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Der Stirling-Zyklus

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Eine thermodynamische Maschine, die nicht auf interne Verbrennung angewiesen ist, sondern ausschließlich äußere Wärmezufuhr erhält. Durch diesen Prozess entsteht dennoch der typische Druck-Volumen-Zyklus, was es ermöglicht, die erzielte Effizienz zu modellieren und zu berechnen.

>Modell

ID:(1485, 0)



Der Stirling-Zyklus

Beschreibung

Eine thermodynamische Maschine, die nicht auf interne Verbrennung angewiesen ist, sondern ausschließlich äußere Wärmezufuhr erhält. Durch diesen Prozess entsteht dennoch der typische Druck-Volumen-Zyklus, was es ermöglicht, die erzielte Effizienz zu modellieren und zu berechnen.

Variablen

Symbol
Text
Variable
Wert
Einheiten
Berechnen
MKS-Wert
MKS-Einheiten
$Q_C$
Q_C
Absorbierte Wärme
J
$W_{in}$
W_in
Am System durchgeführte Arbeiten
J
$n$
n
Anzahl der Mol
mol
$W$
W
Effektive Arbeit
J
$V_1$
V_1
Erweitertes Volumen
m^3
$V_2$
V_2
Komprimiertes Volumen
m^3
$\eta$
eta
Leistungsfähigkeit
-
$T_1$
T_1
Temperatur im Zustand 1
K
$T_2$
T_2
Temperatur im Zustand 2
K
$R_C$
R_C
Universelle Gas Konstante
J/K mol
$W_{out}$
W_out
Vom System ausgeführte Arbeit
J
$Q$
Q
Wärme trug zum System bei
J
$Q_H$
Q_H
Wärme zugeführt
J
$C_V$
C_V
Wärmekapazität bei konstantem Volumen
J/kg

Berechnungen


Zuerst die Gleichung auswählen:   zu ,  dann die Variable auswählen:   zu 

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

Berechnungen

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

 Variable   Gegeben   Berechnen   Ziel :   Gleichung   Zu verwenden



Gleichungen

Durch die Zufuhr von der Wärme zugeführt ($Q_H$) steigt die Temperatur des Gases von $T_2$ auf $T_3$ in einem isochoren Prozess (bei konstantem Volumen). Dies bedeutet, dass wir die Beziehung f r ERROR:8085 mit die Wärmekapazität bei konstantem Volumen ($C_V$) und die Variación de Temperature ($\Delta T$) verwenden k nnen, die durch die folgende Gleichung ausgedr ckt wird:

$ dU = C_V \Delta T $



Dies f hrt zu den Werten von die Temperatur im Zustand 2 ($T_2$) und die Temperatur im Zustand 3 ($T_3$) wie folgt:

$ Q_h = C_V ( T_2 - T_1 )$

(ID 15363)

Beim Entfernen von der Absorbierte Wärme ($Q_C$), wenn der Volumen ($V$) gleich ERROR:8498,0 ist, erh ht sich die Absolute Temperatur ($T$) von die Temperatur im Zustand 1 ($T_1$) auf die Temperatur im Zustand 2 ($T_2$). Dies impliziert, dass wir die Beziehung f r ERROR:8085 mit die Wärmekapazität bei konstantem Volumen ($C_V$) und die Variación de Temperature ($\Delta T$) verwenden k nnen, die durch die Gleichung ausgedr ckt wird:

$ dU = C_V \Delta T $



dies f hrt uns zu dem Ausdruck:

$ Q_c = C_V ( T_1 - T_2 )$

(ID 15364)

Die Arbeit wird mithilfe des Integrals von der Am System durchgeführte Arbeiten ($W_{in}$) mit der Anzahl der Mol ($n$) und die Druck ($p$) berechnet, das von der Erweitertes Volumen ($V_1$) bis der Komprimiertes Volumen ($V_2$) in der Volumen ($V$) integriert ist:

$ W = \displaystyle\int_{V_1}^{V_2}p\,dV$



Wenn die Druck ($p$) mit Hilfe von die Universelle Gas Konstante ($R_C$), der Anzahl der Mol ($n$) und die Absolute Temperatur ($T$) mithilfe der Gasgleichung

$ p V = n R_C T $



erhalten wird, ergibt sich das Integral f r die Absolute Temperatur ($T$) als die Temperatur im Zustand 1 ($T_1$).

$W = \displaystyle\int_{V_1}^{V_2} p dV = \displaystyle\int_{V_1}^{V_2} \displaystyle\frac{nRT_1}{V} dV = nRT_1\ln\left(\displaystyle\frac{V_2}{V_1}\right)$



Daher ergibt sich:

$ W_{in} = n R_C T_1 \ln\left(\displaystyle\frac{ V_2 }{ V_1 }\right)$

(ID 15365)

Die Arbeit wird durch die Integration von der Vom System ausgeführte Arbeit ($W_{out}$) mit die Druck ($p$) berechnet, die von ERROR:8458 bis der Erweitertes Volumen ($V_1$) in der Komprimiertes Volumen ($V_2$) integriert ist:

$ W = \displaystyle\int_{V_1}^{V_2}p\,dV$



Wenn die Druck ($p$) mit Hilfe der Gleichung f r Gase, n mlich

$ p V = n R_C T $



durch die Universelle Gas Konstante ($R_C$), der Anzahl der Mol ($n$) und die Absolute Temperatur ($T$) erhalten wird, ergibt sich das Integral f r die Absolute Temperatur ($T$) als die Temperatur im Zustand 1 ($T_1$).

$W = \displaystyle\int_{V_1}^{V_2} p dV = \displaystyle\int_{V_1}^{V_2} \displaystyle\frac{nRT_2}{V} dV = nRT_2\ln\left(\displaystyle\frac{V_2}{V_1}\right)$



Daher ergibt sich:

$ W_{out} = n R_C T_2 \ln\left(\displaystyle\frac{ V_2 }{ V_1 }\right)$

(ID 15366)

Die Leistungsfähigkeit ($\eta$) wird als das Verh ltnis von der Effektive Arbeit ($W$) zu der Wärme trug zum System bei ($Q$) definiert:

$ \eta \equiv \displaystyle\frac{ W }{ Q } $



wobei der Effektive Arbeit ($W$) in Beziehung zu der Vom System ausgeführte Arbeit ($W_{out}$) und der Am System durchgeführte Arbeiten ($W_{in}$) steht durch:

$ W \equiv W_{out} - W_{in} $



w hrend der Wärme trug zum System bei ($Q$) mit der Wärme zugeführt ($Q_H$) verbunden ist, was wie folgt definiert wird:

$ Q \equiv W_{in} + Q_h $



Da der Vom System ausgeführte Arbeit ($W_{out}$) in Beziehung zu der Anzahl der Mol ($n$), die Temperatur im Zustand 2 ($T_2$), der Erweitertes Volumen ($V_1$), der Komprimiertes Volumen ($V_2$) und die Universelle Gas Konstante ($R_C$) steht durch:

$ W_{out} = n R_C T_2 \ln\left(\displaystyle\frac{ V_2 }{ V_1 }\right)$



und der Am System durchgeführte Arbeiten ($W_{in}$) mit die Temperatur im Zustand 1 ($T_1$) verbunden ist durch:

$ W_{in} = n R_C T_1 \ln\left(\displaystyle\frac{ V_2 }{ V_1 }\right)$



und der Wärme zugeführt ($Q_H$) mit die Wärmekapazität bei konstantem Volumen ($C_V$) verbunden ist durch:

$ Q_h = C_V ( T_2 - T_1 )$



kann die Leistungsfähigkeit ($\eta$) berechnet werden, was zu folgendem Ergebnis f hrt:

$ \eta = \displaystyle\frac{ T_2 - T_1 }{ T_1 + \displaystyle\frac{ C_V ( T_2 - T_1 )}{ n R_C \ln( V_2 / V_1 )}}$

(ID 15759)


Beispiele


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