స్టర్లింగ్ చక్రం: పునరుత్పాదకంతో కూడిన సమతాప దశలు
1 · ఊహించండి
స్టర్లింగ్ చక్రం 2 సమతాప దశలు, 2 సమఘనపరిమాణ దశలు వాడుతుంది, రుద్ధోష్మ దశలు అస్సలు ఉండవు. సంపూర్ణ “పునరుత్పాదకం” సమఘనపరిమాణ దశల మధ్య ఉష్ణాన్ని పునఃచక్రీయం చేస్తే దీని దక్షత సూత్రప్రాయంగా కార్నో విలువను సరిపోలగలదు. ఆదర్శ పునరుత్పాదకం లేకుంటే, మీరు కొలిచే సరళ చక్ర దక్షత కార్నో హద్దుకు చేరదా?
- అవును — పునరుత్పాదకం లేకుంటే, ఈ చక్రపు ముడి దక్షత అదే రెండు జలాశయ ఉష్ణోగ్రతలకు కార్నో పరిమితి కంటే తక్కువ.
- పునరుత్పాదన ఏమైనా దక్షత సరిగ్గా కార్నో పరిమితికి సమానం.
- దక్షత కార్నో పరిమితిని మించుతుంది.
2 · అమరిక
- stirling-cycle ప్రీసెట్ను తెరిచి రీసెట్ నొక్కండి. 1 mol ఆర్గాన్ సమతాప, సమఘనపరిమాణ దశలను మాత్రమే ఉపయోగించి 600 K, 300 K మధ్య చక్రం చేస్తుంది.
- దశ-స్థాయి పని రీడింగ్, చక్ర-దక్షత రీడింగ్లను చేతనం చేయండి.
- చక్రం యొక్క ప్రతి దశకూ (1 నుండి 4 వరకు), ఆ దశ యొక్క లక్ష్య ఘనపరిమాణం, ఆ దశలో వాయువు చేసిన పనిని చదవండి.
3 · డేటా సేకరించండి
| దశ సంఖ్య | దశ యొక్క లక్ష్య ఘనపరిమాణం V (L) | ఈ దశలో వాయువు చేసిన పని (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
అన్ని 4 దశలకూ P-V రేఖాచిత్రాన్ని స్కెచ్ చేయండి, 2 సమతాప (వక్ర), 2 సమఘనపరిమాణ (నిలువు) భాగాలను గుర్తించండి.
4 · విశ్లేషించండి
- దశలు 2, 4 (సమఘనపరిమాణ) W = 0 చూపుతాయని నిర్ధారించండి. నికర చక్ర పని కోసం అన్ని 4 దశల పనిని కలపండి, చక్ర దక్షత రీడింగ్ను కార్నో హద్దు η_c = 1 − 300/600 = 0.5 తో పోల్చండి.
- ఈ చక్రపు ముడి దక్షత (సమఘనపరిమాణ దశల ఉష్ణాన్ని పునరుద్ధరించే ఆదర్శ పునరుత్పాదకం లేకుండా) 0.5 కంటే తక్కువగానే ఉంటుంది. మొదటి నియమం ఉపయోగించి, సమఘనపరిమాణ-శీతలీకరణ దశలో వదలబడిన ఉష్ణం సరళ యంత్రం పునరుద్ధరించని శక్తిగా ఎందుకు ఉంటుందో వివరించండి.
5 · విస్తరించండి
- నిజమైన స్టర్లింగ్ ఇంజన్ పునరుత్పాదకాన్ని వాడుతుంది — సమఘనపరిమాణ శీతలీకరణలో విడుదలైన ఉష్ణాన్ని నిల్వ చేసి, సమఘనపరిమాణ తాపనలో తిరిగి ఇచ్చే జాలీ. సంపూర్ణ పునరుత్పాదకం రుద్ధోష్మ దశలు లేకున్నా ఈ చక్రాన్ని కార్నో దక్షత వైపు ఎందుకు తీసుకువెళ్తుందో వివరించండి.
- స్టర్లింగ్ ఇంజన్లు అంతర్గత దహనం అవసరం లేకుండా ఏ బాహ్య ఉష్ణ మూలంపైనైనా (సౌరశక్తి, వ్యర్థ ఉష్ణం, అంతరిక్షంలోని ఉష్ణోగ్రత భేదాలు కూడా) నడవగలిగేలా విలువైనవి. బాహ్య తాపనతో కూడిన మూసిన-చక్ర యంత్రం ఆ అనువర్తనాలకు ఎందుకు ఆకర్షణీయంగా ఉండవచ్చు?
ఈ ప్రయోగం వెనుక ఉన్న భౌతిక శాస్త్రం
చక్ర దక్షతపై కార్నో హద్దు
Tc, Th ఉష్ణోగ్రతల మధ్య పనిచేసే ఏ చక్రమూ — స్టర్లింగ్తో సహా — కార్నో దక్షత η_c = 1 − Tc/Th ను మించలేదు. నిజమైన (పునరుత్పాదకం లేని) స్టర్లింగ్ చక్రం ఈ హద్దుకు చేరదు, ఎందుకంటే అది సమఘనపరిమాణ-శీతలీకరణ దశలో పునరుద్ధరించని ఉష్ణాన్ని వదులుతుంది.
ఉష్ణగతిక శాస్త్రం
- ఆదర్శ వాయు నియమం: పీడనం, ఘనపరిమాణం, ఉష్ణోగ్రత
- గతి సిద్ధాంతం: ఉష్ణోగ్రత, అణు వడి
- సమతాప సంపీడనం: స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద చేసిన పని
- సమపీడన తాపనం: స్థిర పీడనం వద్ద వ్యాకోచం
- సమఘనపరిమాణ తాపనం: స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద పీడన పెరుగుదల
- రుద్ధోష్మ వ్యాకోచం: ఉష్ణం కోల్పోకుండా చల్లబడటం
- కెలోరిమెట్రీ: వేడి, చల్లని వాటిని కలపడం
- ఉష్ణ వాహకత: కడ్డీ గుండా ఉష్ణ ప్రవాహం
- కార్నో చక్రం: గరిష్ఠ సాధ్యమైన యంత్ర దక్షత
- ఒట్టో చక్రం: పెట్రోల్ ఇంజన్ యొక్క ఆదర్శీకృత నమూనా
- వ్యతిరిక్త కార్నో చక్రం: ఒక రిఫ్రిజిరేటర్
- విపర్యామ్య సమతాప వ్యాకోచంలో ఎన్ట్రోపి మార్పు