Вездесущая энергия атмосферы. Часть 2. Статья №89. 04.12.18.


Продолжение...

В качестве примера рассмотрим сжатие воздуха в тонкостенном невесомом цилиндре, стенки которого не пропускают тепло (адиабатное сжатие). Пусть первоначальный объём цилиндра равен одному кубическому метру, а площадь поршня равна одному квадратному метру. Мы в нашем виртуальном опыте поднимем давление воздуха на одну десятую долю: с 1 бара до 1,1 бар.

При таком небольшом сжатии воздух (по адиабате Пуассона) нагреется на 8,3 градуса. С учётом теплоемкости воздуха (С = 717,5 Дж/кг*град) и массы одного куба 1,16 кг, получаем прирост тепла воздуха в размере:

∆Q = ∆Т•С•ρ = 8,3•717,5•1,16= 6908 Дж.

Теперь приближенно оценим работу, приложенную к штоку поршня. Ход поршня при сжатии кубометра воздуха до 1,1 бар составляет 66 мм (0,066 м) – по адиабате.

Начальное усилие на штоке, естественно равно нулю (Fн=0), поскольку давление по обе стороны поршня одинаково. В конце фазы сжатия усилие на штоке (Fк) равно перепаду давления, умноженному на площадь поршня, которая у нас равна 1 кв.м: Fк = 0,1•10^5Па•1кв.м = 1•10^4 Ньютона. Средняя сила на штоке в ходе сжатия 5•10^3 Н.

Отсюда, механическая работа сжатия:

Асж = 0,066•5•10^3 = 330 Дж.

Если считать не приближенно (по средней силе на штоке), а строго по кривой сжатия, то Асж = 320 Дж.

Вот и началось интересное !

Прирост тепловой энергии, обеспеченный механической работой сжатия воздуха, оказался более, чем в 20 раз больше этой самой работы.

Газовая пружина запасла в себе энергии в 20 раз больше работы сжатия.

Ну, и как это понимать ?

Может быть, вкралась ошибка в расчёты ?

Да, нет ! Расчёты-то – простейшие.

Просто мы не заметили неявного участника нашего опыта по сжатию воздуха. Этот неявный участник проделал львиную долю работы сжатия, оставшись в тени.

Смотрите, как интересно. Газовая термодинамика провозглашает равенство работы сжатия газа приросту внутренней энергии газа (Первое Начало термодинамики):

А сж = ∆Q или ʃ P•dV = ∆Т•С•ρ

Но, при этом процесс сжатия (в академической модели) происходит в вакууме. То есть, вокруг цилиндра с поршнем нет никакой атмосферы, а есть безвоздушное пространство с нулевым давлением.

Это обстоятельство принципиально меняет расклад сил!

Начальное усилие на штоке поршня уже не равно нулю, оно равно: Fн = 10^5Па•1кв.м = 1•10^5 Ньютона.

Конечное усилие на штоке поршня равно: Fн = 1,1•10^5Па•1кв.м = 1,1•10^5 Ньютона.

Среднее усилие на штоке поршня равно: Fн = 1,05•10^5Па•1кв.м = 1,05•10^5 Ньютона.

Перемещение поршня остаётся прежним ∆L = 66 мм (0,066 м).

Соответственно, работа сжатия в вакууме приближённо равна:

Асж = 0,066•1,05•10^5 = 6 930 Дж.

Если же считать не приближенно, а по адиабате Асж = (PкVк – PнVн)/(k-1), то результат будет точно равен приросту тепловой энергии сжатого в цилиндре воздуха (6908 Дж).

При сжатии в вакууме у нас не было никаких неявных помощников, поэтому работа сжатия, приложенная к штоку поршня, оказалась равна полной работе сжатия, которая, в свою очередь, равна приросту тепловой энергии воздуха...

Продолжение следует...




Запатентуем ваше изобретение.

Обращайтесь к патентному поверенному РФ, рег. № 420
Нине Николаевне Андреевой:

Телефон: +7 (495) 737-63-77 доб. 6800



Автор:  Игорь Юрьевич Куликов

Возврат к списку