 3:
Magna tas-sħana tassorbi 3000 Joules ta' sħana (Q H ), tagħmel xogħol (W) u tirrilaxxa 1500 Joules ta' sħana (Q L ). X'inhi l-effiċjenza tal-magna tas-sħana?
Diskussjoni
