どなたか、ラムジェットエンジンの熱サイクルの理想的過程について参考となるURLなどの情報を下さい。できれば式も…。理想的過程からずれる理由なども知りたいです。よろしくお願いします。

A 回答 (1件)

専門外ですが、以下の参考URLサイトは参考になりますでしょうか?


「超音速/極超音速攻撃機 (SHAAFT)」
「ラムジェットエンジン」に関しては、「コンコルド」に使用されているエンジン関連を調べれば分かるかもしれませんね?

「ラム圧の方程式」があるようですが・・・・?

ご参考まで。

参考URL:http://www.belbel.or.jp/Users/takatsukasa/AIR/20 …
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Q準静的過程,可逆サイクル,熱効率 (熱力学)

熱力学に関して以下の様に理解しております.
しかしこの理解はどこかが間違っているはずです.
そこで,その間違いはどこなのか,どの様に間違っているのかを指摘して下さると幸いです.



(1) 任意のサイクルにおいて,そのサイクルを常に平衡を保った状態で(準静的に)
  完了すれば,そのサイクルは可逆サイクルである.

(2) 可逆サイクルは最も熱効率のよいサイクルである.

(3) (1),(2)より,任意のサイクルを準静的に完了すれば,そのサイクルは
  最も熱効率の良いサイクルである.



上の理解はどこかが間違っているはずなのです.
なぜなら,(3)より,カルノーサイクルでもオットーサイクルでもディーゼルサイクルでもブレイトンサイクルでも,
サイクルを準静的に完了すれば全て同じ熱効率となってしまうためです.

Aベストアンサー

一言で言えば,熱源の数が違います.

最初に効率の定義を確認しておきましょう.
1サイクルでもらった熱量を Q2,
捨てた熱量を Q1
総仕事(外にする方を正と勘定)を W とするとき,
熱機関の効率ηは
(1)  η = W/Q2
で定義されます.
エネルギー保存則によって
(2)  Q2 - Q1 = W
ですから
(3)  η = 1 - Q2/Q1
と書くこともできます.
ここまでは効率の定義で,最大とかいう話はまだ出てきません.

さて,カルノーサイクルは2つの熱源の間で動作し,
その効率ηは
(4)  η = (T2-T1)/T2
に等しいことが知られています.
T2 は高温熱源の温度,T1 は低温熱源の温度.
カルノーサイクルでは,
作業物質の温度が T2 から T1 に移る(あるいはその逆)ときには
断熱過程で移りますから,
上記の2つの熱源以外に熱源は要りません.
で,カルノーの定理は
【ただ2つの熱源の間で動作する可逆機関】はすべて同じ効率をもち,
その効率は(4)である,
というものです.【】に注意.

ところが,他のサイクルではそうは行きません.
他のサイクルには等圧変化過程や等積変化過程があります.
これらの過程では必ず熱の出入りがあります.
で,準静的変化(可逆変化)では,
熱の移動の時に温度差があってはいけませんから(☆1),
例えば等圧変化で温度が Ta から Tb まで変化したとすると,
熱をやりとりする相手の熱源は温度が Ta から Tb までの連続無限個の
ものが必要になります.

したがって,カルノーサイクル以外のものは
【ただ2つの熱源の間で動作する可逆機関】
ではないのです.

カルノーサイクル以外のサイクルでは熱を授受する温度は
最高温熱源から最低温熱源まで分布しているわけですから,
カルノーサイクルとは効率が違って当然でしょう.
(4)は高温熱源の温度が高いほど,低温熱源の温度が低いほど,
効率がよいということを意味していますから,
熱源温度が連続的に T2 から T1 まで分布していたら
効率はカルノー効率(4)より小さくなることは容易に想像できます.
実際,クラウジウスの不等式を用いることによって,
このことを示すことができます.

(☆1) 本当に温度差がゼロでは熱が移動しませんから,
無限小だけ温度差があると思うべきでしょう.
温度差を小さくすることによって,
非可逆性の影響はいくらでも小さくできると考えられています.
この意味で,可逆機関は理想極限ですね.
ただし,これはオットーサイクルなどの効率がカルノー効率と違うこととは
別の話です.

(★) 本文からおわかりと思いますが,
【ただ2つの熱源の間で動作する可逆機関】は
本質的にカルノー機関しかありません.
したがって,カルノーの定理は,
効率が作業物質によらない(理想気体でも非理想気体でも同じ),というところが最も大事です.

(★) 熱機関は1サイクル回って元の状態に戻るのですから,
束縛エネルギーなどため込んではいけません.
エネルギー保存則(2)は常に成り立っています.
hitokotonusi さんはエントロピー出入りの話と混同されているように思われます.

一言で言えば,熱源の数が違います.

最初に効率の定義を確認しておきましょう.
1サイクルでもらった熱量を Q2,
捨てた熱量を Q1
総仕事(外にする方を正と勘定)を W とするとき,
熱機関の効率ηは
(1)  η = W/Q2
で定義されます.
エネルギー保存則によって
(2)  Q2 - Q1 = W
ですから
(3)  η = 1 - Q2/Q1
と書くこともできます.
ここまでは効率の定義で,最大とかいう話はまだ出てきません.

さて,カルノーサイクルは2つの熱源の間で動作し,
その効率ηは
(4)  η = (T2-T1)/T...続きを読む

Q物理の問題で、次の問題がわかりません。途中の過程も加えて、どなたか教えていただけないでしょうか。

物理の問題で、次の問題がわかりません。途中の過程も加えて、どなたか教えていただけないでしょうか。

1、半径Rの球内に電荷が一様な密度ρで分布しているとき、中心からrの距離にある任意の点Pにおける電場Eの大きさを求めなさい。また、Eとrのグラフを示しなさい。(グラフはイメージでかまいません。)

2、無限に広い絶縁体の薄い板が2枚平行に置いてある。電荷が一方の板には面密度2σ、もう一方には面密度-σで一様に分布している。このときの電場の大きさと向きを求めなさい。

物理が苦手で、先生にヒントを聞いてもイマイチピンときません。どうかお願いします。

Aベストアンサー

No.2です。「補足」に書かれたことについて。

>電極の外側と内側についてですが、外側はそれぞれ別に考えてってことですか?

(1)の場合は球内に「正電荷」のみなので、電場の向きは一方向のみです(球の中心から外側の放射状に)。

 一方(2)の場合には、「正電荷」の平面と「負電荷」の平面とがあるので、この2つの電極が作る2つの電場を足し合わせることになります。この場合、そもそも平面の電極が1枚だけならどんな電場になるのかが分からなければ、「足し合わせ」はできません。
 正電荷の平面だけの場合の電場、負電荷の平面だけの場合の電場がどのようになるか、きちんと求められますね?
 「正電荷」なら、単純に電極平面から垂直に両側外向きに平行な電場ができます。電極が無限に広いので、電場は平行で距離によって弱まることもありません。
 「負電荷」は、電場の向きが逆で、電極平面から垂直に両側外側から電極向きに平行な電場になります。

 正電荷の電極からは両側向きに電束密度「2ρ」の電束が、負電荷の電極では両側から電極向きに電束密度「ρ」の電束ができますね。
 2つの電極の外側は、どちらも外側向きに
  2ρ - ρ = ρ
2つの電極の間は、正極→負極向きに
  2ρ + ρ = 3ρ
になるかな?
 向きを考えて図を描いてみれば分かると思います。


 上に書いたように、「球形」の電荷が作る電場、無限平面の電荷が作る電場の話ですから、最も単純な電場です。
 これが分からなければ複雑な形の電荷が作る一般的な電場の議論に進むことはできません。

No.2です。「補足」に書かれたことについて。

>電極の外側と内側についてですが、外側はそれぞれ別に考えてってことですか?

(1)の場合は球内に「正電荷」のみなので、電場の向きは一方向のみです(球の中心から外側の放射状に)。

 一方(2)の場合には、「正電荷」の平面と「負電荷」の平面とがあるので、この2つの電極が作る2つの電場を足し合わせることになります。この場合、そもそも平面の電極が1枚だけならどんな電場になるのかが分からなければ、「足し合わせ」はできません。
 正電荷の平面だ...続きを読む

Qこの熱サイクルの問題を教えてください。

この熱サイクルの問題を教えてください。
下の図ように物質量nの理想気体を状態変化させる。状態A→B、C→Dは定積変化、状態B→CとD→Aは断熱変化である。A、B、C、Dにおける気体の絶対温度をそれぞれTa、Tb、Tc、Tdとする。また、この気体の定積モル比熱をCvとする。この理想気体が変化するとき、気体の絶対温度と気体の体積Vの間にTV^(r-1)=一定の関係が成り立つ。rは気体の比熱比である。
このとき、Ta、Tb、Tc、Tdの間に成り立つ関係を求めよ。
回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

A,B,C,Dでの体積をそれぞれVa,Vb,Vc,Vdとする。
1.
BC間 断熱過程
TbVb^(γ-1)=TcVc^(γ-1)
2.
DA間 断熱過程
TdVd^(γ-1)=TaVa^(γ-1)
3.
AB間 定積過程
体積をV1とすると,Va=Vb=V1
4.
CD間 定積過程
体積をV2とすると,Vc=Vd=V2
5.
3,4.の関係を1,2に入れると,
5-1.
TbV1^(γ-1)=TcV2^(γ-1)
で,
Tb/Tc=(V2/V1) ^(γ-1)
5-2.
TdV2^(γ-1)=TaV1^(γ-1)
で,
Ta/Td=(V2/V1) ^(γ-1)
6.
5-1.,5-2から,
Tb/Tc=Ta/Td
または,
TaTc=TbTd
でいいんじゃないか。

Cvは関係ないようだが。

ちなみにこれは,オットーサイクルといったかな。

なお,質問文中の,
「この理想気体が変化するとき、気体の絶対温度と気体の体積Vの間にTV^(r-1)=一定の関係が成り立つ」
は,
「この理想気体が”断熱”変化するとき、気体の絶対温度と気体の体積Vの間にTV^(r-1)=一定の関係が成り立つ」
じゃないと,おかしいんじゃないか。

A,B,C,Dでの体積をそれぞれVa,Vb,Vc,Vdとする。
1.
BC間 断熱過程
TbVb^(γ-1)=TcVc^(γ-1)
2.
DA間 断熱過程
TdVd^(γ-1)=TaVa^(γ-1)
3.
AB間 定積過程
体積をV1とすると,Va=Vb=V1
4.
CD間 定積過程
体積をV2とすると,Vc=Vd=V2
5.
3,4.の関係を1,2に入れると,
5-1.
TbV1^(γ-1)=TcV2^(γ-1)
で,
Tb/Tc=(V2/V1) ^(γ-1)
5-2.
TdV2^(γ-1)=TaV1^(γ-1)
で,
Ta/Td=(V2/V1) ^(γ-1)
6.
5-1.,5-2から,
Tb/Tc=Ta/Td
または,
TaTc=TbTd
でいいんじゃないか。

Cvは関係ないようだが。

ちなみにこれは,オットーサイ...続きを読む

Q不可逆過程を含むカルノーサイクルの熱効率

カルノーサイクルは可逆過程である準静的過程の断熱過程と等温過程を組み合わせたサイクルですが、ここで等温過程の部分はカルノーサイクルと同様に準静的過程で行ない、断熱過程を不可逆過程、つまり準静的でなく、勢いよく、急激に行なった場合のサイクル(これはもはやカルノーサイクルとは呼べないと思うので偽カルノーサイクルとでも呼ぶとします)の熱効率はカルノーサイクルの熱効率と較べて、どうなるのでしょうか。
不可逆過程を含むので可逆機関であるカルノーサイクルの熱効率より小さくなる、と言われたのですが、そもそも熱効率とは「サイクルが外に対してする仕事をサイクルが(高熱源から得る)熱量で割ったもの」と理解しています。
偽カルノーサイクルでは等温過程の部分はカルノーサイクルと全く同じような過程で行なう、と設定しているので高熱源から得る熱量は偽カルノーサイクルもカルノーサイクルも同じで、等温過程においてする仕事、される仕事も同じはずです。
更に、断熱過程においてですが、
可逆過程であろうと不可逆過程であろうと、「断熱」の場合サイクルが得る熱量は0なので、された仕事は全て内部エネルギーに変わると思います。そして不可逆過程の途中の内部エネルギーは定義できなくとも、不可逆過程の最初と最後(等温過程と断熱過程の繋ぎ目の点)の内部エネルギーは定義できると思います。ならば、断熱過程が可逆的に行なわれようと不可逆的に行なわれようとその最初の点と最後の点が同じなら内部エネルギーの増加する量は同じ=サイクルがする仕事も同じ
だと思います。

これが正しいならば、断熱過程が不可逆である偽カルノーサイクルとカルノーサイクルの熱効率は等しくなるはずです。
どこか理論に穴がある気がするのですが、どこがだめなのかわかりません。
どなたか間違えているところを指摘して頂けないでしょうか

カルノーサイクルは可逆過程である準静的過程の断熱過程と等温過程を組み合わせたサイクルですが、ここで等温過程の部分はカルノーサイクルと同様に準静的過程で行ない、断熱過程を不可逆過程、つまり準静的でなく、勢いよく、急激に行なった場合のサイクル(これはもはやカルノーサイクルとは呼べないと思うので偽カルノーサイクルとでも呼ぶとします)の熱効率はカルノーサイクルの熱効率と較べて、どうなるのでしょうか。
不可逆過程を含むので可逆機関であるカルノーサイクルの熱効率より小さくなる、と言わ...続きを読む

Aベストアンサー

TS線図を書きましょう。一発で分かる。
断熱過程が不可逆とのことになっていますが、不可逆では断熱にはなりません。
エントロピが増大します。
ΣT低音 * ⊿S分だけ有効仕事が失われます。
断熱過程のみならず、不可逆部分では常に成立しますので、カルノーサイクルを超える効率は
ありません

Q深海魚と蛍などの生物発光は熱力学的に説明可能ですか

タイトルどうりですが深海魚と蛍などの生物発光は熱力学的にどう考えたら良いのか解りません。化学か生物のカテゴリーかも知れませんが物理のご専門の方のご指南をお願いします。
蛍は化学物質の変化で大変効率よく光を出すという記事を見ました。
確か今年の3月のNatureであったような気がします。またDeep Blue
の映画の中で海底火山近辺で泳ぐ深海クラゲがまるでネオンサインの様な誘惑的で美しい光を放つところが撮影されていました。生物の光は化学物質の変化がエネルギーを放出した時、光を放つといえばそれまでですが生物のATPのハンドリングするエネルギーは0.3eV位と思います。特に太陽光を受けない深海では化学物質の結合エネルギーはそんなに大きくないと思うのですが可視光のエネルギーを出すことはほんとに不思議です。まるで低い温度から高温を作り出すみたいです。もし多光子吸収のようなプロセスならうんと効率が低いと思いますが極めて高い効率で発光するそうです。良く判りませんが熱力学の第2法則に合わないような気がするのですが・・・ 私の勘違いと思いますがご意見をお聞かせください。

タイトルどうりですが深海魚と蛍などの生物発光は熱力学的にどう考えたら良いのか解りません。化学か生物のカテゴリーかも知れませんが物理のご専門の方のご指南をお願いします。
蛍は化学物質の変化で大変効率よく光を出すという記事を見ました。
確か今年の3月のNatureであったような気がします。またDeep Blue
の映画の中で海底火山近辺で泳ぐ深海クラゲがまるでネオンサインの様な誘惑的で美しい光を放つところが撮影されていました。生物の光は化学物質の変化がエネルギーを放出した時、光を放つといえば...続きを読む

Aベストアンサー

なにぶん門外漢なので, 見付けたものをてきとうに挙げてみよう.
「普通のアミノ酸」ではない D-システインを使っているのがおもしろいかも.

参考URL:http://www.kikkoman.co.jp/kenkyu/kouso_4.html


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