donderdag 22 april 2010

ruitje

Gas dat in een afgesloten doos gestopt is, lijkt niets interessants te kunnen opleveren. Wat moet je met gas in een doos? Welnu: thermodynamica. Dat gaat over gas in een doos. Daar noemen ze de doos een cilinder. Je kunt de cilinder met een zuiger kleiner en groter kunt maken en je kunt de cilinder opwarmen en koelen. Als je dat doet veranderen er drie dingen: het volume, de druk en de temperatuur. (En dan heb je en motor)

Het rottige vind ik dat er in de thermodynamica steeds drie dingen veranderen. Mijn wiskundige overzicht kan maar twee veranderende dingen aan. Een grafiek heeft toch ook maar twee assen? De thermodynamici hebben daarom één variabele weggemoffeld. En niet de minste: de temperatuur. Immers: wat doet die temperatuur ertoe, als je met druk en volumeverandering alleen een motor kunt laten draaien?

Hoe de druk verandert onder invloed van het volume, wordt weergegeven in een pV-diagram. De cilinder wordt groter en kleiner, en de druk verandert mee. Als de krukas één rondje gedraaid heeft begint het proces opnieuw. Dit heet een kringproces. De energie die de motor levert is zo groot als het oppervlak tussen de lijnen in het pV-diagram. Sorry, maar ik kan wel een groter oppervlak bedenken dan dat miezerige ruitje dat ontstaat tussen de lijnen van het pV-diagram van de meest rendabele motor die er bestaat: de Carnot-motor met een verdrietige 33%.

4 opmerkingen:

Jelle van Dijk zei

dus we willen in stap 2->3 de druk zo laag mogelijk houden, en hem dan pas in stap 3->4 zo sterk mogelijk laten stijgen (zonder het volume nog veel te verkleinen) en dan willen we in stap 4->1 het volume zoveel mogelijk vergroten zonder de druk te verlagen en dan willen we in stap 1->2 de druk sterk laten dalen zonder het volume nog meer te vergroten.

maar hoe moet dat dan?
(anders gezegd: hoe komt het eigenlijk dat punt 1 en 3 uberhaubt niet op elkaar liggen? dat is uiteindelijk omdat je er van buitenaf energie in stopt, door op die zuiger te duwen, toch? anders zou het niet kunnen: een 'gratis' ruitje?)

(grappig: als woordverificatiewoord moet ik nu "debet" typen)

Rik Almekinders zei

Och Jelle, wat beschrijf je dat mooi! Wat ik intuitief zou willen in een grafiek met zo kort mogelijke lijnen en een zo groot mogelijk oppervlak. Een cirkel dus. En dat kan misschien wel, maar dat is helemaal niet 'rendabel', want daarvoor is eneorm veel warmte nodig, die verder helemaal niet nuttig gebruikt wordt. Omdat temperatuur niet is weergegeven in het pV-diagam zie je dat effect dus niet.

Wat jij beschrijft kan wel gemaakt worden: dan heet stap 2 -> 3 (en stap 4 -> 1 ook, trouwens) een isobaar (de druk blijft gelijk), terwijl je in stappen 1 -> 2 en 3 -> 4 het volume gelijk houdt: een isochoor.

Hoe zo'n motor eruit ziet, dat weet ik niet.

Overigens ben ik nu het licht aan het zien van het TS-diagram, waarin de temperatuur wordt uitgezet tegen de entropie, van precies dezelfde processen. Dit diagram gaat uitxdrukkelijk niet over de arbeid die geleverd wordt, maar over de warmte die geinvesteerd wordt. Bij de Carnotmotor krijg je dat precies dat vierkant dat jij nastreeft. Nu nog het rondje dat ik zou willen!

erik zei

Iets anders wat afgesloten gas kan opleveren is informatie over de luchtsamenstelling van vroeger. Misschien is het achterhaald door ijsboringen, maar ik heb een leuke documentaire gezien over wetenschappers die (oer)oude banden tapten!

Rik Almekinders zei

Oude lucht. Ik denk dat het stinkt.