La compression et l'expansion adiabatiques sont deux processus célèbres en thermodynamique.
Dans ce processus, la substance est dilatée sans transfert de chaleur. Les Carnot, Diesel, Otto en sont des exemples processus adiabatique.
Le principal processus de travail effectué est adiabatique dans la thermodynamique. l'un est un processus adiabatique réversible et un autre est une expansion adiabatique irréversible.
Le processus adiabatique irréversible se produit dans la libre expansion du gaz.
Qu'est-ce que l'expansion adiabatique ?
Le processus adiabatique en thermodynamique est utilisé dans divers cycle
C'est l'expansion de la substance dans le système sans transfert de chaleur ou de masse avec l'environnement.
Ce concept est bien compris dans l'étude du moteur thermique. Le l'expansion adiabatique est un processus idéalisé sans transfert de chaleur.
En pratique, l'expansion de la substance est provoquée dans un système très rapide. Ce processus se produit rapidement, de sorte que l'échange de chaleur du système vers l'environnement est minime. Le flux de chaleur à travers la frontière est nettement inférieur. Ce processus est considéré comme une expansion adiabatique.
Formule d'expansion adiabatique
Il existe de nombreuses conditions possibles pour la formule d'expansion adiabatique.
Certaines hypothèses sont faites pour conduire l'équation du processus d'expansion adiabatique.
La paroi du système est isolante
La paroi du système (cylindre) est sans friction
Si le piston remonte de la distance dx sous l'action de la pression P
Le travail effectué dans le système peut être donné comme,
dW = PA dx
Ici, A est la section transversale sur le dessus du piston,
on peut écrire A dx = dV = Changement de volume
dW = PdV
L'expansion de la substance est adiabatique ; l'état de la substance est passé de P1, V1, T1 à P2, V2, T2.
Condition du processus adiabatique, PVϒ = Constante = K
Le travail total sur le système peut être donné comme,
Utiliser P = K * V-ϒ
Processus d'expansion adiabatique
Ce processus est possible dans le moteur, la réfrigération et la climatisation
L'expansion du gaz est très rapide, de sorte que l'échange de chaleur est négligeable entre le système et l'environnement.
Il existe deux processus compression adiabatique et expansion adiabatique. Les deux processus sont réalisés avec un transfert de chaleur minimum à la frontière dans la pratique réelle.
Le principe fondamental du processus d'expansion adiabatique libre est quelque peu différent de l'expansion adiabatique.
Supposons que nous remplissions du gaz dans une boîte et que nous y joignions une autre boîte vide. Les deux boîtes ont le même mur. Supposons que nous perforions la paroi commune, le gaz d'une boîte commence à se dilater dans la deuxième boîte. Ce processus d'expansion est appelé expansion libre.
Ce processus d'expansion est dû au volume, de sorte que la pression devient nulle. Il n'y a pas de travaux effectués en raison de l'absence de pression. Si ce boîtier ou ce système est isolé thermiquement, le processus est connu sous le nom d'expansion adiabatique libre.
La transfert de chaleur Q = 0, travail effectué W = 0
Rapport d'expansion adiabatique
Il y a deux chaleurs spécifiques dans les processus thermodynamiques.
Le rapport de chaleur spécifique à pression constante à la chaleur spécifique à volume constant est appelé indice adiabatique ou rapport de chaleur spécifique.
Si Cp = La valeur de la chaleur spécifique à pression constante
Cv = La valeur de la chaleur spécifique à volume constant
ϒ = Rapport des deux chaleur spécifique ou indice adiabatique
= Cp / Cv
L'indice adiabatique est de 1.7 pour les gaz parfaits monoatomiques comme l'argon, l'hélium.
Changement de température d'expansion adiabatique
La température du système sera affectée si le système échange de la chaleur.
Il n'y a pas d'échange de chaleur dans ce processus mais le travail effectué dans l'expansion est dû à une réduction de température.
L'énergie interne du processus d'expansion adiabatique est inférieure à celle du processus isotherme. Il n'y a pas d'échange de chaleur avec des travaux mineurs effectués.
Si le processus d'expansion est libre, la température reste constante. L'entropie du système a une relation directe avec le volume si la température est constante. Cette le processus est irréversible en raison d'une augmentation de l'entropie.
Travaux d'expansion adiabatique
Le travail effectué dans le processus est fonction du transfert de chaleur et de l'énergie interne.
Dans le processus adiabatique, le transfert de chaleur est nul. Travail effectué = Changement dans l'énergie interne.
La travail d'expansion du processus adiabatique est donnée ci-dessous,
Détente adiabatique du gaz
L'expansion libre adiabatique de la substance comme le gaz est un concept simple à comprendre.
Le gaz est détendu dans le vide sans pression extérieure. Le travail est nul dans ce processus car la pression externe est nulle. W = P * dV
Si le gaz rempli du conteneur peut se dilater librement dans l'espace, il n'y a pas de pression externe agissant sur le gaz.
Travail effectué = Pression * Changement de volume
pression = 0, donc le travail effectué sur ou à partir du système est nul.
Dans un processus adiabatique, le transfert de chaleur n'est pas possible,
D'après le jest loi de la thermodynamique,
Q – ΔW = ΔU
Où ΔQ = zéro et ΔW = zéro
Donc le changement de énergie interne = Zéro.
Détente adiabatique d'un gaz parfait
Le comportement du processus est modifié si le gaz est idéal.
L'expansion de la substance idéale comme le gaz parfait est un processus à température constante (processus isotherme)
Nous considérons généralement que le processus isentropique et le processus adiabatique sont identiques, mais ce n'est pas le même dans tous les cas. Considérons le exemple de l'expansion de l'idéal gaz.
Nous considérons quelques hypothèses pour ce processus,
- Le cylindre et le piston sont sans friction
- Il y a un vide à l'extérieur du piston et du cylindre
- Le piston et le cylindre sont isolé thermiquement
- Il n'y a pas de transfert de chaleur entre le système et l'environnement (processus adiabatique)
Si le gaz rempli est autorisé à se dilater en poussant le piston, le gaz se dilate en raison du volume sans aucune pression externe. Ce processus est un exemple d'entropie accrue et un processus irréversible.
Expansion irréversible adiabatique
Dans le processus irréversible, l'étape initiale n'est pas restaurée une fois le processus terminé.
L'entropie du système varie en raison du frottement. Ce processus n'est pas lent comme quasi-statique.
La pression externe pour un gaz parfait est constante dans le processus d'expansion adiabatique.
La expansion irréversible adiabatique le processus est isotherme.
Exemple d'expansion adiabatique
Leurs nombreux processus en ingénierie sont considérés comme une expansion adiabatique.
- Dégagement d'air du pneu ou du conteneur
- Expansion du gaz dans le gaz turbine de manière adiabatique
- Détente à la vapeur buse & turbine
- expansion à l'intérieur de l'agencement piston-cylindre avec une hypothèse
- Détente adiabatique libre du gaz contenu dans un récipient
- Processus d'expansion dans un moteur thermique avec une hypothèse
- Chauffage adiabatique et système de refroidissement
- Dispositif d'extension
Je m'appelle Deepak Kumar Jani, je poursuis un doctorat en mécanique et énergie renouvelable. J'ai cinq ans d'expérience en enseignement et deux ans en recherche. Mes domaines d'intérêt sont le génie thermique, l'ingénierie automobile, la mesure mécanique, le dessin technique, la mécanique des fluides, etc. J'ai déposé un brevet sur « L'hybridation de l'énergie verte pour la production d'électricité ». J'ai publié 17 articles de recherche et deux livres.
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