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भौतिकी · शब्दावली

ऊष्मागतिक मशीन क्या है?

परिभाषा 24.1 विश्वविद्यालय भौतिकी — वर्ष 1 · अध्याय 24 — ऊष्मा इंजन और मशीनें

ऊष्मागतिक मशीन कोई ऐसा संवृत निकाय (कार्यकारी तरल) है जिसे किसी चक्र पर घुमाया जाता है, ताकि वह आवर्ती रूप से उसी अवस्था में लौट आए, और इस बीच वह बाहर के साथ कार्य WW का तथा ऊष्मा QiQ_i का आदान-प्रदान उन स्रोतों के साथ करता रहे जो तापों TiT_i पर हैं — ये स्रोत ऊष्मा-भंडार हैं, जिनका ताप इस आदान-प्रदान से नहीं बदलता। कोई द्वितापी मशीन दो ऊष्मा-भंडार काम में लेती है: ThT_h पर गरम स्रोत और Tc<ThT_c < T_h पर ठंडा स्रोत। वह इंजन है यदि वह कार्य देती हो (W<0W < 0), प्रशीतक यदि उसे चलाकर (W>0W > 0) ठंडे स्रोत से ऊष्मा ली जाती हो, और ऊष्मा पंप यदि उसे चलाकर गरम स्रोत को ऊष्मा दी जाती हो। सारी राशियाँ एक चक्र पर, बीजगणितीय रूप से, तरल को मिली हुई के रूप में गिनी जाती हैं।

किसी द्वितापी चक्र को घुमाने के दो ढंग। बाएँ: इंजन गरम स्रोत से ऊष्मा लेता है, उसका कुछ भाग ठंडे स्रोत को छोड़ देता है और अंतर को कार्य के रूप में दे देता है। दाएँ: वही मशीन उलटी चलाने पर ऊष्मा को ठंडे से गरम की ओर पंप करती है; वह प्रशीतक है यदि हमें Q_c चाहिए, और ऊष्मा पंप यदि हमें |Q_h| चाहिए।
किसी द्वितापी चक्र को घुमाने के दो ढंग। बाएँ: इंजन गरम स्रोत से ऊष्मा लेता है, उसका कुछ भाग ठंडे स्रोत को छोड़ देता है और अंतर को कार्य के रूप में दे देता है। दाएँ: वही मशीन उलटी चलाने पर ऊष्मा को ठंडे से गरम की ओर पंप करती है; वह प्रशीतक है यदि हमें QcQ_c चाहिए, और ऊष्मा पंप यदि हमें Qh|Q_h| चाहिए।

उदाहरण

उदाहरण 24.6 (तीन आँकड़े)

Th=800KT_h = 800\,\mathrm{K} और Tc=300KT_c = 300\,\mathrm{K} की किसी नदी के बीच चलती कोई भाप-टरबाइन: ηC=0.625\eta_C = 0.625; वास्तविक संयंत्र लगभग 0.400.40 तक पहुँचते हैं। भीतर 275K275\,\mathrm{K} और 298K298\,\mathrm{K} की किसी रसोई के बीच का कोई घरेलू प्रशीतक: ef275/23=12e_f \leq 275/23 = 12; वास्तविक मशीनें 22 से 44 देती हैं। और किसी घर को 293K293\,\mathrm{K} पर गरम करता कोई ऊष्मा पंप, 273K273\,\mathrm{K} की हवा से: ep293/20=14.7e_p \leq 293/20 = 14.7; वास्तविक पंप 33 से 55 देते हैं — फिर भी उतनी ही बिजली किसी प्रतिरोधक में जितनी देती, उससे तीन से पाँच गुना (समस्या 24.1)।

उदाहरण 24.18 (ऊष्मा पंप या प्रतिरोधक?)

बाहर 5C-5{}^{\circ}\mathrm{C} पर 6kW6\,\mathrm{kW} खोते किसी घर को प्रतिरोधकों से 6kW6\,\mathrm{kW} बिजली चाहिए; 268K268\,\mathrm{K} से 293K293\,\mathrm{K} तक का कोई आदर्श ऊष्मा पंप 6/11.7=0.51kW6/11.7 = 0.51\,\mathrm{kW} माँगता; और वह वास्तविक पंप, जिसके विनिमयकों के ताप 260K260\,\mathrm{K} तथा 313K313\,\mathrm{K} हों और गुणवत्ता-गुणक 0.550.55 हो, ep=0.55×313/53=3.2e_p = 0.55 \times 313/53 = 3.2 के साथ 1.9kW1.9\,\mathrm{kW} माँगता है। सप्ताहांत समस्या पूरा मौसम पार करती है, एन्ट्रॉपी समेत।

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