مردود حراري دينامي

Thermodynamic efficiency - Rendement thermodynamique

المردود الحراري الدينامي

 

المردود efficiency تعريفاً هو نسبة الطاقة المستخدمة المفيدة Q_u - مثلاً على شكل عمل- إلى الكمية الإجمالية للطاقة Q المقدَّمة للجملة (آلة ما أو محرك):

η = Q_u/Q

ولعدم إمكانية التخلص من ضياع الطاقة في الاحتكاك وغيره من العمليات غير المتوازنة فإن قيمة المردود η أصغر من الواحد بالنسبة إلى الجمل الحقيقية. وعلى أساس المبدأ الثاني في الترموديناميك [ر: التحريك الحراري] فإن المردود الأعظم للآلات الحرارية (نسبة العمل W الذي تبذله في دورة واحدة إلى كمية الحرارة المقدَّمة للجملة في هذه الدورة Q) يتبع فقط لدرجتي حرارة المنبعين الساخن T₁ والبارد T₂ ويساوي:

η = W/Q = (T₁ - T₂) / T₁

ويعرف هذا المردود بمردود دورة كارنو Carnot cycle ويعبر عن الصياغة الرياضية لمبَرْهنة كارنوCarnot theore. وتتألف دورة كارنو- كما يبيّن الشكل - من عمليتين مكظومتين adiabatic processes ومن عمليتين متساويتي درجة الحرارة isothermal processes. ويمكن النظر إلى دورة كارنو على أنها دورة المحرك الحراري الأعلى مردوداً وفقاً للقوانين الفيزيائية. وفي حين أن المبدأ الثاني في الترموديناميك يقول ليس كل الطاقة المقدمة للمحرك الحراري thermal engine يمكن أن تستخدم للقيام بعمل فإن مردود كارنو يضع القيمة الحدية لجزء الحرارة الذي يمكن أن يستخدم للقيام بعمل. وللاقتراب من مردود كارنو يتوجب على العمليات المستخدمة في المحرك الحراري أن تكون عكوسة reversible وألا تقود إلى تغير في الأنتروبية entropy. وهذا يعني أن دورة كارنو دورة مثالية لأن العمليات الفيزيائية كلها تقود إلى زيادة في الأنتروبية ولأن العمليات المستخدمة في المحركات الحقيقية والتي لاتقود إلى زيادة في الأنتروبية, غير عكوسة. كما أن دورة كارنو ليست دورة عملية للمحرك الحراري لأن انتقال الحرارة في العملية المتساوية درجة الحرارة بطيء جداً وبعيد عن أن يأخذ قيمة عملية. وقد قال شرويدر Schroeder أحد الباحثين في هذا المجال: «لا تقلق من عدم تركيب محرك كارنو في سيارتك ففي تركيبه ستزيد المسافة المقطوعة بواحدة الوقود ولكنك من ناحية أخرى ستقطع الطرق السريعة بسرعة الماشي»، وبهذا القول تصبح الصورة واضحة.

العمليات المستخدمة ي دورة كارنو ومردود تلك الحلقة

وبالنسبة إلى المحركات الكهربائية فإن المردود يساوي نسبة العمل الميكانيكي المفيد إلى الطاقة الكهربائية المسحوبة من الشبكة أو من المولِّد. وفي المحولات الكهربائية يتعين المردود بنسبة الطاقة الكهرمغنطيسية التي يحصل عليها في الوشيعة الثانوية إلى الطاقة المصروفة في الوشيعة الأساسية. لمفهوم المردود طبيعة عامة، ويمكن أن يطبق على مختلف الجمل: المحركات الكهربائية electrical enginesوالمحركات المختلفة الأخرى والأجهزة نصف الناقلة semiconductor devices والجمل البيولوجية biological systems؛ وبالتالي يمكن استخدام مفهوم المردود لإجراء تقييم مقارن لفعالية مختلف العمليات.

سليمان سليمان

الموضوعات ذات الصلة:

الأنتروبية ـ التحريك الحراري.

مراجع للاستزادة:

- Y. ROCARD, Thermodynamique, (Masson &Cie, Paris 1967).

- V.E. MIKRUKOV, Thermodynamic Course, (Gos. Ucheb.-Pedag. Press, Moscow 1956).

---

- التصنيف : الكيمياء و الفيزياء - النوع : علوم - المجلد : المجلد الثامن عشر - رقم الصفحة ضمن المجلد : 366 مشاركة :