אַרטיקל וועגן דעם צווייטן געזעץ פון טערמאָדינאַמיק
אלע נאטירלעכע פראצעסן פאסירן נאר אין איין ריכטונג אבער קענען נישט פאסירן אין דער פארקערטער ריכטונג, וואס ווערט געווענליך באצייכנט אלס אומקערלעכע פראצעסן. נאכדעם וואס עס ווערט באפרייט פון זיין שטאנג און פאלט פריי צו דער ערד, באוועגט זיך א מאנגא קיינמאל מער נישט ארויף. א בוך וואס מיר שטופן און דאן שטעלן אפ באוועגט זיך קיינמאל נישט צוריק צו אונז. אויב מיר רירן א הויך-טעמפעראטור אביעקט (הייס אביעקט) מיט א נידריג-טעמפעראטור אביעקט (קאלט אביעקט), פליסט היץ נאטירלעך פון דעם הויך-טעמפעראטור אביעקט צום נידריג-טעמפעראטור אביעקט. מיר זעהן קיינמאל נישט דעם פארקערטן פראצעס, וואו היץ באוועגט זיך נאטירלעך פון א קאלטן אביעקט צו א הייסן אביעקט. אויב דער פראצעס וואלט פאסירט, וואלט דער קאלטער אביעקט געווארן קעלטער, בשעת דער הייסער אביעקט וואלט געווארן הייסער. אבער אין פאקט איז עס נישט אזוי. עס זענען דא אסאך אומקערלעכע פראצעסן וואס שיינען אנדערש איינער פון דעם אנדערן, אבער זיי אלע שליסן איין ענדערונגען אין דער פארעם פון ענערגיע און דעם טראנספער פון ענערגיע פון איין אביעקט צום אנדערן.
למשל, עס איז דא א שטארקע ערדציטערניש וואס ברענגט צו אז געביידעס זאלן צוזאמפאלן (געביידעס פאלן צוזאם צוליב דער ענערגיע וואס ווערט געפירט דורך ערדציטערניש כוואליעס). האט איר שוין אמאל געזען יעדן טייל פון דעם צוזאמגעפאלענעם געביידע צוריק צוזאמענקומען און שטיין גלייך ווי פריער? אדער, למשל, א גלאז פאלט אויפן שטאק און ברעכט זיך... האט איר שוין אמאל געזען די גלאז שטיקלעך וואס זענען צעשפרייט אויפן שטאק צוריק צוזאמענקומען און פארמירן א גלאז וואס איז גאנץ ווי פריער? קיינמאל נישט געשען... עס זענען דא נאך אסאך ביישפילן.
כדי צו דערקלערן טערמאדינאמישע פראצעסן וואס פאסירן נאר אין איין ריכטונג (אומאומקערלעכע פראצעסן), האבן וויסנשאפטלער פארמולירט דעם צווייטן געזעץ פון טערמאדינאמיק. דער צווייטער געזעץ פון טערמאדינאמיק דערקלערט וועלכע פראצעסן קענען פאסירן אין אוניווערס און וועלכע נישט. איין וויסנשאפטלער מיטן נאמען ר.דזש.אי. קלאוסיוס (1822–1888) האט געמאכט די פאלגנדע אויסזאג:
היץ באוועגט זיך אליין פון א הויך-טעמפעראטור אביעקט צו א נידעריג-טעמפעראטור אביעקט; היץ וועט זיך נישט באוועגן אליין פון א נידעריג-טעמפעראטור אביעקט צו א הויך-טעמפעראטור אביעקט (צווייטער געזעץ פון טערמאדינאמיק – קלאַוזיוס סטעיטמענט).
די קלאַוזיוס אויסזאָג איז אַ ספּעציעלע אויסזאָג פון דעם צווייטן געזעץ פון טערמאָדינאַמיק. עס ווערט גערופן אַ ספּעציעלע אויסזאָג ווייל עס אַפּלייזט זיך נאָר צו איין פּראָצעס, נעמלעך היץ איבערפיר. ווייל די אויסזאָג באַציט זיך נישט צו אַנדערע פּראָצעסן, דאַרפן מיר אַ מער אַלגעמיינע אויסזאָג. די אַנטוויקלונג פון דער אַלגעמיינער אויסזאָג פון דעם צווייטן געזעץ פון טערמאָדינאַמיק איז טיילווייז באַזירט אויף דער שטודיע פון היץ מאָטאָרן. דעריבער וועלן מיר ערשט דיסקוטירן היץ מאָטאָרן.
היץ מאָטאָר
א גרויס טייל פון דער ענערגיע וואס מיר ניצן קומט פון דער כעמישער פאטענציאלער ענערגיע וואס געפינט זיך אין פעטראליום, גאז, און קוילן. די כעמישע פאטענציאלע ענערגיע וואס געפינט זיך אין פעטראליום, גאז, אדער קוילן קען נישט ווערן גענוצט גלייך. פעטראליום, גאז, אדער קוילן מוזן ערשט פארברענט ווערן. געווענליך, פארברענען פאסילע ברענשטאפן (פעטראליום, גאז, און קוילן) פראדוצירט היץ. היץ קען ווערן גענוצט גלייך צו קאכן עסן און הייצן א צימער. צו רירן עפעס (למשל, צו רירן א וועהיקל), מוזן מיר פארוואנדלען היץ אין קינעטישע ענערגיע אדער מעכאנישע ענערגיע (מעכאנישע ענערגיע = פאטענציאלע ענערגיע + קינעטישע ענערגיע). פארוואנדלען מעכאנישע ענערגיע אין היץ איז א גאר גרינגע ארבעט, אבער פארוואנדלען היץ אין מעכאנישע ענערגיע איז שווער. פרובירט צו רייבן אייערע האנטפלאכן צוזאמען... אייערע האנטפלאכן זענען הייס, נישט אזוי? ווען מיר רייבן אונזערע האנטפלאכן צוזאמען (מיר טוען ארבעט), ווערט מעכאנישע ענערגיע פארוואנדלט אין היץ. דער פראצעס איז זייער גרינג... אפילו אומענדלעכע היץ קען ווערן פראדוצירט דורך טאן ארבעט. אבער דער פארקערטער פראצעס, נעמליך ניצן היץ צו טאן ארבעט, איז שווער.
א מיטל גענוצט צו נוצן היץ צו דורכפירן ארבעט איז ערשט אויסגעטראַכט געוואָרן אין 1700. דער מיטל אין פראגע איז געווען די פארע מאטאר. פארע מאשינען זענען ערשט גענוצט געוואָרן צו פּאָמפּן וואַסער ארויס פון קוילן מינעס. עס איז וויכטיק צו באַמערקן אַז די ערשטע נוצן פון פארע מאשינען איז געווען איידער וויסנשאַפטלער האָבן געוואוסט אַז היץ איז טאַקע ענערגיע טראַנספערד רעכט צו טעמפּעראַטור אונטערשיידן (דער ערשטער געזעץ פון טערמאָדינאַמיק איז נאָך נישט געווען פאָרמולירט).
די נוצן פון דאַמף מאשינען אין יענער צייט איז מסתּמא געווען באַזירט אויף טעגלעכער דערפאַרונג וואָס ווייזט אַז דאַמף קען באַוועגן זאַכן. דאַמף מאשינען ווערן באַטראַכט ווי היץ מאשינען (אַ היץ מאטאר = אַ מיטל פֿאַר קאָנווערטירן היץ אין מעכאַנישע ענערגיע). היינט ווערן דאַמף מאשינען גענוצט צו דזשענערירן עלעקטרישע ענערגיע. מאָדערנע היץ מאשינען זענען אינערלעכע פארברענונג מאשינען (אויטאָ מאטארן, מאָטאָציקל מאטארן, אאז"וו).
די גרונט-אידעע הינטער ניצן אַ היץ-מאָטאָר איז אַז היץ קען נאָר ווערן פארוואנדלט אין מעכאַנישע ענערגיע אויב מען לאָזט עס פליסן פון אַ הויך-טעמפּעראַטור געגנט צו אַ נידעריק-טעמפּעראַטור געגנט. בעת דעם פּראָצעס ווערט אַ טייל פון דער היץ פארוואנדלט אין מעכאַנישע ענערגיע (אַ טייל פון דער היץ ווערט גענוצט צו טאָן אַרבעט), בשעת אַ טייל פון דער היץ ווערט אָפּגעוואָרפן צו דער נידעריק-טעמפּעראַטור געגנט. דער פּראָצעס פון ענערגיע-קאָנווערזיע און ענערגיע-איבערפיר אין אַ היץ-מאָטאָר ווערט געוויזן אין דער דיאַגראַמע.
הויכע טעמפּעראַטור (טH) און נידעריקע טעמפּעראַטור (טL) ווערט אויך גערופן די מאָטאָר אַפּערייטינג טעמפּעראַטור. היץ וואָס פליסט פון אַ הויך טעמפּעראַטור אָרט ווערט געגעבן דעם סימבאָל QH, בשעת די היץ וואָס ווערט אַרויסגעלאָזט צו אַ נידעריק-טעמפּעראַטור אָרט ווערט געגעבן דעם סימבאָל QL. ווען מען פליסט פון א פלאץ מיט הויכער טעמפעראטור צו א פלאץ מיט נידעריגער טעמפעראטור, ווערט עפעס קH פארוואנדלט אין מעכאנישע ענערגיע (גענוצט צו טון ארבעט), א טייל דערפון ווערט ארויסגעלאזט אלס QL. פאקטיש האפן מיר טאקע אז אלע קH קען ווערן פארוואנדלט אין וואט, אבער טעגליכע עקספיריענס ווייזט אז דאס איז אוממעגלעך. עס גייט שטענדיג א געוויסע היץ פארלוירן. אזוי, באזירט אויף דער קאנסערוואציע פון ענערגיע, קען מען אויספירן אז קH = וו + קL.
איצט לאָמיר איבערקוקן אַ היץ מאָטאָר וואָס ווערט געוויינטלעך גענוצט צו פאַרוואַנדלען היץ אין מעכאַנישע ענערגיע. עס איז וויכטיק צו באַמערקן אַז מיר באַטראַכטן בלויז היץ מאָטאָרן וואָס דורכפירן קאָנטינויִערלעכע אַרבעט. כּדי אַרבעט זאָל דורכגעפירט ווערן קאָנטינויִערלעך, מוז היץ פליסן קאָנטינויִערלעך פֿון אַ הויך-טעמפּעראַטור געגנט צו אַ נידעריק-טעמפּעראַטור געגנט. אויב היץ פליסט בלויז איין מאָל, וועט די אַרבעט וואָס דער היץ מאָטאָר טוט אויך בלויז געטאָן ווערן איין מאָל (די מעכאַנישע ענערגיע וואָס ווערט פּראָדוצירט וועט זיין זייער קליין). דעריבער, קען דער היץ מאָטאָר נישט אויסגענוצט ווערן אָפּטימאַל. אַ היץ מאָטאָר קען אויסגענוצט ווערן אָפּטימאַל אויב ער טוט אַרבעט קאָנטינויִערלעך. מיט אַנדערע ווערטער, די מעכאַנישע ענערגיע וואָס דער היץ מאָטאָר פּראָדוצירט איז גענוג צו ווערן גענוצט צו באַוועגן עפּעס.
דאַמף מאָטאָר
פארע מאשינען ניצן וואסער פארע אלס א היץ טראנספער מיטל. פארע ווערט באצייכנט אלס די ארבעטס סובסטאנץ פון א פארע מאטאר. עס זענען דא צוויי טיפן פארע מאשינען: צוריק- און צוריקגייענדיקע פארע מאשינען און טורבין פארע מאשינען (פארע טורבינעס). זייערע דיזיינס זענען אביסל אנדערש, אבער ביידע טיפן האבן ענלעכקייטן: זיי ניצן פארע וואס ווערט געהייצט דורך פארברענען אויל, גאז, קוילן, אדער נוקלעארע ענערגיע.
רעציפּראָקייטינג טיפּ דאַמף מאָטאָר
וואַסער אין אַ קאַנטיינער ווערט געוויינטלעך געהייצט ביי הויכן דרוק. ווײַל עס ווערט געהייצט ביי הויכן דרוק, פּאַסירט דער קאָכן פּראָצעס ביי אַ הויכער טעמפּעראַטור. טעמפּעראַטור איז גלייך פּראָפּאָרציאָנעל צום דרוק. ווי העכער די טעמפּעראַטור פון דעם פארע, אַלץ גרעסער דער פארע דרוק. דער הויך-טעמפּעראַטור אָדער הויך-דרוק פארע באַוועגט זיך דורך דעם אַרייַנגאַנג ווענטיל און יקספּאַנדירט קעגן דעם פּיסטאָן. ווען ער יקספּאַנדירט, שטופּט דער פארע דעם פּיסטאָן, וואָס פאַרשאַפט אים צו באַוועגן צו רעכטס.
א טייל פון דער היץ אין דעם פארע ווערט פארוואנדלט אין קינעטישע ענערגיע. ווען דער פיסטאן באוועגט זיך צו רעכטס, דרייט זיך דאס ראד וואס איז פארבונדן צום פיסטאן (1). נאך א האלבע דריי, שטופט דאס ראד דעם פיסטאן צוריק צו זיין ארגינעלע פאזיציע (2). ווען דער פיסטאן באוועגט זיך צו לינקס, שליסט זיך דער אריינגאנג ווענטיל אויטאמאטיש, בשעת דער אויסגאס ווענטיל עפנט זיך אויטאמאטיש. דער פארע ווערט קאנדענסירט דורך דעם קאנדענסאר, און ווערט טוי. דערנאך ווערט דאס וואסער אין קאנדענסאר צוריקגעפאמפעט אין דעם קאנטעינער כדי עס זאל נאכאמאל געקאכט ווערן. און אזוי ווייטער... ווייל דער פראצעס פאסירט איבער און איבער, באוועגט זיך דער פיסטאן צו רעכטס און צו לינקס אומאויפהערליך. ווייל דער פיסטאן באוועגט זיך צו רעכטס און צו לינקס אומאויפהערליך, דרייט זיך דאס ראד אויך אומאויפהערליך. די דריי פון ראד ווערט געווענליך גענוצט צו באוועגן עפעס.
דאַמף טורבין
דער ארבעטס-פרינציפ פון א דאמף-טורבין איז אין עיקר די זעלבע ווי ביי א צוריק-און-ארויס-דרייענדיקן דאמף-מאטאר. דער אונטערשייד איז אז א צוריק-און-ארויס-דרייענדיקער דאמף-מאטאר ניצט א פיסטאן, בשעת א דאמף-טורבין ניצט א טורבין. אין א צוריק-און-ארויס-דרייענדיקן דאמף-מאטאר ווערט היץ ערשט פארוואנדלט אין טראנסלאציאנעלע קינעטישע ענערגיע פונעם פיסטאן. דערנאך ווערט די טראנסלאציאנעלע קינעטישע ענערגיע פונעם פיסטאן פארוואנדלט אין ראטאציע-קינעטישע ענערגיע פונעם דרייענדיקן ראד. אין א דאמף-טורבין ווערט היץ גלייך פארוואנדלט אין ראטאציע-קינעטישע ענערגיע פון דער טורבין. די טורבין קען זיך דרייען צוליב א דרוק-אונטערשייד. די טעמפעראטור פונעם דאמף איבערן בלייד איז פיל העכער ווי די טעמפעראטור פונעם דאמף אונטערן בלייד. דער בלייד איז א דינע פלאטע וואס געפינט זיך אין צענטער פונעם טורבין. טעמפעראטור איז גלייך פראפארציאנעל צום דרוק. ווייל די טעמפעראטור פונעם דאמף איבערן בלייד איז העכער ווי די טעמפעראטור פונעם דאמף אונטערן בלייד, איז דער דאמף-דרוק איבערן בלייד גרעסער ווי דער דרוק אונטערן בלייד. דער דרוק-אונטערשייד פאראורזאכט אז דער דאמף זאל שטופן דעם בלייד אראפ, פאראורזאכנדיג אז דער טורבין זאל זיך דרייען. די ריכטונג פון דער טורבין-ראטאציע ווערט געוויזן אין דער בילד.
עס איז וויכטיג צו באַמערקן אַז דער אַרבעט פּרינציפּ פון אַ דאַמף מאָטאָר איז באַזירט אויף דער ענערגיע אַריבערפירן דיאַגראַמע וואָס איז דערקלערט אויבן. אין דעם פאַל, קען מעכאַנישע ענערגיע ווערן גענערירט דורך לאָזן היץ פליסן פון אַן אָביעקט אָדער אָרט מיט אַ הויך טעמפּעראַטור צו אַן אָביעקט אָדער אָרט מיט אַ נידעריק טעמפּעראַטור. דעריבער, איז אַ טעמפּעראַטור חילוק וויכטיק אין אַ דאַמף מאָטאָר.
אויב איר גיט אכט אויף ווי אזוי א צוריק-און-ארויסגייענדיקע פארע מאטאר ארבעט, וועט איר באמערקן אז דער פיסטאן קען זיך נאך אלץ באוועגן לינקס און רעכטס אפילו ווען עס איז נישטא קיין טעמפעראטור אונטערשייד (קיין קאנדענסאר אדער פאמפע). דער פיסטאן קען זיך באוועגן רעכטס צוליב דער אויסברייטונג פון הויך-טעמפעראטור אדער הויך-דרוק פארע. אין דעם פאל ווערט א טייל פון דער היץ אין דעם פארע פארוואנדלט אין טראנסלאציאנעלע קינעטישע ענערגיע פון דעם פיסטאן. די טראנסלאציאנעלע קינעטישע ענערגיע פון דעם פיסטאן פארוואנדלט זיך דאן אין ראטאציע קינעטישע ענערגיע פון דעם דרייענדיקן ראד. נאכדעם וואס עס פארענדיגט א האלבע ראטאציע, שטופט דאס ראד דעם פיסטאן צוריק צו לינקס. ווען דאס ראד שטופט דעם פיסטאן צוריק צו לינקס, ווערט די ראטאציע קינעטישע ענערגיע פון דעם ראד נאכאמאל פארוואנדלט אין טראנסלאציאנעלע קינעטישע ענערגיע פון דעם פיסטאן. ווען דער פיסטאן באוועגט זיך צו לינקס, שטופט ער ארויס דעם פארע אין צילינדער. אין דער זעלבער צייט עפנט זיך דער אויסגאס ווענטיל.
אזוי, דער פארע וואס ווערט געשטופט דורך דעם פיסטאן וועט שטופן זיין פריינט אונטערן אויסגאס ווענטיל. איצט, אויב די טעמפעראטור פון דעם פארע אונטערן אויסגאס ווענטיל איז גלייך צו דער טעמפעראטור פון דעם פארע וואס ווערט געשטופט דורך דעם פיסטאן, דעמאלט וועט די גאנצע טראנסלאציאנעלע קינעטישע ענערגיע פון דעם פיסטאן צוריק פארוואנדלט ווערן אין דער אינערליכער ענערגיע פון דעם פארע. אינערליכער ענערגיע איז גלייך פראפארציאנעל צו דער טעמפעראטור. אויב די אינערליכער ענערגיע פון דעם פארע וואקסט, וואקסט די טעמפעראטור פון דעם פארע. טעמפעראטור איז גלייך פראפארציאנעל צו דעם דרוק. אויב די טעמפעראטור פון דעם פארע וואקסט, וואקסט אויך דער דרוק פון דעם פארע. אזוי, דער דרוק פון דעם פארע וואס ווערט ארויסגעלאזט דורך דעם אויסגאס ווענטיל איז גלייך צום דרוק פון דעם פארע וואס גייט אריין דורך דעם אריינגאנג ווענטיל. דער פיסטאן וועט ווייטער זיך באוועגן רעכטס און לינקס קאנטינעווירלעך אבער עס וועט נישט זיין קיין גאנצע קינעטישע ענערגיע וואס קען אויסגענוצט ווערן (קיין גאנצע ארבעט פראדוצירט נישט). אזוי, די קינעטישע ענערגיע וואס דער פיסטאן באקומט בעת דעם אויסברייטונג פראצעס (דער פיסטאן באוועגט זיך צו רעכטס) וועט צוריקגעגעבן ווערן צום פארע בעת דעם קאמפרעסיע פראצעס (דער פיסטאן באוועגט זיך צו לינקס).
מען רעכנט אויס אז א טעמפעראטור אונטערשייד אין א פארע מאטאר איז נאך אלץ נויטיג. די טעמפעראטור אונטערשייד אין א פארע מאטאר קען מען דערגרייכן דורך ניצן א קאנדענסאר. ווען די טעמפעראטור און דרוק פון דעם פארע אונטערן אויסגוס ווענטיל זענען פיל נידעריגער ווי די טעמפעראטור און דרוק פון דעם פארע אין צילינדער, דעמאלט ווען דער פיסטאן באוועגט זיך צוריק צו לינקס, איז די מאס דרוק וואס דער פיסטאן אויסאיבט אויף דעם פארע פיל קלענער ווי די מאס דרוק וואס דער פארע אויסאיבט אויף דעם פיסטאן ווען דער פיסטאן באוועגט זיך צו רעכטס. מיט אנדערע ווערטער, די מאס ארבעט וואס דער פיסטאן טוט אויף דעם פארע איז פיל קלענער ווי די מאס ארבעט וואס דער פארע טוט אויף דעם פיסטאן. אזוי ווערט נאר א קליינער טייל פון דער פיסטאן'ס קינעטישע ענערגיע צוריקגעגעבן צום פארע. אזוי וועט זיין גאנצע קינעטישע ענערגיע אדער גאנצע ארבעט פראדוצירט. די גאנצע קינעטישע ענערגיע ווערט גענוצט צו באוועגן עפעס.
אינערלעכע פארברענונג מאטאר
מאָטאָרציקל און אויטאָ מאָטאָרן זענען ביישפילן פון אינערלעכע פֿאַרברענונג מאָטאָרן. זיי ווערן גערופן אינערלעכע פֿאַרברענונג מאָטאָרן ווייל דער פֿאַרברענונג פּראָצעס פּאַסירט אין אַ פֿאַרמאַכטן צילינדער. אינערלעכע פֿאַרברענונג מאָטאָרן זענען דער רעזולטאַט פֿון אינזשעניריע דעם באַגריף פֿון אַדיאַבאַטישער קאַמפּרעסיע און יקספּאַנשאַן, וואָס איז דערקלערט אין דעם ערשטן געזעץ פֿון טערמאָדינאַמיק.
מיר וועלן נאָר באַטראַכטן אינערלעכע פֿאַרברענונג מאָטאָרן וואָס נוצן בענזין און דיזל ווי ברענשטאָף. בענזין און דיזל זענען פּעטראָלעום פּראָדוקטן, און דעריבער פאַרמאָגן כעמישע פּאָטענציעלע ענערגיע. די כעמישע פּאָטענציעלע ענערגיע אין בענזין און דיזל ווערט ערשט קאָנווערטירט אין היץ דורך דעם פֿאַרברענונג פּראָצעס. די היץ וואָס ווערט פּראָדוצירט דורך פֿאַרברענונג ווערט דערנאָך קאָנווערטירט אין מעכאַנישע ענערגיע. די מעכאַנישע ענערגיע איז וואָס דערמעגלעכט אַ מאָטאָציקל אָדער אויטאָ צו באַוועגן זיך. דער ציקל אין אַ בענזין מאָטאָר ווערט גערופן דער אָטאָ ציקל, בשעת דער ציקל אין אַ דיזל מאָטאָר ווערט גערופן דער דיזל ציקל. א ציקל איז אַ ריווערסאַבאַל טערמאָדינאַמיש פּראָצעס. לאָמיר ערשט דיסקוטירן דעם אָטאָ ציקל.
אָטאָ ציקל
דאָס איז אַ דיאַגראַמע פֿון אַ פֿיר-טאַקט אינערלעכער פֿאַרברענונג מאָטאָר. אַ געמיש פֿון לופֿט און בענזין פארע פֿליסט פֿונעם קאַרבוראַטאָר אין צילינדער ווען דער פּיסטאָן באַוועגט זיך אַראָפּ (דער אויפֿנאַם-שטויס). די געמיש פֿון לופֿט און בענזין פארע אין צילינדער ווערט דאַן צוזאַמענגעפּרעסט אַדיאַבאַטיש ווען דער פּיסטאָן באַוועגט זיך אַרויף (דער צוזאַמענגעפּרעסטער סטראָוק). ווײַל עס ווערט צוזאַמענגעפּרעסט אַדיאַבאַטיש, פֿאַרגרעסערט זיך די טעמפּעראַטור און דרוק פֿון דער געמיש. גלײַכצײַטיק צינדט דער צינדקער אָן די געמיש, און אנצינדט עס. ווען עס ברענט, פֿאַרגרעסערט זיך די טעמפּעראַטור און דרוק פֿון גאַז. דער הויך-טעמפּעראַטור, הויך-דרוק גאַז עקספּאַנדירט זיך קעגן דעם פּיסטאָן, שטופּנדיק אים אַראָפּ (דער עקספּאַנשאַן-שטויס). דער פֿאַרברענטער גאַז ווערט דאַן באַפֿרײַט דורך דעם אויספּוף ווענטיל און געריכטעט צו דער אויספּוף רער (דער אויספּוף-שטויס). דער אויפֿנאַם ווענטיל עפֿנט זיך ווידער, און די פֿיר סטראָוקס ווערן איבערגעחזרט.
עס איז וויכטיג צו באַמערקן אַז דער ציל פון די אַדיאַבאַטישע קאַמפּרעסיע סטראָוק איז צו פאַרגרעסערן די טעמפּעראַטור און דרוק פון די לופט-בענזין פארע געמיש. פארברענונג ביי הויך דרוק פּראָדוצירט זייער הויך טעמפּעראַטורן און דרוקן. דעריבער, דער שטופּ (F = PA) וואָס ווערט גענערירט בעת דעם יקספּאַנשאַן פּראָצעס איז זייער גרויס. דאָס רעזולטאַט איז אַז אַ מאָטאָציקל אָדער אויטאָ מאָטאָר ווערט מער שטאַרק. אפילו אָן קאַמפּרעסיע, קען די לופט-בענזין פארע געמיש אָנצינדן ווען דער צינדקער פּראָדוצירט אַ פֿונקען. אָבער, די טעמפּעראַטור און דרוק פון די פארברענטע גאַז זענען נישט זייער הויך, אַזוי דער רעזולטאַט שטופּ איז אויך קליין. ווי אַ רעזולטאַט, ווערט דער מאָטאָר ווייניקער שטאַרק.
דער פּראָצעס פֿון ענערגיע טראַנספֿאָרמאַציע און ענערגיע איבערפֿירונג אין אַ פֿיר-טאַקט אינערלעכער פֿאַרברענונג מאָטאָר קען מען דערקלערן ווי פֿאָלגט: בעת פֿאַרברענונג ווערט די כעמישע פּאָטענציעלע ענערגיע אין בענזין און די ענערגיע אין דער לופֿט פֿאַרוואַנדלט אין היץ. אַ טייל פֿון דער היץ ווערט פֿאַרוואַנדלט אין מעכאַנישע ענערגיע אין דער פּיסטאָן שטאַנג און קראַנקשאַפֿט, בשעת אַ טייל ווערט באַפֿרײַט דורך דער אויספּוף רער. רובֿ פֿון דער מעכאַנישער ענערגיע אין דער פּיסטאָן שטאַנג און קראַנקשאַפֿט ווערט פֿאַרוואַנדלט אין מעכאַנישע ענערגיע אין פֿאָרמיטל (באַוועגן דאָס פֿאָרמיטל), בשעת אַ קליינער טייל ווערט פֿאַרוואַנדלט אין היץ. היץ ווערט גענערירט דורך רייַבונג.
דער אדיאבאַטישער עקספּאַנשאַן און קאַמפּרעסיע פּראָצעס אין דעם אָטאָ ציקל קען אילוסטרירט ווערן דורך דער דיאַגראַמע אונטן. די דיאַגראַמע ווייזט אַן אידעאַליזירט מאָדעל פון די טערמאָדינאַמישע פּראָצעסן וואָס פּאַסירן אין אַ בענזין-געטריבענעם אינערלעכן פֿאַרברענונג מאָטאָר.
א געמיש פון לופט און בענזין פארע גייט אריין אין צילינדער (א). די געמיש פון לופט און בענזין פארע ווערט דאן צוזאמענגעדריקט אדיאבאטיש (א-ב). באמערקט אז דער צילינדער פארנעם פארקלענערט זיך. די געמיש פון לופט און בענזין פארע ווערט געהייצט ביי א קאנסטאנטן פארנעם – די געמיש ווערט פארברענט (ב-ג). דער פארברענטער גאז גייט דורך אדיאבאטישן אויסברייטונג (ג-ד). קילן ביי א קאנסטאנטן פארנעם – דער פארברענטער גאז ווערט ארויסגעלאזט אין די אויספוף רער און א נייע געמיש פון לופט + בענזין פארע גייט אריין אין צילינדער (ד-א).
א געמיש פון לופט און בענזין פארע גייט אריין אין צילינדער (א). די געמיש פון לופט און בענזין פארע ווערט דאן צוזאמענגעדריקט אדיאבאטיש (א-ב). באמערקט אז דער צילינדער פארנעם פארקלענערט זיך. די געמיש פון לופט און בענזין פארע ווערט געהייצט ביי א קאנסטאנטן פארנעם – די געמיש ווערט פארברענט (ב-ג). דער פארברענטער גאז גייט דורך אדיאבאטישן אויסברייטונג (ג-ד). קילן ביי א קאנסטאנטן פארנעם – דער פארברענטער גאז ווערט ארויסגעלאזט אין די אויספוף רער און א נייע געמיש פון לופט + בענזין פארע גייט אריין אין צילינדער (ד-א).
דיזל ציקל
דער ארבעטס-פרינציפ פון א דיזל מאטאר איז ענליך צו דעם פון א בענזין מאטאר. דער אונטערשייד ליגט אין דעם אנפאנגליכן אדיאבאטישן קאמפרעסיע שריט (אדיאבאטישער קאמפרעסיע = קאמפרעסיע וואס ווערט געטאן אזוי שנעל אז היץ האט נישט קיין צייט אריינצופליסן אדער ארויסצופליסן פון סיסטעם. די סיסטעם אין דעם פאל איז א צילינדער). בשעת אין א בענזין מאטאר ווערט קאמפרעסט א געמיש פון לופט און בענזין פארע, אין א דיזל מאטאר ווערט נאר די לופט קאמפרעסט. אדיאבאטישער קאמפרעסיע פאראורזאכט אז די טעמפעראטור און דרוק פון דער לופט זאלן פארגרעסערט ווערן. דערנאך שפריצט דער אינדזשעקטאר, אויך באקאנט אלס דער אינדזשעקטאר, דיזל. ווייל די טעמפעראטור און דרוק פון דער לופט זענען שוין זייער הויך, ווען דער דיזל ווערט אריינגעשפריצט אין צילינדער, צינדט זיך דער דיזל גלייך אן. נישט נויטיג קיין צינדקער. באמערקט דעם דרוק ווערט וואס ווערט געוויזן אין דער דיאגראם אונטן. פארגלייכט עס מיטן דרוק ווערט וואס ווערט געוויזן אין דער אטא ציקל דיאגראם.
די דיאַגראַמע ווייזט אַן אידעאַלן דיזל ציקל. אנהייב ווערט לופט קאָמפּרעסירט אַדיאַבאַטיש (a-b), דערנאָך געהייצט ביי קאָנסטאַנטן דרוק – דער אינדזשעקטאָר שפּריצט דיזל און פארברענונג פּאַסירט (b-c), דער פארברענטער גאַז גייט דורך אַדיאַבאַטישער עקספּאַנשאַן (c-d), קילט זיך אָפּ ביי קאָנסטאַנטן באַנד – דער פארברענטער גאַז ווערט אַרויסגעטריבן דורך דער אויספּוף רער און פרישע לופט גייט אַרײַן אין צילינדער (d-a).
באַזירט אויף דער דערקלערונג אויבן, קען מען אויספירן אז יעדער היץ מאטאר האט בעיקר א ספעציפישע ארבעטס סובסטאנץ. די ארבעטס סובסטאנץ פאר א פארע מאטאר איז וואסער, די ארבעטס סובסטאנץ פאר א בענזין מאטאר איז לופט און בענזין פארע, די ארבעטס סובסטאנץ פאר א דיזל מאטאר איז לופט און דיזל. די ארבעטס סובסטאנץ אבזארבירט געווענליך היץ ביי א הויכער טעמפעראטור (QH ) , טוט ארבעט (W), און לאזט דאן ארויס די איבעריגע היץ ביי א נידעריגערע טעמפעראטור (QL ) . ווייל ענערגיע ווערט קאנסערווירט, דאן איז QH = W + QL.
עפעקטיווקייט פון היץ מאָטאָר
די עפעקטיווקייט (e) פון א היץ מאטאר איז די פראפארציע צווישן דער ארבעט (W) וואס דער מאטאר טוט און די היץ אריינגאבע ביי הויכער טעמפעראטור (Q H ). מאטעמאטיש קען מען דאס שרייבן אזוי:
W איז דער פּראָפֿיט וואָס מיר באַקומען, בשעת QH איז די קאָסטן וואָס מיר מאַכן צו קויפן און פֿאַרברענען ברענשטאָף. ווי מענטשן וואָס ווילן שטענדיק באַקומען דעם גרעסטן מעגלעכן פּראָפֿיט און די קלענסטע מעגלעכע הוצאות, האָפן מיר טאַקע אַז דער פּראָפֿיט וואָס מיר באַקומען (W) איז פּראָפּאָרציאָנעל מיט די קאָסטן וואָס מיר מאַכן (QH). איז דאָס מעגלעך?
באַזירט אויף דער קאָנסערוואַציע פון ענערגיע, מוז די אַרייַנגעגעבענע היץ (QH ) זיין גלייך צו דער אַרבעט (W) געטאָן + די באַפרייטע היץ (QL ) . מאַטעמאַטיש:
כדי אויסצודריקן די עפעקטיווקייט פון א היץ מאטאר אלס א פראצענט, דארף מען פשוט טאפלען די עפעקטיווקייט גלייכונג מיט 100%. באזירט אויף דער עפעקטיווקייט גלייכונג אויבן, וואס מער היץ וואס ווערט אפגעווארפן (QL ) דורך א היץ מאטאר, אלץ ווייניגער עפעקטיוו איז ער. מיר וואלטן זייער געוואלט האבן אזוי ווייניג היץ אפגעווארפן (QL ) ווי מעגליך. אבער, די היץ אריינגאבע (QH ) ווערט געווענליך באקומען דורך פארברענען אויל, קוילן, גאז, אא"וו (ברענשטאף וואס מיר באצאלן פאר).
דעריבער, יעדער היץ מאָטאָר איז אין עסענץ דיזיינד צו זיין אַזוי עפעקטיוו ווי מעגלעך. כאָטש מיר ווילן דעם גרעסטן מעגלעכן נוץ פון דעם מינדסטן מעגלעכן אויסגאַבן, איז די פאַקט אַז דאַמף מאָטאָרן זענען טיפּיש אַרום 40% עפעקטיוו, בשעת אינערלעכע פֿאַרברענונג מאָטאָרן זענען אַרום 50%. דאָס מיינט אַז האַלב פון דער היץ וואָס ווערט פּראָדוצירט דורך פֿאַרברענען ברענשטאָף גייט פֿאַרלוירן. נאָר האַלב ווערט פֿאַרוואַנדלט אין מעכאַנישע ענערגיע.
בייַשפּיל קשיא 1:
א היץ מאטאר אבזארבירט 3000 דזשול היץ (QH ) , טוט ארבעט (W) און לאזט ארויס 2500 דזשול היץ (QL ) . וואס איז די עפעקטיווקייט פון דער היץ מאטאר?
דיסקוסיע
בייַשפּיל קשיא 2:
א היץ מאטאר אבזארבירט 3000 דזשול היץ (QH ) , טוט ארבעט (W) און לאזט ארויס 2000 דזשול היץ (QL ) . וואס איז די עפעקטיווקייט פון דער היץ מאטאר?
דיסקוסיע
בייַשפּיל קשיא 3:
א היץ מאטאר אבזארבירט 3000 דזשול היץ (QH ) , טוט ארבעט (W) און לאזט ארויס 1500 דזשול היץ (QL ) . וואס איז די עפעקטיווקייט פון דער היץ מאטאר?
דיסקוסיע
