Сверхединичная генерация тепла при сжатии воздуха в условиях окружающей атмосферы

СВЕРХЕДИНИЧНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ТЕПЛА ПРИ СЖАТИИ ВОЗДУХА

В УСЛОВИЯХ ОКРУЖАЮЩЕЙ АТМОСФЕРЫ.

В соответствии с законом сохранения энергии, при компрессорном сжатии воздуха работа сжатия преобразуется во внутреннюю энергию воздуха. Разумеется, прирост внутренней энергии никак не может превысить затраченную на сжатие работу. Однако, если под затраченной работой подразумевать только ту часть работы сжатия, которая приложена непосредственно к штоку поршня, то прирост внутренней (тепловой) энергии сжатого воздуха будет всегда (при любых степенях сжатия) превышать затраты механической энергии.

В качестве примера рассмотрим процесс сжатия в поршневом компрессоре одного кубического метра воздуха. Начальные условия сжатия: Ро = 1 бар (105 Па), То = 300 К, Vо = 1 м3. Конечное давление сжатия Р1= 2 бара (2•105 Па). Предполагаем, что цилиндр и поршень невесомы, а теплообмен с окружающей средой отсутствует. Следовательно, процесс сжатия будет соответствовать адиабате Пуассона: Р1/Ро = (Vо / V1)k. Показатель адиабаты для воздуха: k = 1,4. В результате сжатия воздуха, его объём уменьшится до величины V1 = Vо • (Ро/Р1)1/k =0,6095 м3, а температура воздуха повысится до Т1 = То• (Vо/V1)(k-1) = 365,7 К. Полная работа сжатия равна приросту внутренней (тепловой) энергии сжатого воздуха:

А = (PоVо – P1V1)/(k –1) = (200000 • 0,6095–100000 • 1)/(0,4) = 54753 Дж.

Важным моментов в рассматриваемом примере является тот факт, что значительную часть работы сжатия выполняет атмосфера, оказывая внешнее давление на поршень в течение всей фазы сжатия: Аатм = Pо • (Vо– V1) = 100000 • (1– 0,6095) = 39050 Дж. Это значит, что реально затраченная механическая работа сжатия составила: Амех = А – Аатм = 54753 – 39050 = 15704 Дж. Таким образом, прирост внутренней энергии сжатого воздуха, в данном примере, в 3,5 раза превысил затраченную механическую работу.

Получается, что при адиабатном сжатии воздуха в условиях окружающей атмосферы, реализуется сверхединичная генерация тепловой энергии, в том смысле, что затраченная на сжатие механическая работа оказывается существенно меньше образовавшегося при сжатии тепла. Чем меньше степень сжатия, тем более весомым становится превышение тепла над затраченной работой. Так, например,