מעגל סטרלינג או מכונת סטרלינג היא מכונת חום אשר פועלת באופן מחזורי על ידי דחיסה והתפשטות של גז בטמפרטורות שונות. השימוש העיקרי במעגל הוא במנוע סטרלינג, שבו הוא מנוצל לשם הנעת גלגל.
רכיבי המכונה
- בוכנה- אלמנט המעביר את גז העבודה מהאזור החם אל האזור הקר.
- גז העבודה- מכונת סטרלינג היא מערכת בה אין מעבר חומר, גז העבודה לא משתנה בין מחזור למחזור.
- מחליפי חום – מחליף החום הוא המרכיב אשר מאפשר לחום להיכנס אל המערכת. במקרה שלנו מדובר בתחתית הפחית אשר נמצאת בסמוך ללהבה.
- רגנרטור – רכיב זה בעל שני תפקידים: הראשון הוא לשמש כחיץ בין הסביבה החמה לקרה והשני הוא לשמש במעין "מאגר תרמי" בתוך המערכת. כאשר המערכת מתחממת חום נאגר, בין היתר, במאתחל. המאתחל הוא לרוב רשת (כמו צמד פלדה), וכאשר הגז החם עובד דרכה חלק מהחום מועבר אליה. כאשר הטמפ' של גז העבודה יורדת עתה המאתחל עובד בכיוון ההפוך ועוזר לחמם אותו לקראת המחזור החדש של המונע.
מעגל המכונה
- התפשטות איזותרמית – גז העבודה הדחוס מקבל חום מאמבט החום ומבצע התפשטות איזותרמית. הוא מבצע עבודה על הפיסטון.
- דחיסה איזוכורית- גז העבודה עובר אל האזור הקר במכונה, במעבר דרך המאתחל הוא מאבד מהחום שלו. כאשר הגז מאבד מהחום שלו הלחץ קטן משמעותית.
- התפשטות איזותרמית- הפיסטון מבצע עבודה על גז העבודה. בגלל הלחץ הנמוך העבודה היא קטנה יותר מאשר בתהליך ההתפשטות האיזותרמית ולכן סה"כ יוצאת עבודה מהמכונה.
- דחיסה איזוכורית- חום מועבר אל גז העבודה דרך המתאחל ובכך הלחץ של הגז עולה חזרה אל המצב ההתחלתי של המכונה.
ניצולת המכונה
ניתן לחשב את סכום העבודות משני תהליכי הדחיסה כאשר TH היא הטמפרטורה של האיזותרמה העליונה ו-TL הטמפרטורה של האיזותרמה התחתונה.
כמו כן ניתן לחשב את החום הנכנס למערכת:
על ידי ביטוי הניצולת בתור היחס בין העבודה המבוצעת לבין החום הנכנס.
מתקבלת ניצולת הזהה ליעילות מכונת קרנו. הקשר בין מכונת קרנו לבין מכונת סטרלינג היא שבעוד שמכונת קרנו היא מכונה היפותטית שלא ניתנת למימוש, מכונת סטרלינג היא אמיתית וניתן לבנות מכונות על פי השלבים המתוארים.
ראו גם
תרמודינמיקה
|
חוקי יסוד
|
חוקי שימור (החומר, האנרגיה) • חוקי התרמודינמיקה: אפס, ראשון, שני (ראו גם: תנועה נצחית, השד של מקסוול), שלישי
|
קבועים
|
קבוע הגזים • קבוע בולצמן • קבוע אבוגדרו • קבוע פלאנק
|
משתנים
|
אינטנסיבים (טמפרטורה, לחץ, פוטנציאל כימי) • אקסטנסיבים (אנטרופיה, נפח, מספר חלקיקים) • משוואת מצב
|
יחידות מידה
|
טמפרטורה (צלזיוס, קלווין, יח' אחרות) • נפח (ליטר, מטר מעוקב) • לחץ (בר, אטמוספירה, פסקל) • מספר חלקיקים (מול) • אנרגיה (ג'אול, קלוריה)
|
אפיון
|
הפיכות (תהליך הפיך, תהליך בלתי הפיך) • שינוי האנתלפיה (תהליך אקסותרמי, תהליך אנדותרמי) • שינוי באנרגיה (תהליך ספונטני, תהליך מאולץ) • תהליך (איזוברי, איזותרמי, איזוכורי, אדיאבטי, איזנטרופי, איזואנתלפי)
|
פוטנציאלים תרמודינמיים
|
אנרגיה פנימית • אנתלפיה • האנרגיה החופשית של הלמהולץ • האנרגיה החופשית של גיבס
|
מצבי צבירה ומעברי פאזות
|
מצבי צבירה (מוצק, נוזל, גז) • מעברי פאזות (התכה, התאדות, המראה, התעבות, הקפאה) • נקודת התכה • נקודת רתיחה • נקודה משולשת • נקודה קריטית • דיאגרמת פאזות • משוואת קלאוזיוס-קלפרון • חוק הפאזות של גיבס
|
גזים
|
גז אידיאלי • גז ואן דר ואלס • התאוריה הקינטית של הגזים • לחץ חלקי • חוק ראול • מודל דלטון • חוק בויל-מריוט • חוק גה-ליסאק • חוק שארל• משוואת הגז האידיאלי
|
חום וטמפרטורה
|
האפס המוחלט • יח' מידה לטמפרטורה • שיווי משקל תרמודינמי • קיבול חום • יחס קיבולי החום • חום כמוס • חוק הס • קלורימטר • אפקט ג'ול-תומסון • הסעת חום • מוליכות חום • מעבר חום • קרינה תרמית • קשר מאייר • האינדקס האדיאבטי
|
מעגלי עבודה
|
מעגלים תרמודינמיים (קרנו, סטרלינג, ברייטון, אריקסון, רנקין, סטירלינג, דיזל, לנואר, אוטו, היגרוסקופי, סקודירי, סטודרד) • נצילות
|
יישומים
|
מכונות חום • מנועים • משאבות • משאבת חום • מחליף חום • מיזוג אוויר • מקרר • קירור תרמואלקטרי • תחנות כוח
|
מונחים נוספים
|
תאוריית הקלוריק • תנועה בראונית • פונקציית מצב • תרמודינמיקה סטטיסטית • קשרי מקסוול • תרמוכימיה
|
דמויות בולטות
|
דניאל ברנולי (1700–1782) • בנג'מין תומפסון (1753–1814) • סאדי קרנו (1796–1832) • אמיל קלפרון (1799–1874) • רוברט מאייר (1814–1878) • ג'יימס ג'ול (1818–1889) • ויליאם ג'ון מקורן רנקין (1820–1872) • הרמן פון הלמהולץ (1821–1894) • רודולף קלאוזיוס (1822–1888) • ויליאם תומסון (1824–1907) • ג'יימס קלרק מקסוול (1831–1879) • יוהנס דידריק ואן דר ואלס (1837–1923) • ג'וסיה וילארד גיבס (1839–1903) • לודוויג בולצמן (1844–1906) • מקס פלאנק (1858–1947) • פייר דוהם (1861–1916) • קונסטנטין קרתיאודורי (1873–1950) • לארס אונסאגר (1903–1976)
|
קישורים חיצוניים