रुद्धोष्म संपीडन: क्या है, कार्य, उदाहरण और संपूर्ण तथ्य

रुद्धोष्म संपीड़न एक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया है, जहां तापमान में वृद्धि के कारण सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है।

रुद्धोष्म संपीड़न सिस्टम और परिवेश के बीच गर्मी के शून्य हस्तांतरण की विशेषता है। रुद्धोष्म संपीडन के दौरान तापमान में वृद्धि से दाब में वृद्धि होती है जिसे सामान्यतया आयतन में कमी की दर की तुलना में बहुत अधिक स्थिर माना जाता है।

रुद्धोष्म प्रक्रिया को व्यंजक द्वारा परिभाषित किया जा सकता है:

PV^ꝩ = स्थिरांक

कहा पे,

                पी = सिस्टम दबाव

                वी: सिस्टम वॉल्यूम

                ꝩ = गैस की विशिष्ट ऊष्मा का अनुपात (Cp/Cv)

यहाँ Cp स्थिर दाब स्थितियों में विशिष्ट ऊष्मा है और स्थिर आयतन स्थितियों में Cv विशिष्ट ऊष्मा है। उपरोक्त समीकरण में, यह माना जाता है कि सिस्टम परिवेश से पूरी तरह से अछूता है जैसे कि dQ=0, या परिवेश के साथ कोई गर्मी हस्तांतरण नहीं हो रहा है। उपरोक्त अभिव्यक्तियों की अन्य धारणा यह है कि गैस एक आदर्श गैस होनी चाहिए (संपीड़न कारक = 1)

व्यावहारिक संचालन में, आदर्श व्यवहार कुछ गैसों या गैसों की संरचना द्वारा दिखाया जाता है। इसके अलावा, जब एक सिस्टम द्वारा पीवी कार्य किया जाता है तो परिवेश में हमेशा गर्मी का नुकसान होता है। हालांकि, सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए अधिकांश गैसें आदर्श व्यवहार के करीब होती हैं उनके क्वथनांक से ऊपर का दबाव और तापमान. इन परिस्थितियों में, गैसों के बीच टकराव पूरी तरह से लोचदार होते हैं और टकराने वाले परमाणुओं के बीच अंतर-आणविक बल लगभग न के बराबर होते हैं।

छवि|: लोचदार टक्कर

स्रोत: https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/thermodynamics/ideal-gas-law/what-is-ideal-gas/

एक और व्यावहारिक रुद्धोष्म प्रक्रम का उदाहरण है गैस टर्बाइन ऑपरेशन, जहां परिवर्तन प्रक्रिया बहुत छापेमारी है। इन प्रक्रियाओं में, गर्मी का नुकसान होता है, लेकिन प्रक्रिया में स्थानांतरित गर्मी की तुलना में मात्रा काफी कम होती है, जिससे यह महत्वहीन हो जाता है। का एक और उदाहरण एडियाबेटिक प्रक्रिया एक आंतरिक दहन इंजन का संपीड़न और विस्तार स्ट्रोक है।

PV आरेख एक आईसी इंजन में स्ट्रोक का

छवि स्रोत: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/

रुद्धोष्म संपीडन क्या है?

ऊष्मप्रवैगिकी में, an एडियाबेटिक प्रक्रिया dQ=0 की विशेषता है, जहां Q आसपास के साथ स्थानांतरित हृदय है।

रुद्धोष्म संपीडन एक ऐसी प्रक्रिया है, जिसमें वहां किया गया पीवी कार्य ऋणात्मक होता है और इसके परिणामस्वरूप प्रणाली के तापमान में वृद्धि होती है। तापमान में यह वृद्धि प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाती है।

रुद्धोष्म संपीडन पूर्ण इन्सुलेशन ग्रहण करता है, जो विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक है। हालांकि एडियाबेटिक धारणा को इंजीनियरों द्वारा उन प्रक्रियाओं में सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए सुरक्षित रूप से बनाया जा सकता है जो काफी अच्छी तरह से इन्सुलेटेड हैं या जो बहुत तेज़ हैं। 

रुद्धोष्म संपीड़न यह कैसे काम करता है?

रुद्धोष्म संपीडन उन्हीं सिद्धांतों पर कार्य करता है जो ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के सिद्धांत पर होते हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम कहता है कि

डीक्यू = डीयू + डीडब्ल्यू

In रुद्धोष्म संपीड़नचूँकि परिवेश के साथ ऊष्मा स्थानांतरण शून्य है, इसलिए उपरोक्त समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

डीयू = -पीडीवी

उपरोक्त का तात्पर्य है कि आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि मात्रा में कमी से मेल खाती है। आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि प्रणाली के तापमान में वृद्धि से संकेतित होती है।

PV रुद्धोष्म प्रक्रिया का आरेख

स्रोत: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/

क्या संपीड़न हमेशा रुद्धोष्म होता है?

संपीड़ित तरल पदार्थों के लिए संपीड़न किया जाता है, जो मूल रूप से गैस है और यह विभिन्न थर्मोडायनामिक मार्गों के माध्यम से होता है।

गैस संपीड़न प्रक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से तीन प्रकार की हो सकती है: - इज़ोटेर्मल, एडियाबेटिक और पॉलीट्रोपिक संपीड़न। ये सभी अलग-अलग प्रकार के कंप्रेशन समान मात्रा में किए गए काम के लिए अलग-अलग टर्मिनल स्थितियों को जन्म दे सकते हैं।

इज़ोटेर्मल संपीड़न: जैसा कि नाम से पता चलता है, इस प्रकार का संपीड़न स्थिर तापमान पर होता है। यह कंप्रेसर बॉडी पर जैकेटेड कूलेंट प्रदान करके या इंटर-स्टेज कूलिंग प्रदान करके प्राप्त किया जाता है। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में हालांकि, पूर्ण इज़ोटेर्मल संपीड़न प्राप्त करना बहुत मुश्किल है। प्रक्रिया में उत्पन्न गर्मी को दूर करने के लिए पर्याप्त समय के साथ संपीड़न प्रक्रिया को बहुत धीमी गति से गुजरने की अनुमति देकर इज़ोटेर्मल संपीड़न के करीब प्राप्त किया जा सकता है। समतापी संपीड़न व्यंजक द्वारा दिया जाता है

पीवी = स्थिर

रुद्धोष्म संपीडन: इस प्रकार के संपीडन के लिए आवश्यक है कि आस-पास से ऊष्मा का कोई नुकसान या लाभ न हो। इसे प्राप्त करने के लिए एक पूरी तरह से अछूता प्रणाली की आवश्यकता होती है। हासिल करने का एक और तरीका रुद्धोष्म संपीड़न संपीड़न को बहुत तेज गति से करना है, ताकि सिस्टम से आसपास के क्षेत्र में गर्मी के हस्तांतरण के लिए कोई समय प्रदान नहीं किया जा सके। रुद्धोष्म संपीड़न व्यंजक द्वारा दिया जाता है:

PV^ꝩ= स्थिर, जहां संपीड़ित होने वाली गैस के विशिष्ट तापों का अनुपात है।

पॉलीट्रोपिक संपीड़न: पॉलीट्रोपिक संपीड़न वास्तविक जीवन संपीड़न प्रणालियों जैसे कि गैस कंप्रेसर में होने वाली वास्तविक संपीड़न प्रक्रियाओं को परिभाषित करता है। ए पॉलीट्रोपिक संपीड़न प्रक्रिया अभिव्यक्ति द्वारा दिया गया है:

PVⁿ = स्थिरांक, जहां n 1-1.4 . से भिन्न होता है

रुद्धोष्म संपीड़न सूत्र

रुद्धोष्म संपीड़न सूत्र ऊष्मागतिकी के पहले नियम से लिया गया है, यह देखते हुए कि सिस्टम में और से कोई स्थानांतरण गर्मी नहीं है।

रुद्धोष्म संपीडन के सूत्र को विभिन्न रूपों में व्यक्त किया जा सकता है अर्थात पीवी रूप में, टीवी रूप में और पीटी रूप में, जहां पी, वी और टी क्रमशः दबाव, आयतन और तापमान हैं।

दबाव और तापमान के रूप में रुद्धोष्म संपीडन किसके द्वारा दिया जाता है:

P^1-Ꝩ T^ꝩ = स्थिरांक

आयतन और तापमान के रूप में रुद्धोष्म संपीड़न:

TV^-1= स्थिरांक

दाब और आयतन रूप में रुद्धोष्म संपीडन निम्न द्वारा दिया जाता है:

PV^ꝩ= स्थिरांक

रुद्धोष्म संपीड़न की गणना कैसे करें?

रुद्धोष्म संपीड़न की गणना सूत्र PV . का उपयोग करके की जा सकती है^ꝩ= स्थिर।

एक सिलेंडर में गैस को संपीड़ित करने वाला पिस्टन एडियाबेटिक प्रक्रिया कहलाता है, जब आसपास के लिए गर्मी हस्तांतरण शून्य होता है। ऐसे मामले में, यदि गैस की विशिष्ट गर्मी (ꝩ) के अनुपात के साथ प्रारंभिक स्थितियां (पी 1 और वी 1) ज्ञात हैं, तो अंतिम शर्तों में से कोई भी (पी 2, वी 2) प्राप्त की जा सकती है यदि कोई निर्दिष्ट किया गया हो। इस प्रकार, सूत्र बन जाता है:

P₁V₁^ꝩ= पी₂V₂^ꝩ

रुद्धोष्म संपीड़न का क्या कारण है (अप्रासंगिक)

रुद्धोष्म संपीडन में किया गया कार्य

रुद्धोष्म प्रक्रम में किया गया कार्य रुद्धोष्म प्रक्रम के सूत्र से प्राप्त किया जा सकता है

PV^ꝩ= स्थिर (के)। इस सूत्र को P=KV . के रूप में फिर से लिखा जा सकता है^{- ꝩ}

में किए गए कार्य की गणना करने के लिए एडियाबेटिक प्रक्रिया , आइए मान लें कि सिस्टम P1, V1 और T1 की प्रारंभिक स्थिति से अंतिम स्थिति P2, V2 और T2 तक संकुचित है। किया गया कार्य द्वारा दिया गया है

किया गया कार्य (W)= ​​बल x विस्थापन

डब्ल्यू = एफडीएक्स

डब्ल्यू=पीएडएक्स

डब्ल्यू = पी (एडीएक्स)

डब्ल्यू = पीडीवी

V1 से V2 तक संपीड़ित करने के दौरान किए गए कार्य की गणना करने के लिए, PdV को V1 और V2 की सीमा के साथ एकीकृत करने की आवश्यकता है

या डब्ल्यू =

या डब्ल्यू =डीवी जहां पी = केवी^{- ꝩ}

यह के रूप में दिया जा सकता है एडियाबेटिक प्रक्रिया में किया गया कार्य.

आगे एकीकृत करते हुए, हमें किए गए कार्य के लिए अंतिम अभिव्यक्ति मिलती है:

  W=1/(1−γ) {P2​V2​−P1​V1​​}

रुद्धोष्म प्रक्रम में क्या कार्य होता है?

रुद्धोष्म प्रक्रम या तो रुद्धोष्म संपीडन या रुद्धोष्म प्रसार हो सकता है।

के मामले में रुद्धोष्म संपीडन, तंत्र पर परिवेश द्वारा और रुद्धोष्म प्रसार में कार्य किया जाता है काम सिस्टम द्वारा आसपास किया जाता है। रुद्धोष्म प्रक्रम में किया गया कार्य वही होता है जो रुद्धोष्म संपीडन या प्रसार में किया जाता है।

का एक उदाहरण स्थिरोष्म विस्तार वातावरण में गर्म हवा का बढ़ना है, जो कम वायुमंडलीय दबाव के कारण रुद्धोष्म रूप से फैलती है और परिणामस्वरूप ठंडी हो जाती है। इस मामले में काम बढ़ती गर्म हवा द्वारा किया जाता है और सिस्टम द्वारा काम किया जाता है।

रुद्धोष्म संपीडन में कार्य ऋणात्मक है?

हाँ, रुद्धोष्म संपीड़न के दौरान तंत्र द्वारा किया गया कार्य नकारात्मक है।

रुद्धोष्म संपीड़न तंत्र की आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि के साथ होता है। हम . के प्रथम नियम से जानते हैं ऊष्मप्रवैगिकी चूँकि रुद्धोष्म संपीडन में dQ शून्य है,

डीयू + डीडब्ल्यू = 0

या dU=-dW

dU और dW एक दूसरे के साथ एक नकारात्मक संबंध साझा करते हैं। इस प्रकार, चूंकि आंतरिक ऊर्जा परिवर्तन सकारात्मक है, इसलिए किया गया कार्य नकारात्मक है।

संबंध की पुष्टि इस तथ्य से भी की जा सकती है कि रुद्धोष्म संपीडन के दौरान आंतरिक ऊर्जा ऊपर उठती है, कार्य प्रणाली पर आसपास के द्वारा किया जाता है और इसलिए सिस्टम द्वारा आसपास पर किया गया कार्य ऋणात्मक होता है।

इसके विपरीत, रुद्धोष्म प्रसार के दौरान तंत्र द्वारा परिवेश पर किया गया कार्य सकारात्मक है।

रुद्धोष्म प्रक्रिया में किए गए कार्य की गणना आप कैसे करते हैं?

एक रुद्धोष्म प्रक्रिया को प्राप्त किया जा सकता है यदि गैस का विस्तार या संपीड़न पूरी तरह से अछूता प्रणाली में किया जाता है या इतनी तेजी से किया जाता है कि परिवेश में गर्मी हस्तांतरण नगण्य है।

गणितीय रूप से, रुद्धोष्म प्रसार और रुद्धोष्म संपीड़न के बीच कोई अंतर नहीं है और इसलिए वे समान सूत्रों और व्युत्पत्तियों का पालन करते हैं।

इस प्रकार, ऊपर उल्लिखित रुद्धोष्म संपीड़न के लिए उपयोग किए गए सभी सूत्र किसी रुद्धोष्म प्रक्रिया के लिए सही हैं।

क्या रुद्धोष्म संपीडन उत्क्रमणीय है?

यदि एन्ट्रापी में कोई परिवर्तन नहीं होता है तो रुद्धोष्म संपीडन उत्क्रमणीय होता है

एक प्रक्रिया को उत्क्रमणीय कहा जाता है यदि यह आइसोट्रोपिक है या सिस्टम की एन्ट्रापी या dS=0 में कोई बदलाव नहीं है। रुद्धोष्म संपीडन वह होता है जिसमें में कोई परिवर्तन नहीं होता है गर्मी का हस्तांतरण परिवेश के साथ। रुद्धोष्म संपीड़न प्रतिवर्ती होने के लिए, संपीड़न प्रक्रिया घर्षण रहित होनी चाहिए।

An प्रतिवर्ती रुद्धोष्म का उदाहरण संपीड़न जिसे एक आइसेंट्रोपिक संपीड़न भी कहा जाता है, गैस टरबाइन या आधुनिक जेट इंजन में पाया जा सकता है। यह गैस टर्बाइन ब्रेटन चक्र का अनुसरण करते हैं के रूप में नीचे दिखाया गया है.

उपरोक्त आकृति में, आदर्श ब्रेटन चक्र चार थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं से मिलकर बनता है।

चरण 1-> चरण 2: आइसोएंट्रोपिक संपीड़न

स्टेज 2-> स्टेज 3: आइसोबैरिक हीटिंग

चरण 3-> चरण 4: आइसो एंट्रोपिक विस्तार

संगीता दास

मैं संगीता दास हूं. मैंने आईसी इंजन और ऑटोमोबाइल में विशेषज्ञता के साथ मैकेनिकल इंजीनियरिंग में मास्टर डिग्री पूरी की है। मेरे पास उद्योग और शिक्षा क्षेत्र में लगभग दस वर्षों का अनुभव है। मेरी रुचि के क्षेत्र में आईसी इंजन, एयरोडायनामिक्स और फ्लूइड मैकेनिक्स शामिल हैं। आप मुझ तक यहां पहुंच सकते हैं