נצילות – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ ויקיזציה
מ הגהה, הרחבה, הוספת מקור, קישורים פנימיים
שורה 15:
<math>\ \eta = \frac{W_{out}}{Q_{in}}</math>
 
== נצילות מקסימלית ==
== מנוע קרנו ==
אחד הניסוחים המפורסמים [[החוק השני של התרמודינמיקה|לחוק השני של התרמודימיקה]] היה של [[סאדי קרנו]] , מתמטיקאי ופיזיקאי צרפתי, אשר בחר לתאר את החוק השני תחת ניסוח המתאר את היחס בין האנרגיה המושקעת בתהליך מכני או תרמי לבין התפוקה המגיעה בעקבות תהליך זה, כאשר התהליך המפורסם ביותר אשר נקרא על שמו , [[מנוע קרנו]] , מתאר מודל של מנוע חום המייצר את היעילות המקסימאליתהמקסימלית האפשרית למנוע המשתמש ב[[אנרגיה תרמית]]<ref name=":0">{{צ-ספר|מחבר=Nicolas Léonard Sadi Carno|שם=Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance}}</ref>. לפי קרנו, נגדיר את <math>\ {Q_{in}}</math>להיות החום הנכנס לתוך [[מנוע]] בכול [[זמן מחזור|מחזור]] תרמודינמי ו <math>\ {W_{out}}</math>להיות העבודה המופקת מהמנוע בכול מחזור.<ref name=":0" />
[[קובץ:Carnot cycle TS diagram hebrew.svg|ממוזער|דיאגרמה של מחזור החום של מנוע קרנו]]
אחד הניסוחים המפורסמים [[החוק השני של התרמודינמיקה|לחוק השני של התרמודימיקה]] היה של [[סאדי קרנו]] , מתמטיקאי ופיזיקאי צרפתי, אשר בחר לתאר את החוק השני תחת ניסוח המתאר את היחס בין האנרגיה המושקעת בתהליך מכני או תרמי לבין התפוקה המגיעה בעקבות תהליך זה, כאשר התהליך המפורסם ביותר אשר נקרא על שמו , [[מנוע קרנו]] , מתאר מודל של מנוע חום המייצר את היעילות המקסימאלית האפשרית למנוע המשתמש ב[[אנרגיה תרמית]]<ref name=":0">{{צ-ספר|מחבר=Nicolas Léonard Sadi Carno|שם=Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance}}</ref>. לפי קרנו, נגדיר את <math>\ {Q_{in}}</math>להיות החום הנכנס לתוך [[מנוע]] בכול [[זמן מחזור|מחזור]] תרמודינמי ו <math>\ {W_{out}}</math>להיות העבודה המופקת מהמנוע בכול מחזור.<ref name=":0" />
 
אזי הנצילות : <math>\ \eta = \frac{W_{out}}{Q_{in}}<1</math>
שורה 26 ⟵ 25:
</math>
 
במערכת מכנית להעברת תנועה כדוגמת [[אופניים]], האנרגיה שאנו משקיעים בסיבוב הדוושות לא מגיעה בשלמותה אל הגלגלים כיוון שחלק ממנה מתבזבז עקב [[חיכוך]] בין גלגלי השיניים לשרשרת והופך ל[[אנרגיית חום]]. ב[[מערכת הידראולית]] אנרגיית שמן<sup>[דרושה הבהרה]</sup> המוזרם מהמשאבה לצרכנים בצינורות מתבזבזת בחלקה עקב [[צמיגות|צמיגותו]] של השמן ובחלקה עקב דליפות השמן מן המערכת. במערכות חשמליות חלק מה[[אנרגיה חשמלית|אנרגיה החשמלית]] שמגיעה ממקור חשמל אל הצרכנים (כמו מנועים חשמליים ונורות) מתבזבזת עקב [[התנגדות חשמלית]] והופכת לאנרגיית חום. יעילות התרמית יכולה להיות קרובה ל 60%  . ניתן להתייחס לערך היעילות התרמית כערך האופייני של ציוד דומה ( באנגלית : figure of merit )
 
:
== חישוב נצילות ==
הנצילות <math>\ \eta</math> באחוזים היא היחס בין האנרגיה היוצאת מהמערכת, <math>\ E_{out}</math>
לאנרגיה הנכנסת למערכת <math>\ E_{in}</math> כפול 100:
 
:<math>\ \eta = \frac{E_{out}}{E_{in}}*100</math>
 
== נצילות - מנוע קרנו ==
בשנת 1821 ביקר קרנו את אביו בגרמניה כאשר באותה העת מנוע הקיטור הוצג בעיר רק לאחרונה והאחרון היווה מוקד עניין רב בעיר ובעקבות ביקור זה קרנו החליט להקדיש עצמו ללימוד הנושא מבחינה אקדמאית.
 
בתקופתה זו התאוריה הרווחת הייתה תיאורית הקלוריות של [[אנטואן לבואזיה|לבואיזיה]]. לפיה קיים חומר קלורי המורכב מחלקיקים ממשיים שעוברים מגוף חם לגוף קר, כמו זרימת נוזל.
בשנת 1824 פורסמה התיאוריה המפורסמת של קרנו המתארת את מה שכונה לאחר מכן "מחזור קרנו" של המנוע. בעבודה זו תיאר קרנו מהו [[מנוע קיטור]] אידיאלי בתיאוריה. מנוע קיטור אידיאלי הוא כזה המנצל 100% מ[[אנרגיית חום|אנרגיית החום]] ל[[אנרגיה מכנית]]. באופן מעשי אין מנוע אידיאלי, אך ניתן להגיד מנוע יעיל ככזה הממיר אחוז גבוה מן האנרגיה המושקעת לאנרגיה מכאנית.
 
קרנו הניח שהנצילות תלויה אך ורק בהפרש הטמפרטורות בין המאגר החם למאגר הקר ולא בשום גורם אחר כמו אופי העבודה המכנית המבוצעת או סוג החומר המנוצל (כמו אדי קיטור של מים ב[[מנוע קיטור]] שהיה בשימוש רחב באותה התקופה) להפיכת אנרגיית החום לאנרגיה מכנית. לפי ההנחה של קרנו, זרימה של חום מהמאגר החם אל המאגר הקר היא זו שמבצעת את העבודה המכנית.
השלבים במחזור ייתבצעו עפ"י הסדר הבא:
 
תיאורית קרנו לא הייתה מלאה כיוון שהוא הניח שאין אבדן של אנרגיית חום במעבר זה. אמנם, שנים מאוחר יותר התאוריה שביסס תרמה לקביעת החוק השני של התרמודינמיקה. במאמר שפרסם קרנו מבסס את הטענה כי החום מועבר מגוף חם לגוף קר ולא להפך<ref>{{צ-ספר|מחבר=Yousef Haseli|שם=Entropy Analysis in Thermal Engineering Systems|מקום הוצאה=Academic press|שנת הוצאה=2019}}</ref>.
 
קרנו לא הצליח לתת נוסחת חישוב שתבטא את הנצילות המרבית שניתן להשיג במנוע אידאלי כתלות בטמפרטורה של המאגר החם לעומת זו של הקר, זו התפרסמה מאוחר יותר ע"י ממשיכיו<ref>{{צ-ספר|מחבר=Ruiyu Yin|שם=Theory and Methods of Metallurgical Process Integration|שנת הוצאה=2016}}</ref>.
 
בשנת 1824 פורסמה התיאוריההתאוריה המפורסמת של קרנו המתארת את מה שכונה לאחר מכן "מחזור קרנו" של המנוע [https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/carnot]. בעבודה זו תיאר קרנו מהו [[מנוע קיטור]] אידיאליאידאלי בתיאוריה. מנוע קיטור אידיאליאידאלי הוא כזה המנצל 100% מ[[אנרגיית חום|אנרגיית החום]] ל[[אנרגיה מכנית]]. באופן מעשי אין מנוע אידיאליאידאלי, אך ניתן להגיד מנוע יעיל ככזה הממיר אחוז גבוה מן האנרגיה המושקעת לאנרגיה מכאניתמכנית.[[קובץ:Carnot cycle TS diagram hebrew.svg|ממוזער|דיאגרמה של מחזור החום של מנוע קרנו]]השלבים במחזור יתבצעו עפ"י הסדר הבא:
 
# דחיפת בוכנה באמצעות הגז אשר נמצא בלחץ גבוה(אנרגיית חום אשר הייתה אגורה במערכת).
# כעת המשך דחיפת הבוכנה קדימה על ידי קרורקירור הטמפ'הטמפרטורה של הגז
# כעת הבוכנה תנוע לצד השני ותלחץ את הגז ללא שינוי של טמפרטורת הגז
# הבוכנה תמשיך לדחוס את הגז מעבר לקיבולת החום עד לנקודת ההתחלה.
 
 
קרנו רצה לחשב תיאורטית את הנצילות המרבית שניתן להפיק ממנוע, כלומר בהיעדר איבוד חום לסביבה, חיכוך וכדומה. והאם ניתן לבנות מנוע כזה שייתן נצילות מלאה (100%)בהמרה מאנרגיית חום לעבודה מכנית.
 
התשובה לכך הייתה לא. ישנו סף מסוים לכל מנוע המגדיר את נצילות העבודה המרבית שלו שאליה ניתן לשאוף בהיעדר איבוד חום לסביבה, חיכוך וכו'.
 
==נצילות במנועים==
שורה 126 ⟵ 132:
{{מיזמים|ויקימילון=נצילות}}
* [[יואב בן דב (פילוסוף מדע)|יואב בן-דב]], [http://www.bendov.info/heb/books/physbook/04.htm חום ועבודה] - [http://bendov.info/heb/books/physbook/05.htm אנרגיה ואנטרופיה] - "פיזיקה תורות-ומושגים"
*[https://www.researchgate.net/publication/265680441_On_Principles_In_Sadi_Carnot's_Thermodynamics_1824_Epistemological_Reflections On Principles In Sadi Carnot’s Thermodynamics (1824)] , [https://pro.univ-lille.fr/raffaele-pisano/ Raffaele Pisano]
== הערות שוליים ==
{{הערות שוליים}}