.::::منتدى النادي العلمي للعلوم والرياضيات::::.

مرحبا بك في منتدى النادي العلمي للعلوم والرياضيات..
ارجو ان تقضي معنا اوقات رائعة
ويتشرف إدارة منتدى النادي العلمي للعلوم والرياضيات
ان تكون احد اعضائه
وبتالي عليك التسجل وشكرا

منتدى الابداع والابتكار وكل ما هو جديد ومفيد في العلوم والرياضيات للطالب المدرسي والجامعي والمعلم


    دورة محرك كارنو

    شاطر
    avatar
    أبو إياد
    محترف
    محترف

    sms : من فقد الله
    فماذا وجد
    ومن وجدالله
    فماذا فقد

    ذكر
    الفأر
    عدد المساهمات : 1292
    السٌّمعَة : 17
    تاريخ التسجيل : 09/04/2009
    العمر : 33
    الموقع : سلطنة عمان
    العمل/الترفيه : مدرس فيزياء بسلطنة عمان

    p3 دورة محرك كارنو

    مُساهمة من طرف أبو إياد في الأربعاء يوليو 01, 2009 7:17 pm



    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]

    قبل الحديث عن دورة كارنو يجب أن نعلم إن هذه الدورة تمثل محرك ميكانيكي يقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ولكن هذا المحرك لا وجود له ولكن يمثل أهمية كبيرة لمصممي المحركات بمختلف أنواعها حيث يحدد هذا المحرك أهم العناصر الرئيسية لصناعة المحركات وهو الكفاءة. وبالطبع الكفاءة موضوع مهم جدا لانه من الطبيعي كلما تحسنت كفاءة المحرك كلما كان المردود اكبر فنحن نحتاج إلى الطاقة الميكانيكية لتحريك ونقل الأشياء، وهذا يتأتي على حساب الطاقة الحرارية التي نحصل عليها من حرق الفحم أو الوقود والأداة التي تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية نسميها المحرك Engine.


    أساسيات هامة
    قبل أن نشرح فكرة دورة كارنو ونوضح ما سبق دعونا أعزائنا نلقي الضوء على فكرة عمل المحرك Engine بصفة عامة ولكي نقرب ما يقوم به المحرك نضرب مثالا على ذلك الشخص الذي يقود دراجة فبتحريك قديمه على البدالات مرة للأعلى ومرة للأسفل فان الدراجة سوف تندفع للأمام من خلال الأجزاء الميكانيكية التي عملت على نقل الحركة الدائرية إلى التروس ومن ثم إلى العجلات. المحرك في الحقيقة هو ذلك الشخص الذي يقود الدراجة ولكن ليس بقدميه بل باستخدام المكابس ولكي تتحرك هذه المكابس نحتاج إلى مادة تتمدد وتنكمش لتشكل ضغط على المكابس فتدفع الذراع المتصل بالمكبس ذهابا وإيابا لتحرك العجلة المتصلة بها وتنطلق المركبة أو القطار. وفي الحقيقة العلم الذي يهتم بالأجزاء الميكانيكية في نقل الحركة وجعلها أكثر نعومة وانسيابية هو علم الهندسة الميكانيكية أما العلم المختص بالجزء الداخلي للمكبس نفسه والعمليات التي تجري عليه هو علم الديناميكا الحرارية وهذا العلم يجمع الفيزيائيين والكيميائيين والمهندسين والحديث في هذا المجال يطول ولو نظرت إلى كل وسائل النقل من بدون استثناء لوجدت الديناميكا الحرارية هي وراء هذه التقنية.


    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]

    الصورة التالية توضح محرك قديم 1893 ومن زار متاحف لندن سوف يجد الكثير من هذه نماذج المحركات

    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]


    جميع أنواع الماكنات تعمل على نفس المبدأ فهناك يجب أن يكون في المحرك مادة تتغير درجة حرارتها وضغطها وحجمها في عدة مراحل ولكن في النهاية تعود إلى وضعها الابتدائي ولهذا نسمي هذا التغير بدورة المحرك لان المادة المستخدمة تتعرض إلى مجموعة من العمليات الحرارية ينتج عنها شغل (طاقة ميكانيكية) وتعود المادة إلى وضعها الابتدائي لتتكرر الدورة باستمرار ونحصل على شغل باستمرار.

    والشكل التالي يوضح فكرة عمل المحرك حيث يوجد لدينا مستودع حراري عند درجة حرارة TH يزود المستودع الحراري المادة بكمية الحرارة اللازمة QH وينتج عن ذلك شغل W وتفقد المادة حرارة إلى المستودع الحراري البارد عند درجة حرارة TC

    نطلق اسم مستودع حراري لان مهما اكتسب حرارة او فقد حرارة فان درجة حرارته لا تتغير مثل ماء البحر مهاما أضفنا له أو سحبنا منه لا يتغير مقدار الماء فيه.


    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]

    لذا يتم تعريف المحرك الحراري بأنه آلة تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل من خلال قيام المادة بدورة كاملة تمتص فيها حرارة من المستودع الساخن وتفقد حرارة إلى المستودع البارد.
    إذا الحرارة التي نصرفها للنظام هي QH وهي أما حرق بنزين أو فحم أو غيره والحرارة المفقودة التي يخسرها المحرك هي QC وهي حرارة مفقودة ويجب أن تفقد لنحصل على شغل W وهو الذي نريد أن نستفيد منه ويكون هذا الشغل مساويا للفرق بين كمية الحرارة المكتسبة والمفقودة أي

    [align=center]W = QH - QC[/align]

    وتعرف الكفاءة للمحرك على إنها حاصل قسمة الشغل الذي نحصل عليه على كمية الحرارة QH

    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]


    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]


    والمحركات الحرارية تصنف في الأغلب إلى نوعين نوع يسمى ماكنات الاحتراق الداخلي وماكنات الاحتراق الخارجي ولكن في النهاية كل الأنواع التي تندرج تحت هذين الصنفين هي في الأساس تعتمد على الفكرة السابقة الذكر. وكل المحاولات التي جرت على تطوير المحركات كانت لتحسين كفاءة المحرك وزيادة الشغل الناتج عنه.


    عدل سابقا من قبل Admin في الأربعاء يوليو 01, 2009 7:49 pm عدل 1 مرات


    _________________
    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
    avatar
    أبو إياد
    محترف
    محترف

    sms : من فقد الله
    فماذا وجد
    ومن وجدالله
    فماذا فقد

    ذكر
    الفأر
    عدد المساهمات : 1292
    السٌّمعَة : 17
    تاريخ التسجيل : 09/04/2009
    العمر : 33
    الموقع : سلطنة عمان
    العمل/الترفيه : مدرس فيزياء بسلطنة عمان

    p3 رد: دورة محرك كارنو

    مُساهمة من طرف أبو إياد في الأربعاء يوليو 01, 2009 7:21 pm

    الكفاءة المثالية
    حسنا الآن سوف نقوم بشرح ماكنة كارنو وتوضيح أهميتها حيث إن ماكنة كارنو هي ماكنة مثالية تعمل بين مستودعين حراريين درجة حرارتهما TH و TC تعطي الكفاءة القصوى لأي محرك حقيقي يعمل بين نفس المستودعين.

    هذا هو محرك كارنو فهو يضع القيمة العظمى للكفاءة لأي محرك تقوم أي شركة بإنتاجه يعمل بين مستودعين حراريين فلا يمكن أن تكون اكبر من كفاءة محرك كارنو.

    قد يخطر على بالنا سؤال هام وهو لماذا لا نستطيع أن نحصل على محرك بكفاءة 100% حيث يتضح من معادلة الكفاءة انه يمكن ذلك بان نجعل كمية الحرارة المفقودة للمستودع البارد QC تساوي صفر.

    هذا مستحيل أن يحدث لأنه لا يمكن أن يعمل محرك خلال دورة يتم فيها تحويل كمية الحرارة QH بالكامل إلى شغل W وهذا ما نص عليه القانون الثاني للديناميكا الحرارية حسب صيغة بلانك-كلفن.


    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]

    لو نظرت للشكل أعلاه حيث على اليسار مثال تجريبي لما يحدث في المحرك الحراري لنقرب فكرة استحالة الحصول على محرك بدون أن يكون هناك فقد في كمية الحرارة حيث إن المروحة التي توجد عند المصب المائي تدور نتيجة لتدفق الماء من الأعلى إلى الأسفل ولا يمكن بأي حال من الأحوال أن نحصل على حركة للمروحة بدون سقوط الماء إلى الأرض.

    في سنة 1824 قام العالم الفرنسي Sadi Carnot 1796–1832 وللعلم حرف t لا يلفظ فنقول كارنو بتصميم دورة لماكنة حرارية مثالية، بحيث انه لا يمكن بأي حال من الأحوال تصميم ماكنة حرارية تعمل بين مستودعين حراريين أن تكون كفاءتها أعلى من كفاءة ماكنة كارنو التي تعمل بين نفس المستودعين الحراريين.


    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]

    افترض كارن وان الدورة المثالية لمحركه الحراري المثالي تتألف من أربعة مراحل يتم فيها تمرير النظام عبر دورة كاملة يتم امتصاص حرارة وفقد حرارة والحصول على شغل كيف ذلك دعونا لنرى تفاصيل هذه الدورة.

    ونكمل الموضوع


    _________________
    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
    avatar
    أبو إياد
    محترف
    محترف

    sms : من فقد الله
    فماذا وجد
    ومن وجدالله
    فماذا فقد

    ذكر
    الفأر
    عدد المساهمات : 1292
    السٌّمعَة : 17
    تاريخ التسجيل : 09/04/2009
    العمر : 33
    الموقع : سلطنة عمان
    العمل/الترفيه : مدرس فيزياء بسلطنة عمان

    p3 رد: دورة محرك كارنو

    مُساهمة من طرف أبو إياد في الأربعاء يوليو 01, 2009 7:23 pm

    شرح تفاصيل دورة كارنو

    نفترض أن غاز مثالي في مكبس متحرك يعمل بين مستودعين حراريين هما TC و TH. نفرض أن كلاً من المكبس وجدار الاسطوانة غير موصلتين للحرارة ولا يوجد أي احتكاك او تسرب للغاز.
    تتكون دورة ماكنة كارنو من أربعة مراحل منها مرحلتين تتمان عند ثبوت درجة الحرارة isothermal والآخرين عند ثبوت كمية الحرارة adiabatic. ولشرح الدورة وتتبع مراحلها سوف نشرح ما يحدث للنظام داخل المكبس ونمثل ذلك بيانيا على منحنى PV Diagram.

    (1) العملية من A إلى B تمدد للغاز تحت درجة حرارة ثابتة
    حيث يكون المكبس متصل حرارياً مع المستودع الحار وهنا يمتص الغاز كمية حرارة QH من المستودع الحار ويقوم الغاز ببذل شغل مقداره WAB لدفع المكبس. وتكون هذه العملية تحت درجة حرارة ثابتة

    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]

    (2) العملية من B إلى C تمدد في علمية اديباتيكية
    حيث يتم في هذه المرحلة انتقال المكبس إلى جدار عازل غير متصل باي مستودع حراري ويحدث استمرار لتمدد الغاز في هذه المرحلة ولكن تحت كمية حرارة ثابتة وتنخفض درجة الحرارة من TH إلى TC ويبذل الغاز شغل مقداره WBC لدفع المكبس.


    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]


    (3) العملية من C إلى D انضغاط للغاز تحت درجة حرارة ثابتة
    ينتقل المكبس في هذه المرحلة إلى الجدار المتصل بالمستودع البارد عند درجة حرارة TC والغاز ينضغط تحت درجة حرارة ثابتة TC حيث يفقد الغاز كمية حرارة QC إلى المستودع البارد. وهنا يبذل المكبس شغل على الغاز ومقداره WCD.

    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]


    (4) العملية من D إلى A انضغاط للغاز في عملية اديباتيكية
    ينتقل المكبس مرة أخرى إلى الجدار العازل ليستمر ضغط الغاز ولكن بدون تغير في كمية الحرارة أي عملية اديباتيكية وترتفع درجة حرارته إلى TH ويزداد الضغط ويكون الشغل المبذول على الغاز WDA.

    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]

    في هذا العرض الفلاشي توضيح متصل للمراحل الأربعة سابقة الذكر


    _________________
    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
    avatar
    أبو إياد
    محترف
    محترف

    sms : من فقد الله
    فماذا وجد
    ومن وجدالله
    فماذا فقد

    ذكر
    الفأر
    عدد المساهمات : 1292
    السٌّمعَة : 17
    تاريخ التسجيل : 09/04/2009
    العمر : 33
    الموقع : سلطنة عمان
    العمل/الترفيه : مدرس فيزياء بسلطنة عمان

    p3 رد: دورة محرك كارنو

    مُساهمة من طرف أبو إياد في الأربعاء يوليو 01, 2009 7:24 pm

    حساب كفاءة دورة كارنو

    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]

    ويمكن التعويض عن QH و QC حسب الشرح الموضح في المحاضرة على الرابط التالي
    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

    نحصل على إن كفاءة ماكنة كارنو بالمعادلة التالية


    [align=center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة][/align]


    وهذا يعني انه بمعرفة درجة حرارة المستودع الحار والمستودع البارد المستخدم في المحرك نستطيع ان نحسب أعلى كفاءة مثالية لأي محرك حقيقي يعمل بين نفس المستودعين الحراريين.
    فعلى سبيل المثال لو كانت درجتي الحرارة للمستودع البارد والمستودع الحار هي 500 و 300 كلفن على التوالي فان كفاءة ماكنة كارنو ستكون 40% (كفاءة منخفضة للفرق الصغير بين درجة حرارة المستودع الحار والبارد.

    وأي محرك حقيقي يعمل بين هذين المستودعين سوف تكون كفاءته اقل من 40% ويستحيل أن تكون اكبر من ذلك.

    منقوووووول من موقع الدكتور حازم


    _________________
    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

    [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
    avatar
    miramar
    محترف
    محترف

    : ’
    ذكر
    عدد المساهمات : 1805
    السٌّمعَة : 16
    تاريخ التسجيل : 24/06/2009

    p3 رد: دورة محرك كارنو

    مُساهمة من طرف miramar في السبت أغسطس 29, 2009 4:08 am

    مشكووووووووووووور

      الوقت/التاريخ الآن هو الإثنين يوليو 16, 2018 11:31 am