Language
Country/Area
No result found
الديناميكا الحرارية العكسية: لماذا لا تتدفق الحرارة تلقائيًا إلى المناطق ذات درجة الحرارة المرتفعة؟
في المبادئ الأساسية للديناميكا الحرارية، كثيرًا ما نذكر مفهومًا أبديًا: لا يمكن للحرارة أن تتدفق تلقائيًا من منطقة منخفضة درجة الحرارة إلى منطقة ذات درجة حرارة عالية. السبب الأساسي لهذه الظاهرة يأتي من القانون الثاني للديناميكا الحرارية، والذي نسميه غالبًا عملية الديناميكا الحرارية التي لا رجعة فيها. بعبارات بسيطة، ينص هذا القانون على أنه لكي تنتقل الحرارة إلى درجة حرارة أعلى، يجب توفير طاقة خارجية أو شغل.
يكون التدفق الطبيعي للحرارة من المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة إلى المناطق ذات درجات الحرارة المنخفضة، وهذه الظاهرة موجودة في كل مكان في الطبيعة.
في حياتنا اليومية، يعتمد كل شيء بدءًا من تشغيل الثلاجات وحتى استخدام مكيفات الهواء على حركة الحرارة. لكن عندما نتخيل تدفئة غرفة باردة في الشتاء، كيف يتم ذلك؟ وفي هذه الأنظمة يجب أن نعتمد على بعض الأجهزة الميكانيكية، مثل المضخة الحرارية أو نظام التبريد، لنقل الحرارة بقوة من منطقة منخفضة الحرارة إلى منطقة ذات درجة حرارة عالية.
مفاهيم أساسية للدورات الديناميكية الحرارية
ترتبط مبادئ التشغيل في المضخات الحرارية وأنظمة التبريد ارتباطًا وثيقًا بالدورة الديناميكية الحرارية. وفقًا للنموذج النظري للديناميكا الحرارية، يمكن وصف هذه الأنظمة بأنها دورات ديناميكية حرارية، بما في ذلك دورة ضغط البخار، ودورة امتصاص البخار، ودورة الغاز.
دورة ضغط البخار
تُعد دورات ضغط البخار هي الشكل الأكثر شيوعًا لتطبيقات التبريد والتدفئة اليوم. خلال هذه العملية، يدخل المبرد إلى الضاغط على شكل بخار منخفض الضغط ودرجة حرارة منخفضة. وبعد ضغطه يتحول إلى غاز ذو ضغط عالي ودرجة حرارة عالية، ومن ثم يدخل إلى المكثف ليطلق الحرارة ويتحول إلى الحالة السائلة. بعد ذلك، يمر السائل ذو الضغط المنخفض عبر صمام التمدد لتقليل ضغطه، ثم يدخل إلى المبخر لامتصاص الحرارة، ليشكل في النهاية دورة تشغيل.
في دورة ضغط البخار المثالية، يمتص المبرد الحرارة من المبخر ويطلق الحرارة من المكثف لتحقيق التدفئة أو التبريد.
دورة امتصاص البخار
هناك شكل آخر للدورة وهو دورة امتصاص البخار، على الرغم من أن أدائها ليس جيدًا بشكل عام مثل دورة ضغط البخار، إلا أنها لا تزال تلعب دورًا في بعض الاحتياجات، خاصة عندما تكون مصادر الحرارة متاحة بسهولة أكبر من الكهرباء، مثل: حرارة النفايات الصناعية أو الطاقة الشمسية وما إلى ذلك. تستخدم هذه الدورة الطاقة الحرارية لتبخير وإطلاق مادة التبريد عن طريق خلط مادة التبريد والماصة.
تداول الغاز
بالمقارنة مع هذه الأنواع من الدورات، فإن دورة الغاز تدور حول الغاز دون تغيير في الطور. تُستخدم هذه العملية غالبًا في تطبيقات معينة، مثل أنظمة الهواء المضغوط الموجودة عادة في الطائرات، لأن هذه الأنظمة يمكنها استخدام الهواء المضغوط الناتج عن المحرك بشكل مباشر للتبريد والتهوية.
مفهوم دورة كارنو العكسية
تعد دورة كارنو العكسية نموذجًا نظريًا مثاليًا يمكن استخدامه لوصف المعدات التي تعمل كمبرد أو مضخة حرارية. تتضمن هذه الدورة أربع عمليات: يمتص المبرد من مصدر منخفض الحرارة الحرارة، ثم يتم ضغطه دون نقل الحرارة إلى العالم الخارجي، ثم يطلق الحرارة عند درجة حرارة عالية، وأخيرًا يقلل الضغط إلى حالته الأصلية لبدء الدورة. مرة أخرى.
يجب أن تعتمد حركة الحرارة على عمل خارجي بحيث يمكن للحرارة أن تتدفق من منطقة منخفضة درجة الحرارة إلى منطقة ذات درجة حرارة عالية. وتبين هذه العملية خصائص الديناميكا الحرارية وقيودها.
مؤشرات الأداء والاستنتاجات
بدلاً من آليات التبريد أو التسخين وحدها، يمكن الرجوع إلى كفاءة أنظمة التبريد والمضخات الحرارية من حيث مؤشر الأداء (COP)، الذي يعكس كفاءة استخدام الطاقة في النظام. في كثير من الحالات، يمكن لهذه الأنظمة أن تعمل بكفاءة عالية، ولكن في ظل الظروف القاسية، يمكن أن يتعرض الأداء للخطر.
ربما، عندما نعتمد على هذه المنتجات التكنولوجية للاستمتاع بحياة مريحة ومريحة، لا يمكن للناس إلا أن يفكروا: كيف يمكننا استخدام هذه المبادئ الديناميكية الحرارية بشكل أكثر فعالية لتقليل هدر الطاقة وتعزيز التنمية المستدامة؟
