T-s diagram

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Zobrazenie ideálneho Dieselovho cyklu v T-s diagrame:
- krivka 2-3 je izochora,
- krivka 1-4 izobara
Nevratnosť v T-s diagrame:
- plná čiara ideálny vratný proces,
- čiarkovaná čiara - nevratný proces (reálny)

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[upraviť | upraviť zdroj]

Spojité 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:

Zo vzťahu špecifických tepelných kapacít vyplýva, že izochora bude v diagrame stúpať vždy strmšie ako izobara (pozri úvodný obrázok).

Zobrazenie nevratných procesov[upraviť | upraviť zdroj]

Vyššie 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[upraviť | upraviť zdroj]

Oblasť 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:

  1. oblasť kvapaliny - naľavo od krivky sýtej kvapaliny
  2. oblasť vlhkej pary - medzi krivkami sýtej kvapaliny a sýtej pary pod kritickým bodom (vo zvonovitej časti diagramu)
  3. oblasť prehriatej pary - napravo od krivky sýtej pary
  4. oblasť plynu - nad kritickým bodom

Čiary v T-s diagrame pre oblasť kvapalín a pár[upraviť | upraviť zdroj]

T-s diagram pre vodu/vodnú paru

Priebeh čiar pri jednotlivých základných dejoch sa mení, v závislosti od oblasti, cez ktorú dej prebieha:

Plochy v T-s diagrame[upraviť | upraviť zdroj]

Porovnanie bodov a plôch Carnotovho cyklu zobrazeného v p-v a T-s diagrame

Plošný 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[upraviť | upraviť zdroj]

Zobrazenie 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[upraviť | upraviť zdroj]

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. a b c KUNC, Antonín, a kol. Mechanika III. Bratislava : Slovenské vydavateľstvo technickej literatúry, n.p., 1965. 256 s.

Zdroje[upraviť | upraviť zdroj]

  • ANTAL, Štefan. Termodynamika. Bratislava : Edičné stredisko STU, 1992. 317 s.