13. Lämpökoneet Flashcards
Kerro systeemin sisäenergian muutoksesta.
Systeemin sisäenergian muutos (deltaU) on yhtä suuri kuin siihen tuotu tai siitä poistunut energia. Energia voi siirtyä lämpönä Q tai työnä W.
DeltaU=Q+W
Tätä kutsutaan lämpöopin ensimmäiseksi pääsäännöksi. Yhtälössä lämmön ja työn etumerkit määräytyvät energian siirtymissuunnan mukaan:
Q>0 , kun ympäristöstä siirtyy lämpöä systeemiin
Q<0 , kun systeemistä siirtyy lämpöä ympäristöön
W>0 , kun systeemiin tehdään työtä
W<0 , kun systeemi tekee työtä ympäristöön
Mikä on laajenevan kaasun tekemä työ?
W=p(delta)V
Kun kaasusulinteriä lämmitetään, kaasun lämpötila nousee ja paine sylinterissä kasvaa. Paineen vuoksi mäntään, kohdistuu voima pinta-alalle. Lämmennyt kaasu työntää mäntää ulospäin matkan (delta)x. Laajenevan kaasun tekemä työ W=F^x=pA^x.
Kun mäntä liikkuu matkan ^x kaasun ja sylinterin tilavuudet suurenevät ^V=A^x
Mitä tarkoittaa lämmönsiirtokone?
Esimerkiksi jääkaappi, pakastin ja lämpöpumput ovat lämmönsiirtokoneita. Lämmönsiirtokone siirtää energiaa kylmäsäiliöstä kuumasäiliöön mekaanisen energian avulla.
Lämmönsiirtokonetta kuvataan mallilla, jossa kone toimii kahden eri lämpötilassa olevan säiliön välissä. Koska kuumasäiliön lämpötila on suurempi kuin kylmäsäiliön lämpötila, pitää tehdä työtä energian siirtämiseksi kylmäsäiliöstä kuumasäiliöön. Lämmönsiirtokone ottaa kylmäsäiliöstä energian Q2 ja siirtää energian Q1 kuumasäiliöön työn avulla. Samalla kylmäsäiliö viilenee ja kuumasäiliö lämpenee.
- Ilmalämpöpumpun ulkoyksikössä kylmäaineeseen siirtyy energiaa ulkoilmasta, koska kylmäaine on ulkoilmaa viileämpää.
- Kylmäaineen sisäenergia kasvaa, sen lämpötila nousee ja lopulta se höyrystyy.
- Höyrystynyt kylmäaine ohjataan kompressorille, joka tekee työtä, kun se puristaa höyryä kokoon.
- Höyryn lämpötila nousee ja sen paine kasvaa.
- Huoneilmaa lämpimämpi kylmäainehöyry johdetaan talon sisällä olevaan sisäyksikköön, jossa höyry jäähtyy ja tiivistyy takaisin nesteeksi.
- Tiivistyvä kylmäainehöyry luovuttaa energiaa ympäristöön eli lämmittää huoneilmaa.
- Nestemäinen kylmäaine ohjataan venttiiliin, jossa kylmäaineen paine pienenee ja lämpötila laskee.
- Lopuksi kylmäaine ohjataan takaisin ulkoyksikköön ja prosessi alkaa alusta.
Mitä tarkoittaa lämpövoimakone?
Esimerkiksi höyrykone, ydinvoimalaitos ja auton polttomoottori ovat lämpövoimakoneita.
Lämpövoimakone hyödyntää siirtyvää energiaa ja muuntaa osan koneeseen tulevasta lämmöstä mekaaniseksi energiaksi, kuten koneen osien liikkeeksi. Lämpövoimakoneen toiminta perustuu kiertoprosessiin, eli prosessi palautuu kierron päätteeksi alkupisteeseensä ja alkaa uudelleen.
Lämpövoimakonetta kuvataan mallilla, jossa kone toimii kahden eri lämpötilassa olevan säiliön välissä. Koska kuumasäiliön lämpötila on suurempi kuin kylmäsäiliön, energiaa siirtyy itsestään kuumasäiliöstä kylmäsäiliöön. Lämpövoimakone ottaa kuumasäiliöstä energia Q1 ja muuntaa osan siitä työksi. Energia Q2 siirtyy kylmäsäiliöön.
