رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا
بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
المقدمة :
مراجعة الدرس السابق من خلال الأسئلة التالية :
ما هو تركيب الآلة الحرارية
ما هو مبدأ عملها
وضحي طريقة حساب كفاءتها ؟
كيف يمكن الحصول على آلة كفاءتها أقصى مايمكن ؟
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 أكبر
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.
- عرفي آلة كارنو؟.
آلة كارنو:
هي آلة مثالية تكون مادة التشغيل فيها غاز مثالي و تعمل بين مستودعين حراريين
وتشكل الحدّ الأعلى لفاعلية الآلات الحرارية
وتقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية
من خلال قيام المادة بدورة كاملة تمتص فيها الحرارة من المستودع الساخن ، وتفقد حرارة إلى المستودع البارد .
دورة كارنو :
هي إحدى الدورات الديناميكية الانعكاسية المشهورة التي سميت باسم المهندس الفرنسي سادي كارنو.
وكان كارنو مهندسا في الجيش الفرنسي وكرس جهده في البحث العلمي وخاصة الظاهرة الحرارية ويعتبر مؤسس لعلم الديناميكا الحرارية .
-اشرحي مراحل دورة كارنو الانعكاسية ؟
( يمكنك أختي المعلمة شرحها باختصار على الرسم البياني لأنها هي نفسها ما سبق شرحه في الآلة البخارية )
وكذلك الكفاءة سبق شرحها مع الآلة الحرارية
راقبي ما يحدث من تغيرات خلال دورة كاملة في الفلاشات التالية
[align=center][FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de34.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de35.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
مراحل دورة كارنو الانعكاسية :
الدورة الديناميكية الحرارية العكوسة:
متى تكون الدورة الديناميكية عكوسة ؟
نقول عن الدورة الديناميكية الحرارية أنها دورة عكوسة إذا كانت جميع عملياتها عكوسة ،
ومعنى ذلك أن يمكن عكس العمليات جميعها وبالتالي عكس الدورة بأكملها .
تتكون من أربعة إجراءات انعكاسية كالتالي :
الإجراء( 1- 2) إجراء إضافة حرارة " انعكاسي " عند درجة حرارة عالية " كــــ 2 " ( عملية ايزوثيرمية ".
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 ) .
الإجراء (2-3 )إجراء التمدد الاديباتيكي " الانعكاسي"
" عملية كظمية أديباتيكية " لان الغاز معزول حراريا .
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 .
الإجراء (3-4 )إجراء طرد حرارة " انعكاسي " عند درجة حرارة ثابتة منخفضة " كـــــ 1 " " عملية ايزوثيرمية "
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 .
الإجراء (4-1 )إجراء الضغط الاديباتيكي" الانعكاسي" " عملية كظمية أديباتيكية " لان الغاز معزول حراريا .
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 .
مثلي الإجراءات الأربعة على الرسم البياني الذي يوضح العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه وتغيراتها خلال الإجراءات الأربعة :
كفاءة آلة كارنو : ( نفس شرح الكفاءة في الدرس السابق يمكنك مراجعتها مع الطالبات ثم حل الأمثلة مباشرة )
كفاءة آلة كارنو= صافي الشغل / الحرارة المضافة .
= شغ / كح 2
= كح 2 - كح 1/ كح 2
= 1 - كح 1 / كح 2
حيث:
كح 2 : كمية الحرارة المضافة عند درجة الحرارة المرتفعة كـ 2 للمستودع الساخن.
كح 1 : كمية الحرارة المطرودة عند درجة الحرارة المنخفضة كـ 1 للمستودع البارد.
علام تعتمد كفاءة آلة كارنو ؟
وقد وجد أن كفاءة آلة كارنو تعتمد على درجة حرارة كل من المستودعين.
كفاءة آلة كارنو= 1- كـ 1 / كـ 2
المعادلات السابقة تنطبق على جميع الدورات الديناميكية الحرارية الانعكاسية بغض النظر عن مائع التشغيل " غاز مثالي – بخار ماء – فريون -----
حل أمثلة الكتاب 3- 9 ثم 3-10
بالتوفيق
__________________
لا إله إلا أنت سبحانك إني كنت من الظالمين
حسبي الله لا إله إلا هو عليه توكلت وهو رب العرش العظيم
|