Milí přátelé
Nazval jsem tento příspěvek takto proto, že se chci ještě více věnovat Davidovu příspěvku do naší soutěže a zároveň opravit jednu chybu.
Ano, jedná se o plnění motorku Heliem, které přineslo skokové navýšení otáček – a připomeňme bez Helia v prvním rozběhu 751ot/min a s Heliem 1080ot/min ve druhém.
Ta chyba vnikla přeslechnutím při soutěži – tlak Helia není 6 at, je to pouze mírný přetlak. David použil bombičku s Heliem pro plnění balónků. a pro otevření objemu komory běžný malý kohout.
Pojďme si vytáhnout na světlo něco z tepelné mechaniky třetího ročníku.
Nejprve ještě jednou teoretický oběh Stirlingova motoru:
Jak je vidět, tvoří pracovní oběh dvě izochory (při přehánění vzduchu z jedné strany přehaněče na druhou) a dvě izotermy (předávání tepla na teplé a studené straně).
Pro vzduch – jako dvouatomový plyn platí :
měrné teplo za stálého tlaku . . . cp = 1,005 kJ/kg.K
měrné teplo za stálého objemu . cv = 0,714 kJ/kg.K
Pro Helium jako jednoatomový plyn platí:
cp = 5,324 kJ/kg.K
cv = 3,202 kJ/kg.K
Pro izochorickou změnu (za stálého objemu) platí:
V1 = V2 a tudíž p1/T1 = p2/T2 a přírůstek entropie (teplo sdělené při určité teplotě)
delta s = 2,3 . cv . log T2/T1
a jestliže platí, že cvHe / cvvzduch = 3,202/0,714 = 4,48, potom bude změna entropie skoro 4,5 x větší u Helia.
Pro izotermickou změnu platí:
T1 = T2 a tudíž p1. v1 = p2 . v2 a přírůstek technické práce:
aT = T.(s2 – s1)T = 2,3.r.T.logp2/p1 kde r = cp – cv což pro Helium činí 2,032 a pro vzduch 0,287 kJ/kg.K. Podíl rHelium / rvzduch = 2,032/0,287 = asi 7 tudíž technická práce u Helia je asi 7x větší
Na otáčkách motoru se tato čísla 4,5 a 7 neprojeví lineárně, ale rozhodně je více energie na překonávání ztrát. Kdybychom nějakým způsobem měřili výkon, nebo kroutící moment, pak rozhodně heliový motorek bude na tom mnohem lépe.
Závěr tedy zní – pokusit se o motorek plněný Heliem stojí za to!
Hodně zdaru
Jiří Toman