T-s diagram
T-s diagram (iné názvy: diagram teplota - špecifická entropia, zjednodušene (a nepresne) diagram teplota - entropia, tepelný diagram[1] , entropický diagram[1]) je stavový diagram, v ktorom sa zobrazuje závislosť teploty na špecifickej entropii. Na vodorovnú os sa vynáša špecifická entropia (J.K-1.kg-1) na zvislú os teplota (K). Diagram má využitie pri analýze termodynamických dejov podľa druhého termodynamického zákona.
Čiary v T-s diagrame pre oblasť plynu
upraviťSpojité čiary v T-s diagrame zobrazujú rôzne termodynamické deje alebo ich postupnosť pomocou ktorých sa plyn dostane z jedného stavu do druhého. Základné vratné termodynamické deje pre ideálny plyn majú v diagrame charakteristický priebeh čiar:
- izoterma - čiara je rovnobežná s vodorovnou osou
- adiabata - čiara je rovnobežná so zvislou osou
- polytropa - čiara je šikmá úsečka spájajúca body počiatočného a konečného stavu deja
- izobara - exponenciálna krivka ktorej subtangenta určuje hodnotu špecifickej tepelnej kapacite pri konštantnom tlaku
- izochora - exponenciálna krivka ktorej subtangenta určuje hodnotu špecifickej tepelnej kapacite pri konštantnom objeme
Zo vzťahu špecifických tepelných kapacít vyplýva, že izochora bude v diagrame stúpať vždy strmšie ako izobara (pozri úvodný obrázok).
Zobrazenie nevratných procesov
upraviťVyššie popísané priebehy čiar platia pre idealizované vratné procesy. V prípade prítomnosti nevratnosti v procese, čo sa deje pri všetkých technických aplikáciách, dochádza počas procesu k vzrastu entropie v súlade s Clausiusovou nerovnosťou. To má za následok posun konečného stavu smerom doprava (pozri druhý obrázok).
T-s diagram pre oblasť kvapalín a pár
upraviťOblasť kvapalín a pár, t.j. oblasť pod kritickou teplotou má význam pri skúmaní a analýzach parných strojov, parných turbín, alebo chladiacich zariadení s parným cyklom. Do diagramu sa zakresľuje aj krivka sýtej kvapaliny a krivka sýtej pary, ktoré sa spájajú v kritickom bode. V oblasti mokrej pary sa často zakresľujú aj čiary konštantnej suchosti pary. Diagram začína v trojnom bode pri teplote 0 °C z ktorého vychádza krivka sýtej kvapaliny. Je dohodnuté že v tomto bode má aj entropia (špecifická entropia) nulovú hodnotu[1].
Diagram má štyri charakteristické oblasti:
- oblasť kvapaliny - naľavo od krivky sýtej kvapaliny
- oblasť vlhkej pary - medzi krivkami sýtej kvapaliny a sýtej pary pod kritickým bodom (vo zvonovitej časti diagramu)
- oblasť prehriatej pary - napravo od krivky sýtej pary
- oblasť plynu - nad kritickým bodom
Čiary v T-s diagrame pre oblasť kvapalín a pár
upraviťPriebeh čiar pri jednotlivých základných dejoch sa mení, v závislosti od oblasti, cez ktorú dej prebieha:
- izoterma - čiara je rovnobežná s vodorovnou osou vo všetkých oblastiach
- adiabata - čiara je rovnobežná so zvislou osou vo všetkých oblastiach
- izobara:
- v oblasti kvapaliny - krivka s priebehom veľmi blízko pri krivke sýtej kvapaliny zľava, odchýlky narastajú s tlakom
- v oblasti mokrej pary - rovnobežná s vodorovnou osou
- v oblasti prehriatej pary - exponenciálna krivka ktorej subtangenta určuje hodnotu špecifickej tepelnej kapacite pri konštantnom tlaku
- izochora:
- v oblasti mokrej pary - krivka vychádzajúca z počiatku diagramu odkláňajúca sa od čiary sýtej kvapaliny doprava
- v oblasti prehriatej pary - exponenciálna krivka ktorej subtangenta určuje hodnotu špecifickej tepelnej kapacite pri konštantnom objeme
Plochy v T-s diagrame
upraviťPlošný obsah plochy pod krivkou v T-s diagrame je úmerný špecifickému teplu prenesenému pri deji reprezentovanom danou krivkou. Toto vyplýva zo vzťahu pre entropiu:
kde
- – je celkové špecifické teplo prenesené počas vnútorne vratného procesu (J.kg-1J)
- – je funkcia priebehu teploty (K)
- – je diferenciál špecifickej entropie (J.K-1.kg-1)
Carnotov cyklus v T-s diagrame
upraviťZobrazenie Carnotovho cyklu v T-s diagrame dáva vizuálne jasný dôkaz, prečo je účinnosť Carnotovho cyklu najväčšia v porovnaní s akýmkoľvek cyklom realizovanými medzi dvoma výmenníkmi tepla so zadanými teplotami. Plocha Carnotovho cyklu (obdĺžnik - viď obrázok) je maximálna, ktorá sa dá medzi dvoma teplotami v diagrame vymedziť a teda rozdiel medzi privedeným a odvedeným teplom pri daných teplotách je tiež maximálny.
Pozri aj
upraviťReferencie
upraviťZdroje
upraviť- ANTAL, Štefan. Termodynamika. Bratislava : Edičné stredisko STU, 1992. 317 s.