サーモダイナミクスは、熱、仕事、そしてエネルギーの形態を扱う物理の分岐です。それはさまざまな物理的なプロセスとシステムを理解する上で重要な役割を果たします。サーモダイナミクスの重要な概念の中には、さまざまなシステムでエネルギーを移し、変換する方法を説明する、閉鎖およびオープンサイクルが開いている。この記事では、クローズドおよびオープン熱力サイクルの原則とアプリケーションを探求しています。

閉鎖した熱力学周期を理解する

クローズド熱力学サイクルは、一連の変化を経た後、作業物質が初期状態に戻るプロセスです。システムは分離され、質量はサイクル中に入るか、葉を入力しませんが、エネルギーは周囲と交換することができます。

主な特徴

  • 質量は周期を通して一定したまま。
  • ヒートやワークの形でエネルギー交換
  • 作業物質は、一連の熱力学的プロセスを受けています。

閉鎖サイクル例

  • ランキン周期:蒸気発電所で使用されて、それは働く液体として水を使用して仕事に熱を転換します。
  • Ottoサイクル:ガソリンエンジンで発見され、内部燃焼エンジンの動作を説明します。
  • ブロートンサイクル:ジェットエンジンやガスタービンで利用し、空気を圧縮し、燃料を燃焼するという原則で動作します。

開熱サイクルの理解

対照的に、オープン熱力学サイクルは、作業物質がシステム内外に流れ込むことを可能にします。 質量は、システムが環境と相互作用するので、サイクル内で節約されず、質量とエネルギーの両方を交換します。

主な特徴

  • 質量は、プロセス中にシステムを入力すると、システムを残すことができます。
  • 閉鎖サイクルと同様、熱や仕事によってエネルギー交換されます。
  • システムは、通常、離散段階ではなく、継続的に動作します。

サイクルのオープン事例

  • ジェットエンジンサイクル:空気がエンジンに入り、燃料と混合し、燃焼し、排気として排出される。
  • 冷凍サイクル: スペースから熱を吸収し、外に解放する冷媒を、継続的にシステムを介して循環させる。
  • 熱交換器システム: 液体は熱交換体を通って移り、システムに入退出する異なった液体と熱を移します。

サーモダイナミクスサイクルを統治する原則

閉鎖および開口熱力サイクルは、熱力学、エネルギーの保全、効率の法律を含む熱力学の根本的な原則によって管理されます。

サーモダイナミクスの第一次法

サーモダイナミクスの第一法は、エネルギーが作成または破壊できない状態であり、ひとつの形態から別の形に変えるだけです。この原則は、閉鎖サイクルとオープンサイクルの両方に適用され、熱力学的プロセスにおけるエネルギー保存の重要性を強調しています。

サーモダイナミクスの第二法

第2の法律は、エネルギー変換が100%効率的でないことを示しているエントロピーの概念を導入しています。 実用的なアプリケーションでは、クローズドサイクルとオープンサイクルの両方がエネルギー損失のために考慮され、全体的な効率とパフォーマンスに影響を与えます。

閉塞サイクルおよびオープン熱力サイクルの応用

閉鎖および開いた熱力学の周期は他の間でエネルギー生産、交通機関および冷凍に、影響を与えるさまざまな企業を渡るさまざまな適用があります。

エネルギー生産

ランキンサイクルなどのクローズサイクルは、燃料から電気エネルギーに熱エネルギーを変換するために、発電所で広く使用されています。オープンサイクルは、特に連続気流に依存するガスタービンで、発電にも利用されています。

交通アクセス

排気切替器は、オットサイクルのようなクローズドサイクルで動作し、オープンサイクルはジェット推進システムに存在します。エアと燃料はエンジンを通し、継続的にサイクルをサイクルします。

冷凍・空調システム

冷凍システムは、閉鎖したサイクルは、クローズドループシステムで動作するヒートポンプなど、特定の用途で使用できる一方、オープンサイクルを1つの領域から別の領域に熱を転送するために頻繁に使用されます。

コンテンツ

閉塞と開いている熱力学サイクルを理解することは、熱力学の分野における学生や教師にとって不可欠です。これらのサイクルは、エンジニアリングと技術のさまざまなアプリケーションにとって重要なエネルギー伝達と変換の基本的な原則を示しています。これらの概念を探求することによって、私たちは、私たちの日常生活や我々が頼る技術における熱力学の役割をよりよく理解することができます。