Tlhahlobo e Loketseng ea Khase Litsamaisong tsa Enjene ea Thermal
Pendahuluan
Enjene ea mocheso ke sesebelisoa se fetolang matla a mocheso hore e be mosebetsi oa mechine. Mehlala e tloaelehileng haholo ke lienjene tsa ho chesa ka hare likoloing, li-turbine tsa mouoane lifemeng tsa motlakase, le lienjene tsa sehatsetsing (tse sebetsang ka ho fapana, li fetisetsa mocheso ka mosebetsi). Ho utloisisa hore na lienjene tsena li sebetsa joang ka khopolo-taba le ka bongata, fisiks e hlahisitse mohlala o loketseng oa khase—mokhoa o nolofatsang boitšoaro ba likhase e le hore likamano lipakeng tsa khatello, bophahamo le mocheso li ka hlahlojoa ka lipalo. Le hoja likhase tsa 'nete e se kamehla li leng ntle, mohlala ona o molemo haholo e le motheo oa ho utloisisa lipotoloho tsa thermodynamic, bokhoni le liphetoho tsa matla litsamaisong tsa enjene ea mocheso.
Khopolo e Loketseng ea Khase
Khase e loketseng ke khase eo dikarolwana tsa yona di nkuwang di le: (1) tse nyane haholo ha di bapiswa le bophahamo ba setshelo, (2) tse sa sebetsaneng ntle le nakong ya ho thulana ha elastic, le (3) ho latela dikamano tse bonolo pakeng tsa di-macroscopic variables. Boitshwaro ba yona bo akaretswa ka tekanyo e loketseng ya khase ya boemo:
\[
PV = nRT
\]
ka kgatello ya \(P\), bophahamo ba \(V\), palo ya di-mole, khase e sa fetoheng ya bokahohleng, le mocheso o felletseng (Kelvin). Tekanyo ena ke ntlha ya ho qala bakeng sa ho sekaseka ditshebetso tse fapaneng tsa thermodynamic tse kang katoloso, kgatello, ho futhumatsa le ho phodisa tse etsahalang dienjeneng tsa mocheso.
Enjeneng ea mocheso, khase (kapa mokelikeli o sebetsang) e feta liphetohong tse pheta-phetoang tsa boemo potolohong. Nakong ea potoloho, sistimi e monya mocheso o tsoang mohloling oa mocheso, ea sebetsa, 'me e hana mocheso o mong ho tikoloho kapa polokelo ea mocheso o tlase. Mohlala o motle oa khase o re lumella ho amahanya liphetoho tsena tsa boemo le bongata ba matla: mocheso \(Q\), mosebetsi \(W\), le phetoho ea matla a ka hare \(\Delta U\).
Molao oa Pele oa Thermodynamics le Matla a ka Hare
Motheo oa tlhahlobo ea enjene ea mocheso ke Molao oa Pele oa Thermodynamics:
\[
\Delta U = Q – W
\]
moo \(\Delta U\) e leng phetoho ya matla a ka hare a kgase, \(Q\) mocheso o kenang tsamaisong, le \(W\) mosebetsi o etswang ke sistimi tikolohong. Potolohong e le nngwe e felletseng ya enjene ya mocheso, maemo a pele le a ho qetela a tshwana hoo \(\Delta U = 0\). Sena se bolela hore mocheso o felletseng o amohetsweng o lekana le mosebetsi o hlahisitsweng:
\[
W_{\text{net}} = Q_{\text{in}} – Q_{\text{out}}
\]
Bakeng sa khase e loketseng, matla a kahare a itshetlehile feela hodima mocheso. Bakeng sa khase e loketseng ya monatomic, mohlala:
\[
U = \frac{3}{2}nRT
\]
Bakeng sa likhase tsa diatomic tse fetang mocheso o itseng, li-coefficient lia fapana hobane li na le likhato tse ngata tsa tokoloho. Kamano ena ea bohlokoa hobane lits'ebetso tse ngata tsa enjene ea mocheso li kenyelletsa liphetoho tsa mocheso, 'me ho tloha ho sena, re ka hakanya phetoho ea matla a ka hare.
Mekhoa e Meholo ea Thermodynamic Likhase tse Nepahetseng
Potoloho ea enjene ea mocheso hangata e entsoe ka lits'ebetso tse 'maloa tse ntle. Ts'ebetso tse 'ne tse sebelisoang khafetsa tlhahlobong ke:
1. Isothermal (T e sa fetoheng)
Mokhoeng oa isothermal oa khase e loketseng, matla a ka hare ha a fetohe (\(\Delta U = 0\)) hobane mocheso o lula o tsitsitse. Ka hona \(Q = W\). Mosebetsi oa isothermal bakeng sa khase e loketseng:
\[
W = nRT \ln \left(\frac{V_2}{V_1}\right)
\]
Ts'ebetso ena e bohlokoa puisanong ea potoloho ea Carnot hobane e fana ka katleho e phahameng ka ho fetisisa ea khopolo-taba.
2. Isobaric (P e sa fetoheng)
Ts'ebetsong ea khatello e sa khaotseng, mosebetsi o bonolo ho o bala:
\[
W = P(V_2 – V_1)
\]
Mocheso o kenang o fetoloa karolo e itseng hore e be mosebetsi 'me karolo e itseng e eketsa matla a ka hare.
3. Isochoric (V e sa fetoheng)
Kaha molumo o tsitsitse, ha ho na mosebetsi:
\[
W = 0
\]
Kahoo mocheso o kenang kaofela o eketsa matla a kahare:
\[
Q = \Delta U
\]
4. Adiabatic (Q = 0)
Ha ho na phapanyetsano ea mocheso le tikoloho. Haeba khase e atoloha ka nako ea adiabatic, khase e ea sebetsa 'me mocheso oa theoha. Kamano e tloaelehileng ea adiabatic bakeng sa khase e loketseng:
\[
PV^\gamma = \mongolo{kamehla}
\]
ka \(\gamma = \frac{C_p}{C_v}\). Ditshebetso tsa Adiabatic di bohlokwa haholo dipotolohong tsa Otto le Diesel tse bontshang ditshebetso tsa kgatello e potlakileng le katoloso.
Setšoantšo sa P–V le Moelelo oa Sebaka sa Potoloho
Tlhahlobo ea enjene ea mocheso hangata e bonoa ka setšoantšo sa khatello-bophahamo (P-V). Setšoantšong sena, ts'ebetso ka 'ngoe e bontšoa e le sekhutlo. Ntlha ea bohlokoa: mosebetsi oa letlooa o etsoang potolohong e le 'ngoe o lekana le sebaka se koetsoeng ke sekhutlo sa potoloho setšoantšong sa P-V. Ha sebaka se le seholo, mosebetsi oa letlooa o etsoang potolohong ka 'ngoe o ba moholo.
Haeba potoloho e tsamaya ka ho leba ho ya ka watjhe, enjene e hlahisa mosebetsi wa letlowa (enjene ya mocheso). Haeba e tsamaya ka ho leba ho ya ka watjhe, sistimi e hloka mosebetsi wa kantle (sehatsetsing kapa pompo ya mocheso).
Bokgoni ba Enjene ea Thermal le Karolo ea Likhase tse Loketseng
Tshebetso ea enjene ea mocheso e lekanngoa ka katleho ea eona ea mocheso:
\[
\eta = \frac{W_{\text{net}}}{Q_{\text{in}}} = 1 – \frac{Q_{\text{out}}}{Q_{\text{in}}}
\]
Mohlala o motle oa khase o thusa ho bala \(Q_{\text{in}}\), \(Q_{\text{out}}\), le \(W_{\text{net}}\) bakeng sa lits'ebetso tse itseng.
Potoloho ea Carnot: Moeli o Felletseng oa Bokhoni
Potoloho ea Carnot e na le lits'ebetso tse peli tsa isothermal le lits'ebetso tse peli tsa adiabatic. Bokhoni ba Carnot bo itšetlehile feela ka mocheso oa letamo le chesang (\(T_H\)) le letamo le batang (\(T_C\)):
\[
\eta_{\text{Carnot}} = 1 – \frac{T_C}{T_H}
\]
Sena se emela moedi wa motheo: ha ho enjene ya mocheso e sebetsang pakeng tsa dithempereichara tse pedi tse boletsweng e ka fetang bokgoni ba Carnot. Khase e loketseng e sebediswa e le mokelikeli o sebetsang ho nolofatsa ho nkuwa ha foromo ena le ho utlwisisa hore na ke hobaneng bokgoni bo angwa haholo ke dipharologanyo tsa mocheso.
Otto Cycle (Enjene ea Peterole)
Potoloho e loketseng ea Otto hangata e kenyelletsa mekhoa e 'meli ea adiabatic (khatello le katoloso) le mekhoa e 'meli ea isochoric (ho kenngoa ha mocheso le ho haneloa ka molumo o sa fetoheng). Bokhoni ba potoloho e loketseng ea Otto ke:
\[
\eta_{\mongolo{Otto}} = 1 – \frac{1}{r^{\gamma-1}}
\]
moo \(r\) e leng karolelano ea khatello. Khase e loketseng ea hlokahala ho amahanya liphetoho khatellong, bophahamong le mochesong nakong ea khatello/katoloso ea adiabatic.
Potoloho ea Disele (Enjene ea Disele)
Potoloho ea Disele e tšoana le potoloho ea Otto, empa ho kenngoa ha mocheso ho etsahala ka khatello e sa khaotseng (isobaric). Tlhahlobo e rarahane hanyane, empa lipalo tse loketseng tsa khase e ntse e le motheo oa ho bala mocheso le khatello ntlheng e 'ngoe le e 'ngoe ea potoloho le ho fumana katleho e le mosebetsi oa karolelano ea khatello le karolelano ea ho khaola.
Meeli ea Mohlala o Loketseng oa Khase Lienjineng tsa 'Nete
Leha e le thuso haholo, mohlala o motle oa khase ke mokhoa o nolofatsang. Lienjineng tsa 'nete, ho na le mabaka a etsang hore liphetho tse ntle tsa lipalo li fapane le tsa 'nete:
1. Ho qabana le ho qhalana ha matla dikarolong tsa mechini ho fokotsa mosebetsi wa letlowa.
2. Phapanyetsano ea mocheso ha e laoloe ka botlalo, lits'ebetso tse ngata ha li adiabatic ka botlalo.
3. Liphetoho mofuteng oa khase (mohlala, ho tuka) li etsa hore mokelikeli o sebetsang o se hlole e e-ba khase e bonolo e loketseng e nang le \(n\) e tsitsitseng.
4. Dikhase tsa nnete di fapana le tse ntle kgatellong e phahameng kapa mochesong o tlase; dikamano tsa dimolekhule di ba bohlokwa.
5. Mekhoa e seng ea quasi-static (e potlakileng haholo) e ka baka ho se leka-lekane ha sebaka, e leng se etsang hore tlhahlobo e nepahetseng e se nepahale haholo.
Leha ho le jwalo, ho sa tsotellehe mefokolo ya yona, tlhahlobo e ntle ya kgase e ntse e le moralo o matla wa ho qala bakeng sa ho rala, ho bapisa le ho utlwisisa mekgwa ya tshebetso ya dienjene tsa mocheso.
Qetello
Tlhahlobo e ntle ea khase lits'ebetsong tsa enjene ea mocheso e fana ka motheo oa khopolo-taba le oa lipalo bakeng sa ho utloisisa hore na mocheso o ka fetoloa joang hore e be mosebetsi ka lipotoloho tsa thermodynamic. Ha re sebelisa equation (PV = nRT), Molao oa Pele oa Thermodynamics, le ho etsa mohlala oa lits'ebetso tsa isothermal, isobaric, isochoric, le adiabatic, re ka bala mosebetsi, mocheso le katleho ea enjene ka mokhoa o hlophisitsoeng. Setšoantšo sa P–V se hlakisa hore mosebetsi oa net o lekana le sebaka sa potoloho, ha katleho e bontša meeli ea motheo e behiloeng ke potoloho ea Carnot. Le hoja lienjene tsa 'nete li ka lahleheloa ke mekhoa e metle le ho kheloha boitšoarong bo botle, mohlala o motle oa khase o ntse o le bohlokoa e le motheo oa tlhahlobo le thuto ea lienjene tsa mocheso.
Haeba o lakatsa, nka eketsa mehlala ea lipalo tsa lipalo (mohlala, ho bala bokhoni ba Otto bakeng sa karolelano e fanoeng ea khatello) kapa ho hlahisa mofuta oa sengoloa ka sebopeho se felletseng sa saense (kakaretso, tlhahlobo ea khopolo-taba, mekhoa, puisano le buka ea libuka).
