ملاحظة حول هذه المحاضرة :
1 - الشرح في هذه المحاضرة يختلف كثيرا في طريقة العرض عن كتاب الطالب
2 - مقتبس من شرح د. حازم سكيك مشرف منتدى الفيزياء التعليمي مع تصرف

تمهيد :
قبل الحديث عن دورة كارنو يجب أن نعلم إن هذه الدورة تمثل آلة ميكانيكية تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ولكن هذه الآلة لا وجود لها ( ولكنها تمثل أهمية كبيرة لمصممي المحركات بمختلف أنواعها حيث تحدد هذه الآلة أهم العناصر الرئيسية لصناعة المحركات وهي الكفاءة.

وبالطبع الكفاءة موضوع مهم جدا لأنه من الطبيعي كلما تحسنت كفاءة المحرك كلما كان المردود اكبر فنحن نحتاج إلى الطاقة الميكانيكية لتحريك ونقل الأشياء، وهذا يتأتي على حساب الطاقة الحرارية التي نحصل عليها من حرق الفحم أو الوقود والأداة التي تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية نسميها المحرك Engine.

دعونا نلقي الضوء على فكرة عمل الآلة Engine بصفة عامة ، ولكي نقرب ما تقوم به الآلة ، نضرب مثالا على ذلك الشخص الذي يقود دراجة فبتحريك قديمه على البدالات مرة للأعلى ومرة للأسفل فان الدراجة سوف تندفع للأمام من خلال الأجزاء الميكانيكية التي عملت على نقل الحركة الدائرية إلى التروس ومن ثم إلى العجلات، الآلة في الحقيقة هي ذلك الشخص الذي يقود الدراجة ولكن ليس بقدميه بل باستخدام المكابس ولكي تتحرك هذه المكابس نحتاج إلى مادة تتمدد وتنكمش لتشكل ضغط على المكابس فتدفع الذراع المتصل بالمكبس ذهابا وإيابا لتحرك العجلة المتصلة بها وتنطلق المركبة أو القطار. وفي الحقيقة العلم الذي يهتم بالأجزاء الميكانيكية في نقل الحركة وجعلها أكثر نعومة وانسيابية هو علم الهندسة الميكانيكية ، أما العلم المختص بالجزء الداخلي للمكبس نفسه والعمليات التي تجري عليه هو علم الديناميكا الحرارية ، ولهذا يجتمع الفيزيائيين والكيميائيين والمهندسين ، والحديث في هذا المجال يطول ولو نظرت إلى كل وسائل النقل من بدون استثناء لوجدت الديناميكا الحرارية هي وراء هذه التقنية.

جميع أنواع الآلات الحرارية تعمل على نفس المبدأ ، فيجب أن تكون في الآلة مادة تتغير درجة حرارتها وضغطها وحجمها في عدة مراحل ولكن في النهاية تعود إلى وضعها الابتدائي ولهذا نسمي هذا التغير بدورة الآلة لان المادة المستخدمة تتعرض إلى مجموعة من العمليات الحرارية ينتج عنها شغل ( طاقة ميكانيكية ) وتعود المادة إلى وضعها الابتدائي لتتكرر الدورة باستمرار ونحصل على شغل باستمرار.

وجميع الآلات الحرارية تصنف في الأغلب إلى نوعين : نوع يسمى آلات الاحتراق الداخلي آلات الاحتراق الخارجي ، وهي في الأساس تعتمد على فكرة آلة كارنو. وكل المحاولات التي جرت على تطوير المحركات كانت لتحسين كفاءة المحرك وزيادة الشغل الناتج عنه.


الخلاصة :

آلة كارنو :
هي آلة مثالية ، ومادة تشغيلها غاز مثالي ، تعمل بين مستودعي حرارة ، وتشكل الحدّ الأعلى لفاعلية الآلات الحرارية كلها ، وتقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ، من خلال قيام المادة بدورة كاملة تمتص فيها الحرارة من المستودع الساخن ، وتفقد حرارة إلى المستودع البارد .


تنبيه وتأكيد :
آلة كارنو الحرارية ليست وصفا لتركيب آلة حرارية محددة ، بل وصفا لعمليات دورة حرارية ، لو تمت – هذه العمليات – في أي آلة حرارية لأعطت أعلى كفاءة ممكنة


أهمية آلة كارنو :
1 – تعميق فهم الآلات الحرارية عمليا ونظريا .
2 – تساعد في تحديد كيفية زيادة فعالية الآلات الحرارية .

الدورة الديناميكية الحرارية العكوسة:
نقول عن الدورة الديناميكية الحرارية أنها دورة عكوسة إذا كانت جميع عملياتها عكوسة ، ومعنى ذلك أن يمكن عكس العمليات جميعها وبالتالي عكس الدورة بأكملها .


مراحل دورة كارنو الانعكاسية :




المرحلة الأولى :
يتمدد فيها الغاز عند درجة حرارة عالية وثابتة ( عملية إيزوثيرمية )



شرح المرحلة الأولى :
يكون المكبس متصل مع المستودع الساخن وبالتالي سيمتص الغاز كمية حرارة ( كح2 ) من المستودع الساخن ، فيقوم الغاز ببذل شغل لدفع المكبس. وتكون هذه العملية تحت درجة حرارة ثابتة أي أنها ( عملية إيزوثيرمية ) .



المرحلة الثانية :
يستمر تمدد الغاز ولكن وهو معزولا ( عملية أدياباتية )



شرح المرحلة الثانية:
يكون المكبس في هذه الحالة غير متصل بأي مستودع حراري ( أي أنه معزول ) ويحدث في هذه المرحلة استمرار لتمدد الغاز ولكن تحت كمية حرارة ثابتة ( عملية أدياباتية ) مع بذل الغاز شغل لدفع المكبس ، ينتج عنها انخفاض في درجة الحرارة .


المرحلة الثالثة :
ينضغط فيها الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية )



شرح المرحلة الثالثة :
يتصل المكبس في هذه الحالة مع المستودع البارد و ينضغط الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية ) وهنا يبذل المكبس شغل على الغاز .


المرحلة الرابعة :
يستمر انضغاط الغاز و لكن وهو معزولا ( عملية أدياباتية )



شرح المرحلة الرابعة :
يكون المكبس في هذه الحالة غير متصل بأي مستودع حراري ( أي أنه معزول ) ويحدث في هذه المرحلة استمرار لانضغاط الغاز ولكن تحت كمية حرارة ثابتة ( عملية أدياباتية ) مع بذل المكبس شغلا على الغاز ، ينتج عنها ارتفاع في درجة الحرارة .

***





بكل ماخطه حرفك



وبكل ماجمعه فكرك



تبقى مميز



ثق بأني أستمتعت كثيرا من بين السطور




كذاك كان موضوعكـ اخــــي

مشكور على المرور