تسجيل الدخول

اعلانات





اعلانات
أحدث المواضيع
  • ملف العضو
  • معلومات
ta3lime
مدير عام
  • تاريخ التسجيل : Jun 2009
  • المشاركات : 17,335
  • معدل تقييم المستوى :

    100

  • ta3lime تم تعطيل التقييم
ta3lime
مدير عام
شرح الديناميكا الحرارية
05-31-2010

بسم الله الرحمن الرحيم

الحمد لله وكفى والصلاة والسلام على النبي المصطفى

وعلى آله وصحبه ومن أقتفى ، وبعد

أخوتـــي الكــــرام .. الســــلام عليكـــم ورحمـــة الله وبركاتـــه

يسعدني أن أقدم لكم شرحا للفصل الثالث : الديناميكا الحرارية
وفق منهج الفيزيــاء المملكة العربية السعودية - ثـــالث ثانوي
مقسما إلى محاضرات مقرونا بوسائل محاكاة مفيدة جــدا فــي
التوضيح ، وأســأل الله عز وجــل أن ينفــع بـــهذا الشــــــرح
والمناقشات حوله راجيا منكم الدعــاء لي ولوالــدي ولأهــلي

وأحب أن أنوه قبل البدء بالشــرح إلى التنظيمــات التــاليـــة :

( 1 ) هذا الموضــوع هو للنقاش حول الديناميكا الحراريــــة

وآمل أن تكون جميع الردود بإضافة تعليق أو تساؤل أو استفسار


( 2 ) بعض ما يرد في الشرح هو من فهمي ، و يحتمل
الخطأ فإن ورد خطأ ، فسيتم بإذن الله تعالى تعديله .



( 3 ) يشمل هذا الموضوع بعض الإضافات على ما هو موجود
في كتاب الطالب من باب الإثراء ، وكذلك تغيير البسيط في الترتيب


( 4 ) بمشيئة الله تعالى ستجدون في آخر الموضوع ملف وورد
بها كامل محاضرات الشرح



أذكركم بأن لا تنسوني ووالدي وأهلي من صالح الدعاء ،

المحاضرة الأول :

الديناميكا الحرارية Thermodynamics

مقدمة :

الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع الفيزياء القديمة تبحث عن العلاقة بين الحرارة والشغل ، وتحويل إحداهما إلى الأخرى ، كما تبحث عن كيفية إنتاج الحرارة وانتقالها من موقع إلى آخر وتأثيرها على المادة وكيفية تخزينها .

ولا تقدم الديناميكا الحرارية أي فرضية بخصوص الطبيعة الجزيئية أو الذرية للمادة وإنما هي علم تجريبي أو شبه تجريبي فجميع قوانينه وأساسياته مستخلصة من التجارب والمشاهدات .

ورغم أن الديناميكا الحرارية تستطيع الربط بين كثير من الكميات المقيسة أو التي تقع تحت الحس المباشر ، إلا أنها لا تستطيع إعطاء قيم مطلقة لتلك الكميات . وإذا ما أريد دراسة المواد بعمق أكثر لزم الربط بين الديناميكا الحرارية والنظرية الجزيئية أو الذرية للمواد . وينتج من هذا التزاوج بين هذين الموضوعين ما يعرف بالميكانيكا الإحصائية أو الفيزياء الإحصائية .

هناك نقطة أخرى وهي أن مبادئ الديناميكا الحرارية قد تدلنا على اتجاه التفاعل الذي يجري في النظام ( سيأتي تعريف لهذا المصطلح ) فمثلاً هل ستزداد درجة حرارة النظام أم ستنقص أو هل سيتحول النظام من طور غازي إلى سائل أو إلى جامد أو العكس ، ولكنها لا تستطيع أن تدلنا على سرعة هذا التفاعل أو معدل حدوثه مع الزمن ، وإذا ما أريد معرفة ذلك لزم أن تؤخذ الطبيعة الجزيئية أو الذرية وحركية تلك الجسيمات بعين الاعتبار .

وبالتالي فإن الديناميكا الحرارية تمكننا من أن نتوقع إمكانية حدوث التفاعل الكيميائي تلقائياً تحت ظروف معينة، وبذلك فإنه يمكننا توفير كثير من الجهد والوقت والمال ببعض حسابات الديناميكا الحرارية.

يبنى علم الديناميكا الحرارية على قانونين أساسيين من قوانين الفيزياء هما القانون الأول والقانون الثاني في الديناميكا الحرارية . وعبر هذين القانونين العامين يمكن الربط بين كثير من خواص المادة .

من المفيد ذكره أن الديناميكا الحرارية تشمل أيضاً علم التقريس الذي يدرس المواد عند درجات منخفضة جداً من الحرارة ، كما أن مبادئ الديناميكا الحرارية ضرورية لفهم كل أنواع الآلات الحرارية التي تشمل آلات الديزل والبنزين والبخار كما تشمل آلات أجهزة التبريد.


مصطلحات الديناميكا الحرارية :
كل علم من العلوم وكل تخصص من التخصصات له مفاهيمه الأساسية التي تعتبر بمثابة اللغة التي نستخدمها لشرح مواضيع هذا العلم أو هذا التخصص ، ومن هذه المصطلحات التي ستتكرر مع دراستنا للديناميكا الحرارية ما يلي :

النظام system :
يقصد به جزء محدد من المادة له حدود معينة سواء كانت حقيقة أم وهمية ينصب الاهتمام عليه .
وبمعنى آخر : كمية محدود وموصوفة من مادة تكون محاطة بغلاف أو حدود حقيقي أو تخيلي ، يمكن أن يكون ثابتا أو متحركا .
ويلعب النظام دورا أساسيا في دراسة العلاقة بين الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية .





محيط النظام surrounding :
الوسط المحيط بالنظام من فراغ أو مادة سواء تفاعل مع النظام أم لم يتفاعل .


أمثلة على الأنظمة الحرارية :
1 – غاز محصور في أسطوانة
2 – غاز في وعاء
3 – جزيئات ما في محلول
4 – شريط مطاطي ( نظام معقدّ )
5 – نظام التدفئة المركزية
6 – نظام التبريد في الآلات والمحركات
7 – الآلات البخارية







أنواع الأنظمة :

النظام المفتوح open system:
هو الذي تسمح حدوده بتبادل الحرارة والمادة مع محيط النظام .







النظام المغلق closed system:
وهو الذي لا تسمح حدوده بتبادل المادة مع محيط النظام ولكن تسمح بتبادل الشغل والحرارة .









النظام المعزول isolated system:
هو الذي لا تسمح حدوده بتبادل المادة والحرارة والشغل مع محيط النظام .






مقارنة :






المحاضرة الثانية :

( تابع - مصطلحات الديناميكا الحرارية )

وصف النظام De******ion of the system:
للتعرف على النظام يلزم إعطاء وصف دقيق لها ، وهناك طريقتان لوصف النظام هما :

الطريقة المجهرية (الميكروسكوبية ) microscopic
تُعنى بدراسة التفاصيل الكاملة لحركة الذرات أو الجزيئات في النظام والعلاقة بينها ، ولكي نعطي وصفاً كاملاً يلزم تحديد موقع وسرعة كل جسيم . ففي الإحداثيات الكارتزية مثلاً يلزم تحديد x , y , z لكل جسيم وكذلك معرفة Vx ، Vy ، Vz لكل جسيم ، وحيث أن الجسيمات تكون في حالة حركة دائبة فهذا الوصف إنما يصف حالة المادة في لحظة من اللحظات فقط ، وفي لحظة تالية يلزم إعطاء وصف جديد وهكذا . وهذا هو ميدان الميكانيكا الإحصائية .

الطريقة الجهرية ( الماكروسكوبية ) macroscopic
تُعنى بدراسة العلاقة بين متغيرات النظام مثل :
الكتلة والضغط والحجم ودرجة الحرارة ( يمكن قياسها ) والطاقة الداخلية والشغل ( يمكن حسابهما ) وهذا هو ميدان الديناميكا الحرارية .



الاتزان الحراري thermodynamic equilibrium :
هي الحالة التي ينعدم عندها انتقال الحرارة بين الأجسام المتلامسة نتيجة تساوي درجة حرارتهما .

العملية ( الإجراء ) process a :
تغير في حالة النظام من حالة إلى أخرى بسبب إضافة حرارة أو شغل .

المسار The path of a process :
عبارة عن الحالات التي تمر بها الخواص النظام مثل ( الضغط – الحجم – درجة الحرارة ) .

الدورة الديناميكية الحرارية :
يتم النظام دورة إذا مر بعدة إجراءات ( تحولات ) بحيث تتطابق بداية ونهاية الإجراءات .

الإجراء العكوس واللاعكوس :
هو الإجراء الذي يمكن عكس اتجاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تغيير في النظام أو المحيط .

الطاقة الداخلية internal energy
هي الطاقة الكلية للجزيئات ( طاقتها الحركية وطاقتها الكامنة )
فكما نعلم أن جزيئات المادة في حالة حركة مستمرة ، وتمتلك طاقة حركية بسبب هذه الحركة ، كما أنها تختزن طاقة كامنة بسبب القوى المتبادلة بينها .

ويمكن زيادة الطاقة الداخلية للنظام بطريقتين :
( 1 ) تزويد النظام بطاقة حرارية من مصدر حراري
( 2 ) بذل شغل على النظام .
أما إذا النظام كمية من الحرارة أو بذل النظام نفسه شغلا فإن طاقته الداخلية تقل .

المقصود بالشغل work:
ليكن لدينا نظام عبارة عن اسطوانة بها غاز محصور مزودة بمكبس خفيف قابل للحركة إلى أعلى وإلى أسفل بسهولة ، عندما نزود النظام ببطء كمية من الحرارة ، فإن الغاز سيتمدد ببطء شديد ، نقول عندها أن النظام بذل شغلا ، وبالمثل عندما نضغط على المكبس ببطء فإننا نقول أنه تم بذل شغل على النظام .





إيجاد الشغل حسابيا :
نعلم مما سبق دراسته في الميكانيكا التقليدية أن :
شغ = ق × ∆ ف
( والقوة هي حاصل ضرب الضغط في المساحة )
إذا : شغ = ض × س × ∆ ف
شغ = ض × ∆ ح


إيجاد الشغل بيانيا :
يمكن إيجاد الشغل بيانيا من خلال رسم العلاقة بين الحجم والضغط ، ويكون الشغل هو المساحة تحت المنحنى .


المحاضرة الثالثة :


بعض العمليات ( الإجراءات ) الديناميكية الحرارية :

مر علينا المقصود بمصطلح العملية ( الإجراء ) وهي للتذكير: تغير في حالة النظام من حالة إلى أخرى بسبب إضافة حرارة أو شغل .
وسنتعرف في هذا الدرس على بعض العمليات الديناميكية الحرارية التي يمكن يمر بها النظام :

1- العملية الأيزوبارية Isobaric process :
هي العمليات التي تتم تحت ضغط ثابت ، ويحدث ذلك عندما نزود النظام بكمية من الحرارة ببطء ( أو يفقد ببطء ) ، فينتج عن ذلك زيادة الحجم ( ارتفاع المكبس ) ، ولأن التغير في الحجم كان بطيئا فإن هناك اتزانا ميكانيكيا وعليه فإن الضغط سيبقى ثابتا .
ومن الأمثلة على هذه العملية ما يتم في الآلة البخارية .( سيأتي شرحها لاحقا )

2- العملية الأيزوكورية Isochoric process أو isovolumetric process :
هي العمليات التي تتم تحت حجم ثابت ، ويحدث ذلك عندما يكون النظام غير قابل للتمدد ( أي لا يوجد به مكبس خفيف قابل للحركة ) ويزود هذا النظام بكمية من الحرارة ( التسخين مثلا ) ، فينتج عن هذا زيادة في الضغط ، ومن الأمثلة على هذه العملية ما يتم في الاشتعال والانفجار المفاجئ في آلات الاحتراق الداخلي مثل محرك السيارة .

3- العملية الأيزوثيرمية Isothermal process :
هي العمليات التي تتم تحت درجة حرارة ثابتة ثابتة ، ويحدث ذلك عندما نسمح بتمدد النظام مع بقاء درجة الحرارة ثابتة ( يقل الضغط تبعا لذلك ) أو بتقلص النظام ( يزداد الضغط تبعا لذلك ).

4- العملية الكظمية Adiabatic process :
هي العمليات التي تتم في النظام المعزول حراريا عن الوسط المحيط به ، حيث يكون الغاز محصورا في أسطوانة معزولة حراريا ، ومزودة بمكبس حر الحركة .


إيجاد الشغل المبذول في بعض العمليات ( الإجراءات ) الديناميكية الحرارية :
للتذكير فإنه يمكن إيجاد الشغل بيانيا من خلال رسم العلاقة بين الحجم والضغط ، ويكون الشغل هو المساحة تحت المنحنى .

1 - إيجاد الشغل بيانيا في العملية الأيزوبارية :
بما أن الضغط ثابت مع تغير في الحجم ، فإن المنحنى سيكون مستقيما أفقيا موازيا لمحور الحجم ( السيني ) ، ومن الشكل نستطيع القول بأن الشغل يساوي المساحة تحت المنحنى .
شغ = المساحة تحت المنحنى
شغ = ض × ∆ ح = ض × ( ح2-ح1)



2 - إيجاد الشغل بيانيا في العملية الأيزوكورية :
بما أن الحجم ثابت ∆ ح = 0 مع تغير في الضغط ، فإن المنحنى سيكون خطا عموديا موازيا لمحور الضغط ( الصادي )
ومن الرسم يتضح لنا أن : شغ = صفر ( لا توجد مساحة تحت المنحنى )


3 - إيجاد الشغل بيانيا في العملية الأيزوثيرمية :
بما أنه عند ثبوت درجة الحرارة تكون العلاقة بين الضغط والحجم عكسية ، وبالتالي فإن المنحنى سيكون ذا ميل سالب .
ويعطى الشغل بالعلاقة التالية :
شغ = ح1 ض1 لو ( ح2/ح1 )
شغ = ح1 ض1 لو ( ض1/ض2 )


4 - إيجاد الشغل بيانيا في العملية الكظمية :
بما أنه لا يوجد تبادل في الحرارة بين الغاز والوسط المحيط به حيث تتم هذه لعملية بسرعة كبيرة نسبيا ، فيكون الشغل مساويا للتغير في الطاقة الداخلية .


المحاضرة الرابعة :

القانون الأول للديناميكا الحرارية :

تمهيد :
لنفترض أن لدينا نظاما ديناميكيا حراريا يتكون من غاز محصور في أسطوانة مزودة بمكبس ، فإذا سخنا هذا النظام ( أعطيناه حرارة ) فإننا نلاحظ :
( 1 ) ارتفاع درجة حرارة الغاز ، أي أن الطاقة الداخلية للنظام زادت .
( 2 ) تمدد الغاز و ارتفاع المكبس للأعلى ، أي أن النظام قد بذل شغلا .

وبحسب قانون حفظ الطاقة فإن كمية الحرارة التي أمتصها النظام تساوي التغير في طاقته الداخلية مضافا إليه الشغل الذي بذله النظام ( هذه النتيجة هي قانون الديناميكا الحرارية الأول )

نص القانون :
إن كمية الحرارة التي يمتصها النظام ( أو يفقدها ) تساوي مجموع التغير في طاقته الداخلية والشغل الذي يبذله ( أو يبذل عليه ) .

الصيغة الرياضية للقانون :
∆ ط د = كح – شغ


جدول الإشارات :


ملاحظات من القانون الأول :
( 1 ) لا يميز القانون الأول بين الشغل والحرارة ، حيث يمكن زيادة الطاقة الداخلية للنظام بتزويده بالحرارة أو ببذل شغل عليه ، أو بكليهما ، وبالتالي تعامل الحرارة في الديناميكا الحرارية كأنها شغل ، فهي طاقة يمكن أن تنتقل عبر الحدود الفاصلة بين النظام والوسط المحيط به ، لكنها تختلف عن الشغل من حيث أن انتقالها مرهون بوجود فرق في درجة الحرارة بين النظام والوسط المحيط ، وتلامسهما أيضا هو شرط آخر لانتقال الحرارة بالتوصيل .
( 2 ) تزويد النظام بالحرارة لا يؤدي إلى تخزينها على شكل حرارة ، بل إلى تخزينها على شكل طاقة حركية ، وطاقة وضع للجزيئات الميكروسكوبية التي يتكون منها هذا النظام ، كما تؤدي إلى زيادة الطاقة الداخلية للنظام .
( 3 ) القانون الأول في الديناميكا الحرارية هو قانون حفظ للطاقة ، فأي زيادة في أي شكل من أشكال الطاقة يصاحبه نقص في شكل آخر .

تعليق د. مازن العبادلة :
كمية الحرارة التي يكتسبها النظام هي في النهاية طاقة يستفيد منها الجسم على احد منحيين ... الاول انه يبذل شغلا ... والثاني انه يضيفها إلى طاقته الداخلية ... طبعا او هما معا وهو القانون الاول ...وهذايشبه ان تتلقى دعما ما كألف دينار مثلا ...فإما أنك تنفقها او تعمل بها مشروعا (شغل) او انك تضيفها كلها إلى رصيدك في البنك (طاقة داخلية ) او انك قد تتصرف بحكمة فتصرف جزءا وتضع آخر في البنك ...ههه
والان كما قالت ربانة تماما... هناك فرق بين الاكتساب والفقد والشغل بواسطة النظام أو على النظام ... فالإيجاب دائما موجب والسلب دائما سالب ...ههه ... يعني من قدم شغلا فهو إيجابي في الحياة حتى ولو خسر شيئا من ممتلكاته ... والذي يستقبل تفضل الناس (شغلهم عليه) هو سلبي يعيش على الاخرين ... هكذا في الدنيا والاجتماعيات ...



تطبيق القانون الأول على بعض العمليات ( الإجراءات ) الديناميكية الحرارية

1- العملية الأيزوبارية :
نعلم مما سبق أن ، شغ = ض × ( ح2-ح1)
إذايصبح القانون الأول
∆ ط د = كح – ض × ( ح2-ح1)



2- العملية الأيزوكورية :
نعلم مما سبق أن ، شغ = صفر
إذايصبح القانون الأول
∆ ط د = كح

3- العملية الأيزوثيرمية :
نعلم مما سبق أن ، شغ = ح1 ض1 لو ( ح2/ح1 )
وأيضا : شغ = ح1 ض1 لو ( ض1/ض2 )
وبما أن درجة الحرارة ثابتة فإن ∆ ط د = صفر
إذا: كح = ح1 ض1 لو ( ح2/ح1 )
أو: كح = ح1 ض1 لو ( ض1/ض2 )



4- العملية الكظمية :
بما أن النظام معزول حراريا فإن كح = صفر
إذا
∆ ط د = شغ
أي أن الطاقة الداخلية تزداد بمقدار الشغل المبذول

المحاضرة الخامسة :

الآلة الحرارية

هي آلة تعمل على تحويل الطاقة الحرارية إلى أشكال أخرى للطاقة مثل الطاقة الميكانيكية أو الطاقة الكهربائية .

مراحل دورة الآلة الحرارية :
1 – أخذ طاقة حرارية ( كح2 ) من مستودع حراري ذي درجة حرارة عالية ( د2 ) ( المستودع الساخن : سمي بذلك لأنه يفترض أن تكون درجة حرارته ثابتة )
2 – تحول الآلة جزءا من هذه الحرارة إلى شغل ميكانيكي ( الآلة تبذل شغلا )
3 – تزويد الآلة الحرارية بطاقة حرارية ( كح1 ) ذي درجة حرارة منخفضة ( د1 ) إلى المستودع البارد .


وعند تطبيق القانون الأول في الديناميكا الحرارية : ∆ ط د = كح – شغ

∆ ط د = كح2 – كح1 – شغ
ولأن المراحل السابقة هي دورة كاملة ، وبالتالي فإن :
∆ ط د = صفر
إذا :
كح2 – كح1 – شغ = صفر
شغ = كح2 – كح1





مثال توضيحي على الآلة الحرارية ( الآلة البخارية ) :


1 – يمتص الماء الموجود في الغلاية الحرارة من المستودع الساخن فيتحول إلى بخار ( المستودع الساخن هنا عبارة عن وقود يتم حرقه لغلي الماء في الغلاية )

2 – يُفتح صمام الدخول ويغلق صمام الخروج ، فيدخل البخار ليقوم بدفع المكبس إلى الخارج باذلا شغل ، وبذلك تنخفض درجة الحرارة البخار .




3 – عندما يصل المكبس إلى حده الأقصى ليبدأ في الرجوع ، يُغلق صمام الدخول ويفتح صمام الخروج فيخرج البخار في درجة حرارة منخفضة ، ثم يصل إلى المكثف ، الذي يكثف هذا البخار ليتحول إلى ماء ، ونتيجة لذلك يفقد جزءا من طاقته الداخلية ، فتطرد الحرارة الناتجة عن ذلك ( الحرارة الكامنة للتكثيف ) إلى الهواء الخارجي الذي يعتبر بمثابة المستودع البارد .






4 – تقوم المضخة بضخ الماء إلى الغلاية حيث تعاد الدورة من جديد .



مثال توضيحي آخر على الآلة الحرارية ( السيارة ) :

1 – تأخذ طاقة حرارية من البنزين
2 – تحول الحرارة إلى شغل ميكانيكي ( حركة السيارة )
3 – باقي الحرارة يخرج على شكل عادم من السيارة .



مردود الآلة الحرارية ( كفاءتها ) :

يعتبر المردود ( الكفاءة ) من أهم مميزات الآلة من الناحية العلمية . وتعرف كفاءة الآلة الحرارية على أنها النسبة بين ما تبذله الآلة من شغل إلى الطاقة الحرارية الكلية التي تأخذها من المستودع الساخن خلال دورة كاملة .
أي أن :

كفاءة الآلة = الطاقة المنتجة / الطاقة المعطاة = شغ / كح2

لكن شغ = كح2 – كح1

إذا : كفاءة الآلة = (كح2- كح1)/ كح2

كفاءة الآلة = 1 – ( كح1 / كح2 )

وقد وجد كارنو أن : (كح1/كح2 ) = ك1 /ك2

إذا : كفاءة الآلة = 1- ك1 /ك2


القانون الثاني للديناميكا الحرارية :


تمهيد :
القانون الثاني للديناميكا الحرارية جاء مكملا للأول حيث إن القانون الأول هو قانون لحفظ الطاقة فيخبرنا بأن أي زيادة في شكل من أشكال الطاقة يصاحبه نقص في الشكل الآخر ، كما أنه لا يميز الشغل من الحرارة ، إذ يمكن زيادة الطاقة الداخلية للنظام بتزويده بالحرارة أو ببذل شغل عليه ، وبمعنى آخر هناك تحولات محددة للطاقة يسمح بها القانون الأول ، فمثلا يمكن تحويل الشغل كليا إلى حرارة ، ولكن العكس في الواقع غير ممكن أي لا يمكن تحويل الحرارة كليا إلى شغل دون إحداث أي تغيير في الوسط المحيط .

القانون الذي يبحث في أي العمليات ممكنة الحدوث وأيها مستحيلة هو القانون الثاني
و له عدة صيغ ، وهي :


1 - صيغة ( كلفن – بلانك ) " من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص طاقة حرارية من مستودع حراري واحد وتحولها كليا إلى شغل ميكانيكي " أي أنه لكي تنتج الآلة الحرارية شغلا يجب أن يكون لها مستودعان حراريان مختلفان في درجة الحرارة .


2 – صيغة ( كلاوزيوس الأولى ) " من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص الحرارة من مستودع حراري ذي حرارة منخفضة ، وتطردها إلى مستودع آخر ذي درجة حرارة أعلى دون الحاجة إلى بذل شغل ميكانيكي "

3- صيغة ( كلاوزيوس الثانية ) : تسري الحرارة سريانا طبيعيا من الجسم الساخن إلى البارد ومن المستحيل أن تسري من البارد إلى الساخن بشكل طبيعي.



المحاضرة السادسة :

دورة آلة كارنو



ملاحظة حول هذه المحاضرة :
1 - الشرح في هذه المحاضرة يختلف كثيرا في طريقة العرض عن كتاب الطالب
2 - مقتبس من شرح د. حازم سكيك مشرف منتدى الفيزياء التعليمي مع تصرف

تمهيد :
قبل الحديث عن دورة كارنو يجب أن نعلم إن هذه الدورة تمثل آلة ميكانيكية تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ولكن هذه الآلة لا وجود لها ( ولكنها تمثل أهمية كبيرة لمصممي المحركات بمختلف أنواعها حيث تحدد هذه الآلة أهم العناصر الرئيسية لصناعة المحركات وهي الكفاءة.

وبالطبع الكفاءة موضوع مهم جدا لأنه من الطبيعي كلما تحسنت كفاءة المحرك كلما كان المردود اكبر فنحن نحتاج إلى الطاقة الميكانيكية لتحريك ونقل الأشياء، وهذا يتأتي على حساب الطاقة الحرارية التي نحصل عليها من حرق الفحم أو الوقود والأداة التي تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية نسميها المحرك Engine.

دعونا نلقي الضوء على فكرة عمل الآلة Engine بصفة عامة ، ولكي نقرب ما تقوم به الآلة ، نضرب مثالا على ذلك الشخص الذي يقود دراجةفبتحريك قديمه على البدالات مرة للأعلى ومرة للأسفل فان الدراجة سوف تندفع للأمام من خلال الأجزاء الميكانيكية التي عملت على نقل الحركة الدائرية إلى التروس ومن ثم إلى العجلات، الآلة في الحقيقة هي ذلك الشخص الذي يقود الدراجة ولكن ليس بقدميه بل باستخدام المكابس ولكي تتحرك هذه المكابس نحتاج إلى مادة تتمدد وتنكمش لتشكل ضغط على المكابس فتدفع الذراع المتصل بالمكبس ذهابا وإيابا لتحرك العجلة المتصلة بها وتنطلق المركبة أو القطار. وفي الحقيقة العلم الذي يهتم بالأجزاء الميكانيكية في نقل الحركة وجعلها أكثر نعومة وانسيابية هو علم الهندسة الميكانيكية ، أما العلم المختص بالجزء الداخلي للمكبس نفسه والعمليات التي تجري عليه هو علم الديناميكا الحرارية ، ولهذا يجتمع الفيزيائيين والكيميائيين والمهندسين ، والحديث في هذا المجال يطول ولو نظرت إلى كل وسائل النقل من بدون استثناء لوجدت الديناميكا الحرارية هي وراء هذه التقنية.

جميع أنواع الآلات الحرارية تعمل على نفس المبدأ ، فيجب أن تكون في الآلة مادة تتغير درجة حرارتها وضغطها وحجمها في عدة مراحل ولكن في النهاية تعود إلى وضعها الابتدائي ولهذا نسمي هذا التغير بدورة الآلة لان المادة المستخدمة تتعرض إلى مجموعة من العمليات الحرارية ينتج عنها شغل ( طاقة ميكانيكية ) وتعود المادة إلى وضعها الابتدائي لتتكرر الدورة باستمرار ونحصل على شغل باستمرار.

وجميع الآلات الحرارية تصنف في الأغلب إلى نوعين : نوع يسمى آلات الاحتراق الداخلي آلات الاحتراق الخارجي ، وهي في الأساس تعتمد على فكرة آلة كارنو. وكل المحاولات التي جرت على تطوير المحركات كانت لتحسين كفاءة المحرك وزيادة الشغل الناتج عنه.


الخلاصة :

آلة كارنو :
هي آلة مثالية ، ومادة تشغيلها غاز مثالي ، تعمل بين مستودعي حرارة ، وتشكل الحدّ الأعلى لفاعلية الآلات الحرارية كلها ، وتقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ، من خلال قيام المادة بدورة كاملة تمتص فيها الحرارة من المستودع الساخن ، وتفقد حرارة إلى المستودع البارد .


تنبيه وتأكيد :
آلة كارنو الحرارية ليست وصفا لتركيب آلة حرارية محددة ، بل وصفا لعمليات دورة حرارية ، لو تمت – هذه العمليات – في أي آلة حرارية لأعطت أعلى كفاءة ممكنة


أهمية آلة كارنو :
1 – تعميق فهم الآلات الحرارية عمليا ونظريا .
2 – تساعد في تحديد كيفية زيادة فعالية الآلات الحرارية .

الدورة الديناميكية الحرارية العكوسة:
نقول عن الدورة الديناميكية الحرارية أنها دورة عكوسة إذا كانت جميع عملياتها عكوسة ، ومعنى ذلك أن يمكن عكس العمليات جميعها وبالتالي عكس الدورة بأكملها .


مراحل دورة كارنو الانعكاسية :



المرحلة الأولى :
يتمدد فيها الغاز عند درجة حرارة عالية وثابتة ( عملية إيزوثيرمية )


شرح المرحلة الأولى :
يكون المكبس متصل مع المستودع الساخن وبالتالي سيمتص الغاز كمية حرارة ( كح2 ) من المستودع الساخن ، فيقوم الغاز ببذل شغل لدفع المكبس. وتكون هذه العملية تحت درجة حرارة ثابتة أي أنها ( عملية إيزوثيرمية ) .



المرحلة الثانية :
يستمر تمدد الغاز ولكن وهو معزولا ( عملية أدياباتية )


شرح المرحلة الثانية:
يكون المكبس في هذه الحالة غير متصل بأي مستودع حراري ( أي أنه معزول ) ويحدث في هذه المرحلة استمرار لتمدد الغاز ولكن تحت كمية حرارة ثابتة ( عملية أدياباتية ) مع بذل الغاز شغل لدفع المكبس ، ينتج عنها انخفاض في درجة الحرارة .


المرحلة الثالثة :
ينضغط فيها الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية )

شرح المرحلة الثالثة :
يتصل المكبس في هذه الحالة مع المستودع البارد و ينضغط الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية ) وهنا يبذل المكبس شغل على الغاز .



المرحلة الرابعة :
يستمر انضغاط الغاز و لكن وهو معزولا ( عملية أدياباتية )

شرح المرحلة الرابعة :
يكون المكبس في هذه الحالة غير متصل بأي مستودع حراري ( أي أنه معزول ) ويحدث في هذه المرحلة استمرار لانضغاط الغاز ولكن تحت كمية حرارة ثابتة ( عملية أدياباتية ) مع بذل المكبس شغلا على الغاز ، ينتج عنها ارتفاع في درجة الحرارة .



مردود آلة كارنو ( كفاءتها ) :


كما مرّ معنا .. نستطيع القول بأن :

كفاءة آلة كارنو = الطاقة المنتجة / الطاقة المعطاة = شغ / كح2

وبافتراض أن الآلة لا تهدر أي طاقة في الاحتكاك أو غيره فإن :

شغ = كح2 – كح1

إذا : كفاءة الآلة = (كح2- كح1)/ كح2

كفاءة الآلة = 1 – ( كح1 / كح2 )

وقد وجد كارنو أن : (كح1/كح2 ) = ك1 /ك2
مشاركة: الدرر البهيّة في شرح الديناميكا الحرارية
المحاضرة السابعة :


دورة آلة كارنو الانعكاسية المقلوبة :


تمهيد :

المضخة الحرارية هي آلة حرارية تعمل في الاتجاه المعاكس ، أي تأخذ شغلا لتكسب حرارة منخفضة مع تطرد حرارة مرتفعة ، وبصيغة أخرى هي آلة حرارية تنقل الحرارة من مكان بارد إلى مكان ساخن .



أنواع المضخات الحرارية :
1 – مضخات حرارية تعمل على وضع التبريد ، مثل : الثلاجات والبرادات والمكيفات ( في حالة التبريد )
2 – مضخات تعمل على وضع التدفئة ، مثل : المكيفات ( في حالة التدفئة ) .

توضيح المسمى :
بما أن المضخات الحرارية تعمل في الاتجاه المعاكس ، فإننا عندما نعكس دورة آلة كارنو الانعكاسية لحصلنا على دورة آلة كارنو الانعكاسية المقلوبة .

مراحل دورة آلة كارنو الانعكاسية المقلوبة :

1 - يتمدد الغاز وهو معزولا ( عملية أدياباتية ) ( عكس المرحلة الرابعة في دورة كارنو )

2 – يستمر تمدد الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية ) ( عكس المرحلة الثالثة في دورة كارنو )


3 - ينضغط الغاز وهو معزولا ( عملية أدياباتية ) ( عكس المرحلة الثانية في دورة كارنو )

4 – يستمر إنضغاط الغاز ولكن عند درجة حرارة عالية وثابتة ( عكس المرحلة الأولى في دورة كارنو )

معامل أداء المضخة الحرارية :

* في حالة التبريد :
أ (تبريد) = كح2 / شغ = كح2 / ( كح1-كح2)

* في حالة التدفئة :
أ (تدفئة) = كح1 / شغ = كح1 / ( كح1- كح2)

تنبيهات :
معامل الأداء ليس له وحدة
معامل الأداء في وضع التدفئة يكون أكبر من 1
يلاحظ من معادلات الأداء أعلاه أن المقام هو نفسه في التبريد والتدفئة ، أما البسط فإنه يرتبط في وضع التبريد بالمستودع البارد ، وفي وضع التدفئة بالمستودع الساخن .


المصدر
http://www.hazemsakeek.com/vb/showthread.php?5758

التعديل الأخير تم بواسطة FARES-DZ ; 07-14-2010 الساعة 10:19 AM
  • ملف العضو
  • معلومات
ابي البحث هع
عضو جديد
  • تاريخ التسجيل : Apr 2013
  • المشاركات : 1
  • معدل تقييم المستوى :

    0

  • ابي البحث هع is on a distinguished road
ابي البحث هع
عضو جديد
04-17-2013

شكراااااا
=)


الذين يشاهدون محتوى الموضوع الآن : 1 ( الأعضاء 0 والزوار 1)
 
أدوات الموضوع إبحث في الموضوع
إبحث في الموضوع:

البحث المتقدم


المواضيع المتشابهه
الموضوع
الديناميكا الحرارية الإحصائية للحالات المجهرية
100 فلاش في الديناميكا الحرارية
الديناميكا النسبية
ملخص الديناميكا الحراريه
الديناميكا الهوائية
الساعة الآن 02:37 AM.
Powered by vBulletin
close
<
close