Inĝeniera Termodinamiko: Fundamentoj kaj Principoj
La fundamentoj de inĝenieraj termodinamikoj ludas gravan rolon en la progreso al pli bona mondo, per la plibonigo de la efikeco de la instalaĵo, ekipaĵo, kaj ilia tuta disegno.
Faktoroj, kiuj estas kritikaj por la aserto pri la efikeco de la ekipaĵo, estas elementoj kiel la eldonado de la fina produkto, konsumado de eniga brutmaterialo, produktkostoj, kaj aserto de la efekto sur la medio. Hodiaŭ inĝenieroj uzas la koncepton de termodinamiko por esplori kaj rekrei aferojn, kiuj estas intencitaj por homa sekureco kaj komforto.
La scienco de termodinamiko ekzistas ĉeestis ekde la 19a jarcento. Depost tiam sciencaj personoj kaj inĝenieroj faris daŭran kaj kontinuan penon por igi ĝin tiel faciluzigebla kiel eble.
Fundamentoj de Termodinamiko
La vorto termodinamiko deriviĝas el la greka vorto thema (signifas varmon) kaj dinamiko (signifas forton). Inĝenieristoj interesiĝas pri la studo de sistemoj kaj ilia interago kun siaj ĉirkaŭaĵoj.
Konceptoj/Definoj uzitaj en ĉi tiu sekcio estas helpaj por legantoj por kompreni la koncepton de inĝenieraj termodinamikoj (foje referitaj kiel Varm-Potenco-Inĝenierado)
Sistemo, Ĉirkaŭaĵo kaj Universo
Sistemo estas io, kion ni volas studi kaj interesiĝi pri, do la unua paŝo estas fiksigi precize la celon de la sisteman studon. La celo de la sisteman studon povas esti plibonigo de la efikeco de la sistemo aŭ redukti la perdojn ktp. Ekzemplo de Sistemo povas esti analizi la fridilciklon en malvarma stokado aŭ analizi la Rankine-ciklon en potenco-instalaĵo.
Sistemo estas difinita kiel definita maso de pura substanco barita per fermita aŭ fleksa surfaco; simile, la kompozicio de la matro en la sistemo povas esti fiksita aŭ variabla depende de la ciklo.
La dimensioj de la sistemo ne nepre estas konstantaj (kiel aero en kompresilo estas komprimata per pistono) ĝi povas esti variabla (kiel gonita balono). La matro, kiu interagiĝas kun la sistemo eksterne, nomiĝas Ĉirkaŭaĵo kaj la Universo estas la rezulto de la sistemo kaj ĉirkaŭaĵo.
La elemento, kiu disigas la sistemon de sia ĉirkaŭaĵo, nomiĝas bariero. La bariero de la sistemo povas esti fiksita aŭ en moviĝo.
La interago inter la sistemo kaj la ĉirkaŭaĵo okazas tra transiro de la bariero kaj do ludas tre gravan rolon en termodinamiko (t.e. varmo kaj potenco-inĝenierado).
Tipoj de Sistemo en Termodinamiko
Estas du bazaj tipoj de sistemoj en termodinamiko:
Fermata Sistemo aŭ Kontrolita Maso: estas asociita kun definita kvanto de matro. Kontraŭe al malfermita sistemo, en fermata sistemo, ne okazas fluo de matro tra la bariero de la sistemo. Ankaŭ estas speciala tipo de fermata sistemo, kiu ne interagiĝas kaj izolas sin de la ĉirkaŭaĵo, nomiĝas izolita sistemo.
Kontrolita Volumeno (Malfermita Sistemo): Kontrolita volumeno limigas regionon de spaco tra kiu matro kaj energio povas fluo kaj transiri la barieron de la sistemo. La bariero de malfermita sistemo nomiĝas kontrolita surfaco; ĉi tiu kontrolita surfaco povas esti reala aŭ nereala.
Ekzemploj de kontrolita volumeno estas tipoj de ekipaĵo, kiuj implicas fluo de matro transiri la barieron de la sistemo, kiel fluo de akvo tra pompejoj, vapora fluo en turbinetoj kaj aerfluo tra aerkompressiloj.
Mikroskopa Termodinamiko
La mikroskopa proksimo en termodinamiko ankaŭ nomiĝas statistika termodinamiko kaj estas asociita kun la strukturo de matro, kaj la celo de la statistika termodinamiko estas karakterizi la meznombran konduton de la partikloj, kiuj faras la sistemon de intereso, kaj poste uzi ĉi tiun informon por observi la makroskopan konduton de la sistemo.
Termodinamika Proprieto, Statoj kaj Proceso
Termodinamika Proprieto
Termodinamika proprieto estas makroskopa karakterizo de sistemo. La valoro de proprieto povas esti asignita je ajna donita tempo sen scio pri antaŭa valoro kaj sia konduto.
Ektensa Proprieto
Proprietoj, kiuj dependas de maso, nomiĝas ektensaj proprietoj, kaj sia valoro por la tuta sistemo estas la sumo de siaj valoroj por la partoj, en kiuj la sistemo estas dividita. Ekzemploj de ektensa proprieto estas Volumeno, Energiopotenca Kapablo, kaj Maso. Ektensa proprieto dependas de la amplekso de sistemo kaj ĝi povas ŝanĝiĝi kun tempo.
Intensa Proprieto
Kontraŭe al la ektensa proprieto, intensa proprieto ne dependas de maso kaj estas ne aditiva laŭ naturo kaj ne dependas de la totala amplekso de la sistemo. Ĝi povas varias en malsama loko en la sistemo je iu momento. Ekzemploj de intensa proprieto estas premo kaj temperaturo.
Termodinamika Stato
Stato estas difinita kiel la konduto de sistemo, kiu plej bone priskribiĝas per siaj proprietoj. La maso enkludita en sistemo povas troviĝi en diversaj unikaj kondutoj, nomitaj stato. Estas rilatoj inter la proprietoj de sistemo, sed la stato povas esti specifita per provizado de la valoro de subaro de la proprietoj.
Termodinamika Proceso
Termodinamikaj procesoj estas la konverto de unu stato al alia stato. Se la valoro de la makroskopa proprieto en sistemo je du malsamaj tempoj estas identaj, do la sistemo estas dirita esti en sama stato je tiu tempo. Steada stato de sistemo atingiĝas, se neniu el ĝiaj proprietoj ŝanĝiĝas kun respekto al tempo.
Sistema Ekvilibra Ciklo
Termodinamika sistema ekvilibra ciklo estas sinsekva proceso, kiu komenciĝas kaj finiĝas kun konduto de sama stato. Kiam la ciklo kompletiĝas, tiam ĉiuj siaj proprietoj havas la saman valoron, kion ili havis je la komenco. Ĉiuj cikloj, kiuj ripetas regule, ludas vitalan rolon en multaj aplikaj areoj, kiel la cirkulado de kondenzato en termika potenco-generanta stacio ekzekutas ciklon.
Laboranta Substanco
Teorio de matro estas helpema por kompreni la koncepton de energio. Matro estas konata pro sia maso, volumeno kaj spaco, kaj sendepende de sia strukturo kaj naturo ĝi havas certajn karakterizaĵojn, kiel konsisteco kaj fidindeco. Matro estas farita el granda nombro da partikloj nomitaj molekuloj. Oni povas trovi matron solida, likva aŭ gasa ĉie.
En solida matro, molekuloj estas proksime unu de la alia kaj forte ligitaj kaj ne povas libere moviĝi. Do granda forto necesas por ŝanĝi ĝian formon.
Molekuloj en likva matro ne estas forte tenitaj, do tre malgranda forto sufiĉas por teni la molekulojn kune.
En gaza stato, la molekuloj moviĝas hazarda kaj libere, kiel se ĝi estas en nelimita stato, do ĝi moviĝas tre rapide sendependaj de siaj najbaraj molekuloj. Kompreseblo estas asociita kun gazoj, kiuj havas plenan spacon inter la konektitaj molekuloj. Energiopotenca kapablo estas la kaŭzo, ke la matro ekzistas en malsamaj fazoj.
Pura Substanco
Materialo de sola kemia strukturo aŭ homogenececo en varianta kemia strukturo nomiĝas pura substanco. Materialo povas ekzisti en unu fazo, kiel likvo, aŭ ankaŭ povas ekzisti en pli ol unu fazo en ekvilibro kun unu la alian. Unuforma miksaĵo de gazoj kun simila kemia kompozicio ankaŭ estas nomata kiel pura substanco.
La graveco de pura substanco estas en la determinado de la ecoj de la laboranta substanco je malsamaj kondutoj de premo kaj temperaturo.
Ekzemplo
