T-s diagram
– křivka 2-3 je izochora,
– křivka 1-4 izobara
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/76/Temperature-entropy_chart_of_a_gas_generator.svg/220px-Temperature-entropy_chart_of_a_gas_generator.svg.png)
– plná čára ideální vratný proces,
– přerušovaná čára – nevratný proces (reálný)
T-s diagram, diagram teplota-měrná entropie, zjednodušeně (a nepřesně) diagram teplota – entropie, tepelný diagram[1], entropický diagram[1] je stavový diagram, v němž se zobrazuje závislost teploty na měrné entropii. Na vodorovnou osu se vynáší měrná entropie (J.K−1.kg−1) na svislou osu teplota (K). Diagram má využití při analýze termodynamických dějů podle druhého termodynamického zákona.
Čáry v T-s diagramu pro oblast plynu
Spojité čáry v T-s diagramu zobrazují různé termodynamické děje nebo jejich postupnost pomocí kterých se plyn dostane z jednoho stavu do druhého. Základní vratné termodynamické děje pro Ideální plyn mají v diagramu charakteristický průběh čar:
- izoterma – čára je rovnoběžná s vodorovnou osou
- adiabata – čára je rovnoběžná se svislou osou
- polytropa – šikmá úsečka spojující body počátečního a konečného stavu děje
- izobara – exponenciální křivka, jejíž subtangenta určuje hodnotu měrné tepelné kapacity při konstantním tlaku
- izochora – exponenciální křivka, jejíž subtangenta určuje hodnotu měrné tepelné kapacity při konstantním objemu
Ze vztahu měrných tepelných kapacit vyplývá, že izochora bude v diagramu stoupat vždy strměji jako izobara (viz úvodní obrázek).
Zobrazení nevratných procesů
Výše popsané průběhy čar platí pro idealizované vratné procesy. V případě přítomnosti nevratnosti v procese, co se děje při všech technických aplikacích, dochází během procesu k vzrůstu entropie v souladu s Clausiusovou nerovností. To má za následek posun konečného stavu směrem doprava (viz druhý obrázek).
T-s diagram pro oblast kapalin a par
Oblast kapalin a par, tj. oblast pod kritickou teplotou má význam při zkoumání a analýzách parních strojů, parních turbín, nebo chladicích zařízení s parním cyklem. Do diagramu se zakresluje i křivka syté kapaliny a křivka syté páry, které se spojují v kritickém bode. V oblasti mokré páry se často zakreslují i čáry konstantní suchosti páry. Diagram začíná v trojném bode při teplotě 0 °C, ze kterého vychází křivka syté kapaliny. Je dohodnuté že v tomto bode má i entropie (měrná entropie) nulovou hodnotu[1].
Diagram má čtyři charakteristické oblasti:
- oblast kapaliny – nalevo od křivky syté kapaliny
- oblast vlhké páry – mezi křivkami syté kapaliny a syté páry pod kritickým bodům (ve zvonovité části diagramu)
- oblast přehřáté páry – napravo od křivky syté páry
- oblast plynu – nad kritickým bodům
Čáry v T-s diagramu pro oblast kapalin a par
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0f/T-s_diagram.svg/220px-T-s_diagram.svg.png)
Průběh čar při jednotlivých základních dějích se mění, v závislosti od oblasti, přes kterou děj probíhá:
- izoterma – čára je rovnoběžná s vodorovnou osou ve všech oblastech
- adiabata – čára je rovnoběžná se svislou osou ve všech oblastech
- izobara:
- v oblasti kapaliny – křivka s průběhům velmi blízko při křivce syté kapaliny zleva, odchylky narůstají s tlakem
- v oblasti mokré páry – rovnoběžná s vodorovnou osou
- v oblasti přehřáté páry – exponenciální křivka, jejíž subtangenta určuje hodnotu měrné tepelné kapacity při konstantním tlaku
- izochora:
- v oblasti mokré páry – křivka vycházející z počátku diagramu odklánějící se od čáry syté kapaliny doprava
- v oblasti přehřáté páry – exponenciální křivka, jejíž subtangenta určuje hodnotu měrné tepelné kapacity při konstantním objemu
Plochy v T-s diagramu
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/50/DamierTS.svg/220px-DamierTS.svg.png)
Plošný obsah plochy pod křivkou v T-s diagramu je úměrný měrnému teplu přenesenému při ději reprezentovaném danou křivkou. To vyplývá ze vztahu pro entropii:
kde
- je celkové měrné teplo přenesené během vnitřně vratného procesu (J.kg−1J)
- je funkce průběhu teploty (K)
- je diferenciál měrné entropie (J.K−1.kg−1)
Carnotův cyklus v T-s diagramu
Zobrazení Carnotova cyklu v T-s diagramu dává vizuálně jasný důkaz, proč je účinnost Carnotova cyklu největší v porovnaní s jakýmkoliv cyklem realizovanými mezi dvěma výměníky tepla se zadanými teplotami. Plocha Carnotova cyklu (obdélník – viz obrázek) je maximální, která se dá mezi dvěma teplotami v diagramu vymezit a tedy rozdíl mezi přivedeným a odvedeným teplem při daných teplotách je také maximální.
Odkazy
Reference
V tomto článku byl použit překlad textu z článku T-s diagram na slovenské Wikipedii.
- ↑ a b c KUNC, Antonín, a kol. Mechanika III. Bratislava: Slovenské vydavateľstvo technickej literatúry, n.p., 1965. 256 s. (slovensky)
Literatura
- ANTAL, Štefan. Termodynamika. Bratislava: Edičné stredisko STU, 1992. 317 s. ISBN 80-227-0495-4. (slovensky)
Související články
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu T-s diagram na Wikimedia Commons