Cet article traite en détail de l’expansion adiabatique réversible. Un processus adiabatique est un processus dans lequel le transfert de chaleur à travers les parois du système n'a pas lieu.
Les processus réversibles sont les processus qui sont idéaux. On peut retracer tout le chemin qui a été suivi par le fluide de travail, ce qui signifie que si un processus 1-2 a lieu, il peut aller de 2-1 en suivant le même chemin. Cela signifie qu'il n'y a pas de pertes à l'intérieur du système.
Qu'est-ce que l'expansion adiabatique réversible ?
Comme indiqué ci-dessus, les processus réversibles sont des processus idéaux et les processus adiabatiques sont ceux dans lesquels le transfert de chaleur n'a pas lieu. Les processus réversibles sont infiniment lents, c'est-à-dire que dans un agencement piston-cylindre, le piston se déplace à une vitesse très lente de sorte qu'il semble stationnaire.
L'expansion adiabatique réversible est le processus dans lequel le volume du gaz se dilate ou augmente une fois le processus terminé. La température du fluide de travail ou du système diminue en raison de la dilatation.
Formule d'expansion adiabatique réversible
La formule pour expansion adiabatique montre la relation entre le volume et la température. La température diminue avec l'augmentation du volume.
La formule est donnée ci-dessous-
T2-T1 = (V1/V2)γ-1/γ
Température de détente adiabatique réversible
La température diminue avec l'augmentation du volume. Par conséquent, dans le processus de détente adiabatique réversible, la température diminue.
La température dans le processus de détente adiabatique réversible diminue avec l'augmentation du volume. La relation entre le volume et la température est discutée dans les sections ci-dessus.
Entropie d'expansion adiabatique réversible
L'entropie est la mesure du caractère aléatoire ou du degré de désordre. C'est une grandeur très importante en thermodynamique. L'efficacité ou la qualité de tout cycle thermodynamique dépend de l'entropie.
En développement adiabatique réversible, l'entropie du système est nulle. Pour tout processus adiabatique réversible, l'entropie du système reste nulle.
Détente adiabatique réversible d'un gaz parfait
Un gaz est considéré comme idéal lorsqu'il est sans friction et n'encourt aucune perte alors qu'aucun thermodynamique processus est en cours. Tout en traitant des problèmes de thermodynamique, le gaz est généralement considéré comme idéal pour des calculs faciles.
Les formules importantes relatives au gaz parfait lorsqu'il subit une détente adiabatique réversible sont données ci-dessous-
T2-T1 = (V1/V2)γ-1/γ
et pour la relation pression-température,
T2-T1 = (p2/P1)γ-1/γ
Détente adiabatique réversible d'un gaz réel
Un vrai gaz n'est pas de nature idéale, c'est-à-dire qu'il n'obéit pas aux lois des gaz parfaits. Ils présentent des effets compressibles, ils ne sont pas sans frottement, ils ont des capacités thermiques spécifiques variables, etc. Par conséquent, le travail effectué par un gaz réel est toujours inférieur à celui effectué par un gaz parfait.
L'équation de Van Der Wall pour un gaz réel est donnée ci-dessous-
(p + un2/V2)(V – nb) = nRT
Il est clair que le travail obtenu lors de la détente adiabatique réversible du gaz réel est bien inférieur à celui obtenu à partir du gaz parfait.
Hypothèses faites pour le gaz parfait
Un gaz ne peut jamais être idéal. Tous les gaz sont réels d'une manière ou d'une autre. Cependant, certaines hypothèses peuvent être faites concernant un gaz parfait, ce qui nous aide à nous faire une idée de l'idéal d'un gaz particulier. Les hypothèses faites pour le gaz parfait sont données ci-dessous-
- Interactions inter particule nulles– Les atomes de gaz n'entrent pas en collision.
- Fluidifier– Le gaz ne sera pas affecté par le frottement tout au long de son processus thermodynamique.
- Incompressible– La densité du gaz reste constante tout au long, elle ne change pas avec le changement de pression ou de température environnante.
- A tendance à échouer à des températures plus basses et des pressions élevées– Cela se produit parce que les interactions intermoléculaires deviennent importantes à ce stade.
Dans des situations pratiques, tous les gaz sont de nature idéale et le gaz le plus proche du gaz idéal est Le gaz hélium en raison de son inertie nature.
Caractéristiques d'un vrai gaz
Les caractéristiques du vrai gaz sont tout ce qui n'est pas idéal dans la nature. Cela se produit en raison d'interactions intermoléculaires, de frictions et d'autres variables. Les caractéristiques du gaz parfait sont les suivantes :
- Compressible– Les vrais gaz sont compressibles, ce qui signifie que leur densité peut être modifiée.
- Capacité calorifique variable– Leurs capacités calorifiques ne sont pas constantes, elles peuvent changer avec le changement d'environnement.
- Forces de Van Der Walls– Ces forces sont dues à une interaction dépendante de la distance entre les molécules. Dans la formule for pour le gaz réel, il existe un facteur de correction pour les effets de pression et de volume.
- Effets thermodynamiques hors équilibre.
Travail réalisé en procédé adiabatique réversible
La transfert de chaleur est nul dans le processus adiabatique réversible. Ainsi, le travail n'est pas transféré sous forme de chaleur mais de changement de volume.
La formule représentant le travail effectué dans un processus adiabatique réversible est donné ci-dessous-
W = nR(T1-T2)/γ-1
Générique de l'illustration: Utilisateur: Stannered, Adiabatique, CC BY-SA 3.0
Enthalpie d'expansion adiabatique réversible
L'enthalpie est une fonction de chaleur. Il change avec la quantité de transfert de chaleur qui a lieu.
L'enthalpie dépend du taux de transfert de chaleur qui a lieu. Puisque, dans un processus adiabatique, la variation de l'enthalpie est nulle, la enthalpie le changement est également nul.
Température finale de détente adiabatique réversible
Au cours d'un processus d'expansion adiabatique, la température finale est toujours inférieure à la température initiale en raison du processus d'expansion.
Le final la température peut être calculée à partir de la relation température-volume donnée ci-après-
T2/T1 = (V1/V2)γ-1/γ
La température finale peut également être calculée à partir de la relation température-pression donnée ci-dessous-
T2/T1 = (p2/p1)γ-1/γ
Exemple d'expansion adiabatique réversible
Aucun processus n'est complètement réversible ou adiabatique, mais le processus le plus proche que nous puissions obtenir du processus adiabatique réversible est la propagation de l'onde sonore dans les fluides.
Dans le cycle Carnot (encore un cycle idéal) utilise réversible expansion adiabatique et compression adiabatique réversible à des fins d'expansion et de compression.
Pourquoi le changement d'entropie pour un processus adiabatique réversible est nul
L'entropie d'un système change si la teneur en chaleur du système change. Depuis, le transfert de chaleur est interdit par les murs du système adiabatique, le changement net d'entropie est également nul.
Graphiquement, les propriétés qui forment un chemin fermé sont nulles. Cela signifie que le point de départ et les points d'arrivée sont les mêmes. Dans le cas de l'entropie, puisqu'elle suit un cycle réversible, l'entropie reprend le même chemin jusqu'à sa position d'origine. Par conséquent, il est nul.
Salut… Je m'appelle Abhishek Khambhata, j'ai poursuivi des études de B. Tech en génie mécanique. Au cours de mes quatre années d'ingénierie, j'ai conçu et piloté des véhicules aériens sans pilote. Mon point fort est la mécanique des fluides et le génie thermique. Mon projet de quatrième année était basé sur l'amélioration des performances des véhicules aériens sans pilote grâce à la technologie solaire. J'aimerais entrer en contact avec des personnes partageant les mêmes idées.