Alle boeken

Professioneel

Apps Over Coach Inloggen Begin met lezen

Natuurkunde · Begrippenlijst

Wat is Thermodynamische machine?

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 WW met de buitenwereld en warmte QiQ_i met bronnen op temperaturen TiT_i uitwisselt — warmtereservoirs, waarvan de uitwisseling de temperatuur niet verandert. Een dithermische machine gebruikt twee reservoirs, de warme bron op ThT_h en de koude bron op Tc<ThT_c < T_h. Zij is een motor als zij arbeid levert (W<0W < 0), een koelmachine als zij wordt aangedreven (W>0W > 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 QcQ_c wil, en een warmtepomp als men ∣Qh∣|Q_h| wil.

Voorbeelden

Voorbeeld 24.6 (Drie getallen)

Een stoomturbine tussen Th=800 KT_h = 800\,\mathrm{K} en een rivier op Tc=300 KT_c = 300\,\mathrm{K}: ηC=0.625\eta_C = 0.625; echte centrales halen ongeveer 0.400.40. Een huishoudkoelkast tussen 275 K275\,\mathrm{K} binnen en een keuken op 298 K298\,\mathrm{K}: ef≤275/23=12e_f \leq 275/23 = 12; echte machines geven 22 tot 44. Een warmtepomp die een huis op 293 K293\,\mathrm{K} verwarmt met lucht van 273 K273\,\mathrm{K}: ep≤293/20=14.7e_p \leq 293/20 = 14.7; echte pompen geven 33 tot 55 — 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 kW6\,\mathrm{kW} verliest bij −5∘C-5{}^{\circ}\mathrm{C} buiten heeft 6 kW6\,\mathrm{kW} elektriciteit nodig met weerstanden; een ideale warmtepomp van 268 K268\,\mathrm{K} naar 293 K293\,\mathrm{K} zou 6/11.7=0.51 kW6/11.7 = 0.51\,\mathrm{kW} vragen; een echte met wisselaartemperaturen 260 K260\,\mathrm{K} en 313 K313\,\mathrm{K} en een kwaliteitsfactor 0.550.55, ep=0.55×313/53=3.2e_p = 0.55 \times 313/53 = 3.2, vraagt 1.9 kW1.9\,\mathrm{kW}. De weekendopgave werkt het hele seizoen door, entropie inbegrepen.

Lees in het hoofdstuk →