مشاركة: دورة محرك كارنو اهداء للاستاذ رشوان
الكفاءة المثالية
حسنا الآن سوف نقوم بشرح ماكنة كارنو وتوضيح أهميتها حيث إن ماكنة كارنو هي ماكنة مثالية تعمل بين مستودعين حراريين درجة حرارتهما TH و TC تعطي الكفاءة القصوى لأي محرك حقيقي يعمل بين نفس المستودعين.
هذا هو محرك كارنو فهو يضع القيمة العظمى للكفاءة لأي محرك تقوم أي شركة بإنتاجه يعمل بين مستودعين حراريين فلا يمكن أن تكون اكبر من كفاءة محرك كارنو.
قد يخطر على بالنا سؤال هام وهو لماذا لا نستطيع أن نحصل على محرك بكفاءة 100% حيث يتضح من معادلة الكفاءة انه يمكن ذلك بان نجعل كمية الحرارة المفقودة للمستودع البارد QC تساوي صفر.
هذا مستحيل أن يحدث لأنه لا يمكن أن يعمل محرك خلال دورة يتم فيها تحويل كمية الحرارة QH بالكامل إلى شغل W وهذا ما نص عليه القانون الثاني للديناميكا الحرارية حسب صيغة بلانك-كلفن.
[align=center]http://230nsc1.phy-astr.gsu.edu/hbas...eat/watfal.gif[/align]
لو نظرت للشكل أعلاه حيث على اليسار مثال تجريبي لما يحدث في المحرك الحراري لنقرب فكرة استحالة الحصول على محرك بدون أن يكون هناك فقد في كمية الحرارة حيث إن المروحة التي توجد عند المصب المائي تدور نتيجة لتدفق الماء من الأعلى إلى الأسفل ولا يمكن بأي حال من الأحوال أن نحصل على حركة للمروحة بدون سقوط الماء إلى الأرض.
في سنة 1824 قام العالم الفرنسي Sadi Carnot 1796–1832 وللعلم حرف t لا يلفظ فنقول كارنو بتصميم دورة لماكنة حرارية مثالية، بحيث انه لا يمكن بأي حال من الأحوال تصميم ماكنة حرارية تعمل بين مستودعين حراريين أن تكون كفاءتها أعلى من كفاءة ماكنة كارنو التي تعمل بين نفس المستودعين الحراريين.
[align=center]http://www.corrosion-doctors.org/Bio...ges/carnot.jpg[/align]
افترض كارن وان الدورة المثالية لمحركه الحراري المثالي تتألف من أربعة مراحل يتم فيها تمرير النظام عبر دورة كاملة يتم امتصاص حرارة وفقد حرارة والحصول على شغل كيف ذلك دعونا لنرى تفاصيل هذه الدورة.
ونكمل الموضوع
مشاركة: دورة محرك كارنو اهداء للاستاذ رشوان
شرح تفاصيل دورة كارنو
نفترض أن غاز مثالي في مكبس متحرك يعمل بين مستودعين حراريين هما TC و TH. نفرض أن كلاً من المكبس وجدار الاسطوانة غير موصلتين للحرارة ولا يوجد أي احتكاك او تسرب للغاز.
تتكون دورة ماكنة كارنو من أربعة مراحل منها مرحلتين تتمان عند ثبوت درجة الحرارة isothermal والآخرين عند ثبوت كمية الحرارة adiabatic. ولشرح الدورة وتتبع مراحلها سوف نشرح ما يحدث للنظام داخل المكبس ونمثل ذلك بيانيا على منحنى PV Diagram.
(1) العملية من A إلى B تمدد للغاز تحت درجة حرارة ثابتة
حيث يكون المكبس متصل حرارياً مع المستودع الحار وهنا يمتص الغاز كمية حرارة QH من المستودع الحار ويقوم الغاز ببذل شغل مقداره WAB لدفع المكبس. وتكون هذه العملية تحت درجة حرارة ثابتة
[align=center]http://hazemsakeek.com/magazine/imag...VB/carnot1.jpg[/align]
(2) العملية من B إلى C تمدد في علمية اديباتيكية
حيث يتم في هذه المرحلة انتقال المكبس إلى جدار عازل غير متصل باي مستودع حراري ويحدث استمرار لتمدد الغاز في هذه المرحلة ولكن تحت كمية حرارة ثابتة وتنخفض درجة الحرارة من TH إلى TC ويبذل الغاز شغل مقداره WBC لدفع المكبس.
[align=center]http://hazemsakeek.com/magazine/imag.../carnot002.jpg[/align]
(3) العملية من C إلى D انضغاط للغاز تحت درجة حرارة ثابتة
ينتقل المكبس في هذه المرحلة إلى الجدار المتصل بالمستودع البارد عند درجة حرارة TC والغاز ينضغط تحت درجة حرارة ثابتة TC حيث يفقد الغاز كمية حرارة QC إلى المستودع البارد. وهنا يبذل المكبس شغل على الغاز ومقداره WCD.
[align=center]http://hazemsakeek.com/magazine/imag.../carnot003.jpg[/align]
(4) العملية من D إلى A انضغاط للغاز في عملية اديباتيكية
ينتقل المكبس مرة أخرى إلى الجدار العازل ليستمر ضغط الغاز ولكن بدون تغير في كمية الحرارة أي عملية اديباتيكية وترتفع درجة حرارته إلى TH ويزداد الضغط ويكون الشغل المبذول على الغاز WDA.
[align=center]http://hazemsakeek.com/magazine/imag.../carnot004.jpg[/align]
في هذا العرض الفلاشي توضيح متصل للمراحل الأربعة سابقة الذكر
[align=center][flash=http://hazemsakeek.com/magazine/images/stories/VB/carnotcycle.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash][/align]
ونكمل الموضوع
مشاركة: دورة محرك كارنو اهداء للاستاذ رشوان
حساب كفاءة دورة كارنو
[align=center]http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...at/entcar1.gif[/align]
ويمكن التعويض عن QH و QC حسب الشرح الموضح في المحاضرة على الرابط التالي http://hazemsakeek.com/Physics_Lectu...ectures_11.htm
نحصل على إن كفاءة ماكنة كارنو بالمعادلة التالية
[align=center]http://hazemsakeek.com/Physics_Lectu...s/lectur12.gif[/align]
وهذا يعني انه بمعرفة درجة حرارة المستودع الحار والمستودع البارد المستخدم في المحرك نستطيع ان نحسب أعلى كفاءة مثالية لأي محرك حقيقي يعمل بين نفس المستودعين الحراريين.
فعلى سبيل المثال لو كانت درجتي الحرارة للمستودع البارد والمستودع الحار هي 500 و 300 كلفن على التوالي فان كفاءة ماكنة كارنو ستكون 40% (كفاءة منخفضة للفرق الصغير بين درجة حرارة المستودع الحار والبارد.
وأي محرك حقيقي يعمل بين هذين المستودعين سوف تكون كفاءته اقل من 40% ويستحيل أن تكون اكبر من ذلك.
[align=center]http://www.asmilies.com/smiliespic/FAWASEL/023.gif[/align]
تحياتي
مشاركة: دورة محرك كارنو اهداء للاستاذ رشوان
[align=center]ارجو ان يكون شرح دورة ماكنة كارنو واضحا
واي استفسارات وملاحظات
يمكن مناقشتها على هذه الصفحة
تحياتي
.
.
.[/align]
مشاركة: دورة محرك كارنو اهداء للاستاذ رشوان
هديتك هي اجمل ما قدم لي في المنتدي وبكل صراحة ..
تحية شكر وتقدير لك يا دكتور
قرأت الموضوع وبدون مجاملات الاسلوب اكثر من رائع يعكس مدي قدرتك علي الالمام بالمادة العلمية , لدرجة تجعلك تسطيع تقديمها لاي مستوي
قرأت الموضوع مرة واحدة وسأقراه مرة اخري .. وعندي تعليقات واسئلة ساجمعها واكتبها في المشاركة التالي .. انتظرني
شكرا يا دكتور
مشاركة: دورة محرك كارنو اهداء للاستاذ رشوان
السلام عليكم
شكرا لك دكتور حازم على هذا الجهد المتميز
اقتباس
ولكن تحت كمية حرارة ثابتة وتنخفض درجة الحرارة من Th إلى Tc ويبذل الغاز شغل مقداره Wbc لدفع المكبس.
هل تقصد بتحت كمية حرارة ثابتة ان العملية كظيمة اي ان النظام معزول حراريا
وتنخفض درجة الحرارة في المرحلة الثانية بسبب نقصان الطاقة الداخلية