شغل في نظام مفتوح

الشغل في نظام مفتوح أو الشغل الميكانيكي في الفيزياء والهندسة الميكانيكية (بالإنجليزية: Technical work) هي تسمية من الترموديناميكا وتختص بحالة توليد حركة محورية بواسطة نظام ترموديناميكي مفتوح. تستغل هذه الطريقة طاقة الاتتشار Dissipation لتوليد الحركة، مثلما يحدث في توربين بخاري أو توربين غازي. يرمز لطاقة الانتشار بالرمز ( $w_\mathrm{R} = w_\mathrm{diss}$) ويسمى أحيانًا "الشغل الداخلي".

العلاقة بين شغل تغير الحجم والشغل الميكانيكي

العلاقة بين شغل تغير الحجم والشغل الميكانيكي

بينما يجري توليد الشغل بتغير الحجم مرة واحدة في نظام مغلق، ينتج الشغل الميكانيكي بطريقة مستمرة دورية. ويكون الشغل الميكانيكي في النظام المفتوح من جزئين : الشغل الناتج عن تغير الحجم P.dV، وشغل انتشاري Wdissعند مدخل ومخرج النظام .

يـُعطى الشغل الميكانيكي بالمعادلة :

$\qquad \mathrm \delta W_\mathrm{t} = V dp + \delta W_\mathrm{diss}+ \delta E_\mathrm{a}$

وبالتالي :

$W_\mathrm{t} = \int_{1}^{2} V dp + W_\mathrm{diss}+ \Delta E_\mathrm{a}$

حيث $\Delta E_\mathrm{a}$ هو التغير في الطاقة الخارجية (تغير الارتفاع عن سطح الأرض (طاقة الوضع) ، و تغير سرعة النظام بأكمله (طاقة حركة)) .

وبتفاضل المعادلة بالنسبة للزمن ، نحصل على القدرة:

$P = \int_{1}^{2} \dot V dp + \dot W_\mathrm{diss}+ \Delta \dot E_\mathrm{a}$

وبالتالي بصيغة كمية تدفق المادة والخواص النوعية :

$P = \dot m\cdot \left(\int_{1}^{2} \ v dp + \ w_\mathrm{diss}+ \Delta \ e_\mathrm{a}\right)$

توضيح بمثال المكبس و الأسطوانة

نظام يوضح الشغل الميكانيكي

تقسيم الشغل بجزء ناتج عن تغير الحجم وجزء ناتج من عملية انزياحية يوضح لنا عمل المكبس في أسطوانة. يدفع الشغل الإزاحي $p_1 * V_1$ الناتج من ضغط الخزان 1 بالضغط $p_1$ علي المكبس ، وينزاح المكبس إلى اليمين وبالتالي يتحرك ذراع المكبس إلى اليمين . ثم يقوم المكبس بالحركة إلى اليسار ويضغط الغاز بأداء شغل تغير الحجم $p_2 * V_2$ (النقطة 2 في الرسم البياني ) و يضغط الغاز في الأسطوانة 2 بضغط أعلى مقداره $p_2$ .

يتصل المكبس بمرفق (ممثل في الرسم بذراع فقط) يحركه. يتحرك المكبس طبقًا للرسم من اليمين إلى اليسار إلى النقطة الميتة ويصبح حجم الغاز داخل الأسطوانة صفرًا (في الحالة المثالية). وعندما يعود المكبس إلى اليمين بالضغط $p_1$ يصبح حجم الغاز في الأسطوانة $V_1$.

ويمكن تصور الصمامين بأنهما مجرد جلدتين تقفلان وتفتحان بحسب الضغط الواقع على كل منهما. فعند حركة المكبس إلى اليسار يغلق الصمام السفلي ، وينفتح الصمام العلوي فقط عندما يصل الضغط $p_2$ (النقطة 2 في الرسم البياني ) . ثم يؤدي المكبس الشغل $p_2 * V_2$ بواسطة الضغط $p_2$ ويصل المكبس إلى النقطة الميتة اليسرى . فيكون مجموع الشغل الميكانيكي هو الشغل الذي يقوم به مرفق المكبس. ومع الدورة التالية لمرفق المكبس تتكرر الدورة من جديد.

انظر أيضًا

• محرك بنزين
• دورة أوتو
• آلة كظومة
• عمل (ترموديناميك)
• ديناميكا حرارية
• دالة الحالة
• ستة درجات حرية
• طاقة حرارية