Wat is Thermodynamische machine? — Natuurkunde

Definitie 24.1 Universitaire natuurkunde — jaar 1 · Hoofdstuk 24 — Warmtemotoren en machines

Een thermodynamische machine is een gesloten systeem (het werkfluïdum) dat een kringproces doorloopt, zodat het periodiek naar dezelfde toestand terugkeert, terwijl het arbeid $W$ met de buitenwereld en warmte $Q_i$ met bronnen op temperaturen $T_i$ uitwisselt — warmtereservoirs, waarvan de uitwisseling de temperatuur niet verandert. Een dithermische machine gebruikt twee reservoirs, de warme bron op $T_h$ en de koude bron op $T_c < T_h$ . Zij is een motor als zij arbeid levert ( $W < 0$ ), een koelmachine als zij wordt aangedreven ( $W > 0$ ) om warmte aan de koude bron te onttrekken, en een warmtepomp als zij wordt aangedreven om warmte aan de warme bron te geven. Alle grootheden worden per kringproces geteld, algebraïsch, zoals ontvangen door het fluïdum.

De twee manieren om een dithermisch kringproces te doorlopen. Links: de motor neemt warmte uit de warme bron, staat een deel ervan af aan de koude en levert het verschil als arbeid. Rechts: dezelfde machine achterstevoren pompt warmte van koud naar warm; zij is een koelmachine als men Q_c wil, en een warmtepomp als men |Q_h| wil. — De twee manieren om een dithermisch kringproces te doorlopen. Links: de motor neemt warmte uit de warme bron, staat een deel ervan af aan de koude en levert het verschil als arbeid. Rechts: dezelfde machine achterstevoren pompt warmte van koud naar warm; zij is een koelmachine als men $Q_c$ wil, en een warmtepomp als men $|Q_h|$ wil.

Voorbeelden

Voorbeeld 24.6 (Drie getallen)

Een stoomturbine tussen $T_h = 800\,\mathrm{K}$ en een rivier op $T_c = 300\,\mathrm{K}$ : $\eta_C = 0.625$ ; echte centrales halen ongeveer $0.40$ . Een huishoudkoelkast tussen $275\,\mathrm{K}$ binnen en een keuken op $298\,\mathrm{K}$ : $e_f \leq 275/23 = 12$ ; echte machines geven $2$ tot $4$ . Een warmtepomp die een huis op $293\,\mathrm{K}$ verwarmt met lucht van $273\,\mathrm{K}$ : $e_p \leq 293/20 = 14.7$ ; echte pompen geven $3$ tot $5$ — nog altijd drie tot vijf keer wat dezelfde elektriciteit in een weerstand zou geven (Probleem 24.1).

Voorbeeld 24.18 (Warmtepomp of weerstand?)

Een huis dat $6\,\mathrm{kW}$ verliest bij $-5{}^{\circ}\mathrm{C}$ buiten heeft $6\,\mathrm{kW}$ elektriciteit nodig met weerstanden; een ideale warmtepomp van $268\,\mathrm{K}$ naar $293\,\mathrm{K}$ zou $6/11.7 = 0.51\,\mathrm{kW}$ vragen; een echte met wisselaartemperaturen $260\,\mathrm{K}$ en $313\,\mathrm{K}$ en een kwaliteitsfactor $0.55$ , $e_p = 0.55 \times 313/53 = 3.2$ , vraagt $1.9\,\mathrm{kW}$ . De weekendopgave werkt het hele seizoen door, entropie inbegrepen.

Lees in het hoofdstuk →

Voorbeelden

Verwante begrippen