Svenska ElektronikForumet

en bil som drivs med tryckluft drivs e.g. av värmemenegin från omgivningen....

>Expanderande gas = kyla. Annars hadde kylskåpstillverkarna fått det tufft.

Faktiskt inte speciellt mycket. Temperatursänkningen när gas expanderar utan att utföra arbete (Joule-Thompson-effekten) är en effekt av gasens icke-idealitet, d.v.s. att gasmolekylerna växelverkar en liten smula med varandra. Vissa gaser uppvisar ett stort mått av icke-idealitet, t.ex. CO2, och där är effekten märkbar. Generellt sett blir gaser mer ideala ju lägre trycket och ju högre temperaturen är.

Kylskåp kyler genom att gas förångas vid trycksänkningen. Dock arbetar flytande-luft-maskiner genom Joule-Thompson-effekten, men så är de också mycket ineffektiva.

google och Wikipedia är som vanligt användbar...

http://en.wikipedia.org/wiki/Joule%E2%8 ... son_effect

http://en.wikipedia.org/wiki/Inversion_temperature

dvs. är man över invesionstemperaturen så blir gasen varmare efter expansion i munstycket vilket gäller väte, helium och neon vid rumstemperatur och ned till ganska kalla temperaturer medans luft kyler sig ungefär 0.2 grader C per Bar trycksänkning i munstycke om inte temperaturen är uppåt 400 grader C då även luft börja värma sig vid expansion.

8 Bar i en tryckluftblåspistol ger ungefär 1.6 grader C sänkning när den lämnat munstycket.

Man har försökt använda bl.a Joule_thomson effekten i dom tänkta bil-AC med CO2 som kylmedie och superkritsik kylprocess - för några år sedan var det jättestor aktivitet på detta medans idag verka det ha avstannat, och det är inte så konstigt då det är svårt att få någon högre COP-värde eftersom man måste pumpa till väldigt höga tryck (120- 130) Bar - kyla och låta det expandera varav en liten del av gasmängden kommer under 30.978 grader C (CO2:s kritiska punkt) och kondenserar och kan användas för kylning i kupen, COP-värdet är urursel - runt 2 för en ideal kretslopp med 50 grader gaskylartemperatur och 3 grader i evaporatorn...

med alla praktiska förluster med kompressor mm så lär det hamna en bit under COP=1 (dvs förbrukar mer motorkraft än vad som skapas i kylkapacitet) då dagens bil-AC med R134a kanske ligger runt COP=2 i bästa fall trots att dess teoretiskt kylkretslopp ligger över COP=4.5

den som själv vill labba med detta kan ladda hem coolpack från danfoss hemsida

svanted:
#en tryckluftsmotor som är nerkyld till absoluta nollpunkten fungerar inte, för den gas som slipper in kommer att bli till fast av nedkylningen från motorn och inte utföra ngt arbete alls#
Det exemplet jag tog var ju också ett hypotetiskt fall, i likhet med absolut vacuum.

#intressant förvisso men på vilket sätt är detta relevant för att bygga en kompressor av en bilmotor i garaget#
Det är relevant i högsta grad. Ska man konstruera en kompressor, vilket det blir frågan om, är det väl en fördel om man någorlunda koll på hur det fungerar.

Jag får backa från påståendet att luften inte blir kall när den bara strömmar ut.
Istället för expansionsarbete, ökar luften sin hastighet. Även för detta åtgår energi.

OK ett försök här....


Luftens inre energi (entalpi) ändrar sig inte när den accelererar i en dysa - molekylerna har en viss hastighet (ca 500 m/s vid rumstemperatur) och därmed rörelsenergi som hela tiden transformeras till varandra med elastiska studsar och byter riktning hela tiden beroende på hur de träffar varandra (jämför med krockande biljardbollar), processen är förlustfri. När gasen är i en kammare så är rörelseriktningen slummässig pga. alla krockar från grannmolekylerna i olika vektorer och molekylerna trummar på behållarens väggar efter en tid statistiskt lika mycket på alla sidor - det som kallas tryck - putta man in lika mycket molekyler till och det fått svalna till samma temperatur som innan så är det dubbelt så många molekyler som trumma på väggarna med dubbel tryck som resultat, medans farten och därmed rörelsenergin _per molekyl_ är fortfarande samma - entalpin har inte ändrats trots dubbla trycket.

(mycket idealiserat)
Öppnar man ett litet hål i behållaren så är molekylerna som var på väg mot väggen, som nu ersattes med en öppning - så studsar den inte längre utan fortsätter med samma hastighet genom hålet och ut i det yttre rummet - dess fart har inte ändrar sig och därmed heller inte dess inre energi trots att grannarna nu helt plötsligt avlägsnar sig i lite olika riktningar pga expansion, men det märker inte den enskilda molekylen då den inte har en aning om sin grannes existens utom just när den krockar dvs. farten på molekylen ändras inte, entalpin är samma (= dess temperatur är samma) trots att gasen i fråga kanske pyser ut i yttre rymden och stöter inte på någon annan molekyl inom dagar och veckor. (en vakumkammare med 1e-12 mBar vakum så kan en luftmolekyl studsa mellan kammarens väggar med 500 m/s i timmar innan den stöter på en annan luftmolekyl i kammaren - trots att det finns mer än 10000 molekyler per cm^3 i kammaren just för att molekylerna är så väldigt små)

(i verkligheten så tillkommer det en massa ytterligare faktorer som tex att det stockar sig på utgångarna, ungefär som när globen tömmer sig efter matchen mm. - dvs. ljudhastigheten för gasen ifråga vid dess temperatur och densitet i smalaste delen i passaget begränsar mm.)


Istället för att rörelseriktingen är fullständigt slumpmässig så har med utsläppet genom hålet gjort att rörelseriktningen på molekylerna är mer sannolika i en riktning än någon annan - gasen accelererar alltså inte - den tar bara en viss riktning under längre tid än andra riktningar och därför pratar man om statisk entalpi och dynamisk entalpi - statisk entalpi är det som sker inne i kammaren med slumpmässig rörelse i alla riktningar medans dynamisk entalpi är andelen av den totala rörelsenergin som rusar i en viss riktning i ett rör eller en gasstråle och summan av den statiska entalpin och den dynamiska entalpin är alltid konstant. (det är detta som gör att statiska trycket minskar ju fortare en gas rör sig i en riktning tex. över bukten på en flygplansvinge och gör att det suger uppåt och ger lyftkraft)

Bollandet av mellan statisk entalpi och dynamisk entalpi (dvs omvandla fart till tryck och tvärt om) är precis det som görs av statorbladen i en gasturbin - det är först när gasmolekylen stöter mot rörlig blad i en turbin där krocken gör att bladet ändrar fart en smula som gör att en molekyl blir av med lite rörelsenergi och går långsammare och tappar entalpi vilket i makrosammanhang är samma sak som att minska i temperatur eller accelereras av turbinbladet efter krocken (och turbinbladet bromsas) som gör att molekylen ökar hastigheten och ökar på sin entalpi - och i macrosammanhang samma sak som att temperaturen höjs.

inskjutande kolven in i en cylinder med luft gör precis samma sak - kolvväggen som rör sig mot molekylerna gör att studsen blir hårdare - molekylen får mer rörelsenergi av den rörliga kolven efter studsen än innan (och kolven tappar rörelsenergi vilket upplevs som extra motstånd i inskjutningsarbetet) vilket innebär högre hastighet på molekylen - denna energi fördelas sedan snabbt ut på sina molekylgrannar (som börja tumma hårdare tillbaka på den inskjutande kolven med ännu mer motstånd pga värmen) och blir ett genomsnitt som är något högre än innan och med termometer registreras som högre temperatur - gasens entalpi ökar - men inte dess entropi...

(entropi har jag fortfarande inte någon riktig grepp om...)

Mao ingen gas kommer att skjuta ut fortare än 500 m/s ?

(brownsk rörelse?)

det här är komplext... förstår varför det behövs 1300 sidor för att ens skrapa på ytan...


om du värme så rör sig molekylerna fortare - lättare atomer rör sig fortare än tyngre atomer - vätgas har ca 900 m/s vid lufttemperatur pga. mindre massa då den har samma rörelsenergi som luftmolekylerna (hoppas jag har rätt här nu...).

kom ihåg att massaflödeshastigheten inte är samma sak som själva molekylhastigheten - även om molekylen går med 500 m/s vid rumstemperatur så studsar den som en galning fram och tillbaka mellan sina grannar och dess fysiska tillyggaläggande handlar inte ens om mm per sekund vid atmosfärstryck.

Det är en orsak som gör att turbovakumpumparna med ca 500 m/s på sina turbinvingar pumpar luft bra med kompressionsfaktor mellan miljon till en miljard gånger, ger bara några tusen gånger på helium och vätgas - molekylerna är för snabba helt enkelt för att vingen skall kunna hinna ge en knuff i önskad riktning (inåt pumpen) och man skulle behöva låta turbobladen nå uppåt 1000 m/s för att pumpa vätgas lika bra som luften.

Gas kan accelereras högre än ljudhastighet med olika tekniker, men massamängden gas per sek genom en kanal/rör/hål bestäms av ljudets hastighet för gasen i fråga vid dess densitet och temperatur som råder precis vid den smalaste delen i passaget.

Luftpassaget genom en kran till en vakumkammare så når man denna ljudhastighet i kranens smalaste passage redan när vakumkammaren är 0.5 Bar under omgivande lufttrycket... detta märks tydligt var gång jag tryckutjämnar min vakumkammare där ljudet från kran är exakt lika en god tid innan strömningen sakta börja avtar.

#summan av den statiska entalpin och den dynamiska entalpin är alltid konstant.#
Ok, om jag förstått rätt, så bestäms det totala entalpin enbart av temperaturen, och är oberoende av trycket?
Dvs. 1kg luft vid 1bars tryck och +20°C, innehåller exakt lika mycket energi som 1kg luft vid 10bars tryck och +20°C?

#entropi har jag fortfarande inte någon riktig grepp om.#
Fan jag trodde du hade superkoll på allt.

Men man måste skilja på entalpi (inre energi/värme) och potentiell energi lagrad i kompressionen av gasen. Det är som du säger, 1kg av en gas har samma entalpi oavsett hur tätt den är packad om temperaturen är densamma. MEN, om du har två kamrar med olika packad gas, dvs två behållare med olika tryck så kommer gasen sträva efter en tryckutjämning (det är väl här entropin kommer in i bilden). På så sätt kan du få ut ett arbete ur gasen, inte ur molekylerna i gasen, när den förflyttas mot lägre tryck = lägre potential.

Eller har jag fått allt om bakfoten nu?

#Men man måste skilja på entalpi (inre energi/värme) och potentiell energi lagrad i kompressionen av gasen.#
Det är just det understrukna som diskussionen gäller.

Jag förstår hur du tänker. Du menar att efter komprimering finns en slags kvarstående lägesenergi i gasen?
Dock verkar det inte ligga till på det viset om läser i litteraturen.

Man kan ju, som lekman, tycka att komprimering av gas, är att jämföra med uppspänningen av en fjäder, vilken får en högre lägesenergi efter att den spänts.
Så verkar det inte fungera med gaser. Jag håller med om det är inte helt självklart.

kollade lite snabbt:

visst varierar entropin till allt lägre värde ju högre tryck vid samma temperatur, medans entalpin varierar mycket lite och förmodligen enligt påverkan Joule-Thomson-effekten

men entropin är fortfarande en mysterium att fundera över för min del... att kunna använda den är en sak, men jag vill helst också begripa varför...

Du får läsa en hel del kaosteori för att förstå det där tror jag.
Saker strävar inte alltid mot lägsta energinivå, de strävar hellre mot kaos...

Det verkar ganska komplicerat att bygga en kompressor av en bilmotor

Om vi jämför en gasfjäder med en vanlig tryckfjäder. De är rätt lika till funktion.

Vi tänker oss en gasfjäder som som öppnar skuffluckan på er 245'a. Under öppningsproceduren borde gasfjädern bli kall på grund av expansionsarbetet.
Om vi sedan ersätter gasfjädern med en vanlig tryckfjäder, då borde det inte bli någon temperaturändring alls vid öppning. Trots att samma arbete utförts.

Stämmer det när resonemanget, eller?

, ja men med ett antal 'men'..


när den öppnar lucka åt dig så blir gasen kallare (under förutsättning att den innan hade högt tryck) och när du stänger lucka så blir den lika varm som innan öppningen, gasfjädern arbetar helt elastisk utan förluster - dock under förutsättningen att det går så fort att ingen värme hinner värma upp gasen när den var kall och luckan var öppen.

om du låter den stå öppen längre så att gasen blir lika varm som omgivningen innan du stänger igen så kommer det kräva mer arbete vid stängningen än arbetet som utfördes när det öppnades. och efter stängningen så är gasfjädern varmare än rumstemperaturen - och om jag förstått rätt så är faktiskt all arbete som krävdes för att stänga luckan omvandlad till värme i gasfjädern om gasfjädern var temperaturutjämnad innan.

kort sagt så lånar man energi från den trycksatta gasen när luckan öppnas genom att den blir kallare - stänger man omedelbart luckan igen så betalas lånet tillbaka med samma mängd.

väntar man så betalas 'lånet' tillbaka ändå trots att man inte stängt luckan genom att värme från omgivningen värmer gasen, när du sedan stänger lucka efter ett tag så får du betala 'räntan' med mer arbete och den värmen som motsvarar arbetet som du skulle ha betalat tidigare + extra arbetet för att du väntade med återbetalningen blir nu som extra värme i gasfjädern som sakta sprider ut sig i omgivningen igen (det är här någonstans som entropin kommer in - då entropin bruka sägas vara en mått på 'oordning' och är alltid växande - dvs. extra arbetet som man betalade för att man dröjde med att stänga luckan har gjort världen en smula varmare - mer oordnad, att tex. trycksatt gas har lägre oordning än atmosfärstryck och genom att utföra arbete (trycksänkning) så får den mer oordning (högre entropi) när processen är klar)


...Phuuuu - strävan till förvirring är helt klart starkare än strävan till kunskap...