آلة كظومة

آلة كظومة في الهندسة الميكانيكية والكيمياء (بالإنجليزية: Adiabatic Machine)

مخطط درجة الحرارة والانتروبي: تغير غير عكوسي في حالة البخار الخارج من التوربين (يسار) ، وضغط البخار الداخل (يمين ) . Tu هي درجة حرارة الغرفة .

هي آلة لا تسخن ولا تبرد ، أي لا يحدث فيها تبادل حراري ولذلك يوصف مبدأ عملها ب عملية كظومة . ولكنها ليست عملية متساوية الاعتلاج وإنما تستغل تغير الإنتروبي للتحريك . مثل تلك الآلة التوربين الذي يدور بالبخار ويؤدي شغلا ميكانيكيا. يدخله بخار مضغوط ويحتك بريش التوربين ويخرج البخار من المخرج متمددا مما يزيد إنتروبيا الغاز ، ويحدث ذلك بدون تبادل حراري بين النظام والوسط المحيط ، أي أن Q = 0 ولذلك تسمى الآلة "ألة كظومة" . ويوضح الرسم البياني تغير الحالة للآلة عن طريق مخطط درجة الحرارة والإنتروبي ، حيث تعطي المنحنيات تغير الإنتروبي S كدالة لدرجة الحرارة T. وهي كما نرى لا تختلف عن مخطط الإنثابي H والإنتروبي S .

كفاءة الآلة

نقوم بتطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية على النظام المفتوح:

{\dot {Q}}+{\dot {W_{\mathrm {t} }}}={\dot {H}}_{\mathrm {2} }-{\dot {H}}_{\mathrm {1} }+{\dot {m}}\cdot g\cdot \left(z_{\mathrm {2} }-z_{\mathrm {1} }\right)+{{\dot {m}} \over 2}\cdot \left(c_{\mathrm {2} }^{2}-c_{\mathrm {1} }^{2}\right)

وبقسمة المعادلة على كتلة الغاز الداخل مع اهمال الطاقة الخارجية ${\dot {m}}\cdot g\cdot \left(z_{\mathrm {2} }-z_{\mathrm {1} }\right)+{{\dot {m}} \over 2}\cdot \left(c_{\mathrm {2} }^{2}-c_{\mathrm {1} }^{2}\right)$ واعتبار التغير في كمية الحرارة $dQ=0$ نحصل على معادلة الشغل :

\ w_{t}=h_{2}-h_{1}

وكما نرى نجد أن الشغل الميكانيكي يساوي فرق الإنثالبي ( وهو طبقا للتعريف الترموديناميكي يكون سالبا الإشارة ، حيث أنه الشغل الذي تؤديه الآلة) . وبذلك نحسب كفاءة التوربين: