ताप गुरुत्वाकर्षण चक्र

एक थर्मोग्रैविटेशनल चक्र एक प्रतिवर्ती थर्मोडायनामिक चक्र है जो वजन और उछाल के गुरुत्वाकर्षण कार्य (भौतिकी) का उपयोग क्रमशः एक कार्यशील तरल पदार्थ को संपीड़ित और विस्तारित करने के लिए करता है।

सैद्धांतिक ढांचा
एक परिवहन माध्यम से भरे हुए स्तंभ और कार्यशील द्रव से भरे एक गुब्बारे पर विचार करें। परिवहन माध्यम के हाइड्रोस्टेटिक दबाव के कारण, स्तंभ के अंदर का दबाव z अक्ष के साथ बढ़ता है (चित्र देखें)। प्रारंभ में, गुब्बारे को तापमान T पर कार्यशील द्रव द्वारा फुलाया जाता हैC और दबाव पी0 और स्तंभ के शीर्ष पर स्थित है। एक थर्मोग्रैविटेशनल चक्र चार आदर्श चरणों में विघटित होता है:
 * 1→2: गुब्बारे का स्तंभ के नीचे की ओर उतरना। काम कर रहे द्रव का तापमान बढ़ने और इसके दबाव के मूल्य P तक पहुँचने के साथ एडियाबेटिक प्रक्रिया से गुजरता हैh तल पर (ph> प0).
 * 2→3: जब गुब्बारा सबसे नीचे होता है, तो काम करने वाला तरल गर्म स्रोत से तापमान T पर गर्मी प्राप्त करता हैH और दबाव P पर आइसोबैरिक प्रक्रिया से गुजरता हैh.
 * 3→4: गुब्बारा स्तंभ के शीर्ष की ओर उठता है। काम कर रहे तरल पदार्थ तापमान में गिरावट के साथ एडियाबेटिक प्रक्रिया से गुजरते हैं और दबाव पी तक पहुंच जाते हैं0 विस्तार के बाद जब गुब्बारा शीर्ष पर हो।
 * 4 → 1: एक बार शीर्ष पर पहुंचने के बाद, काम करने वाला तरल पदार्थ तापमान टी पर ठंडे स्रोत को गर्मी की आपूर्ति करता हैC दबाव पी पर आइसोबैरिक प्रक्रिया से गुजरते हुए0.

थर्मोग्रैविटेशनल चक्र होने के लिए, गुब्बारे को 1→2 चरण के दौरान परिवहन माध्यम से सघन होना चाहिए और 3→4 चरण के दौरान कम घना होना चाहिए। यदि ये स्थितियां काम कर रहे तरल पदार्थ से स्वाभाविक रूप से संतुष्ट नहीं हैं, तो इसके प्रभावी द्रव्यमान घनत्व को बढ़ाने के लिए गुब्बारे से एक वजन जोड़ा जा सकता है।

अनुप्रयोग और उदाहरण
थर्मोग्रैविटेशनल चक्र सिद्धांत के अनुसार काम करने वाला एक प्रायोगिक उपकरण बोर्डो विश्वविद्यालय की एक प्रयोगशाला में विकसित किया गया था और फ्रांस में पेटेंट कराया गया था। इस तरह के थर्मोग्रैविटेशनल इलेक्ट्रिक जनरेटर एक दस्ताने की उंगली से काटकर नाइट्राइल इलास्टोमर से बने लोचदार बैग के मुद्रास्फीति और अपस्फीति चक्र पर आधारित है। बैग एक वाष्पशील कार्यशील तरल पदार्थ से भरा होता है जिसमें इलास्टोमेर के लिए कम रासायनिक संबंध होता है जैसे कि perfluorohexane (C6F14). यह एक मजबूत नियोडिमियम चुंबक से जुड़ा होता है जो भार के रूप में और यांत्रिक ऊर्जा को वोल्टेज में बदलने के लिए कार्य करता है। कांच के सिलेंडर में पानी भरा होता है जो परिवहन द्रव के रूप में कार्य करता है। इसे तल पर एक गर्म परिसंचारी जल-जैकेट द्वारा गर्म किया जाता है, और शीर्ष पर ठंडे जल स्नान द्वारा ठंडा किया जाता है। इसके कम क्वथनांक तापमान (56 डिग्री सेल्सियस) के कारण, बैग में निहित पेरफ्लुओरोहेक्सेन ड्रॉप वाष्पीकृत हो जाता है और गुब्बारे को फुला देता है। एक बार जब इसका घनत्व पानी के घनत्व से कम हो जाता है, तो गुब्बारा आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के अनुसार ऊपर उठता है। स्तंभ के शीर्ष पर ठंडा होने पर, गुब्बारा आंशिक रूप से तब तक विक्षेपित होता है जब तक कि यह पानी की तुलना में प्रभावी रूप से सघन न हो जाए और नीचे गिरना शुरू न हो जाए। जैसा कि वीडियो से देखा गया है, चक्रीय गति की अवधि कई सेकंड होती है। ये दोलन कई घंटों तक रह सकते हैं और उनकी अवधि केवल रबड़ की झिल्ली के माध्यम से काम कर रहे तरल पदार्थ के रिसाव से सीमित होती है। हर बार जब चुंबक कॉइल से गुजरता है तो चुंबकीय प्रवाह में भिन्नता पैदा करता है। एक आस्टसीलस्कप के माध्यम से एक वैद्युतवाहक बल बनाया और पता लगाया जाता है। यह अनुमान लगाया गया है कि इस मशीन की औसत शक्ति 7 μW है और इसकी दक्षता 4.8 x 10 है−6. हालांकि ये मूल्य बहुत कम हैं, यह प्रयोग अन्य बाहरी ऊर्जा आपूर्ति की आवश्यकता के बिना एक कमजोर अपशिष्ट ताप स्रोत से बिजली की कटाई के लिए अक्षय ऊर्जा उपकरण के सिद्धांत का प्रमाण लाता है, उदा। एक नियमित ताप इंजन में एक कंप्रेसर के लिए। Versailles में Lycée Hoche की प्रारंभिक कक्षाओं में स्नातक छात्रों द्वारा प्रयोग को सफलतापूर्वक पुन: प्रस्तुत किया गया था। थर्मोग्रैविटेशनल चक्रों पर आधारित कई अन्य अनुप्रयोग साहित्य में पाए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए:


 * सौर गुब्बारों में सूर्य की गर्मी अवशोषित होती है जिससे हवा से भरा गुब्बारा ऊपर उठता है और अपनी गति को विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है।
 * गुरुत्व चालित आर्गेनिक रैनकिन चक्र में, कार्यशील तरल पदार्थ पर दबाव डालने के लिए पंप के बजाय गुरुत्व का उपयोग किया जाता है। साहित्य में, विभिन्न लेखकों ने गुरुत्वाकर्षण संचालित ओआरसी उपकरणों के लिए अपनी दक्षता को अनुकूलित करने के लिए उपयुक्त कार्यशील तरल विशेषताओं का अध्ययन किया है।
 * एक चुंबकीय द्रव जनरेटर के एक संस्करण में, एक रेफ्रिजरेंट द्रव एक बाहरी ताप स्रोत द्वारा स्तंभ के तल पर वाष्पीकृत होता है, और इसके बुलबुले एक चुंबकीय फेरोफ्लुइड में चले जाते हैं, जिससे एक रैखिक अल्टरनेटर के माध्यम से विद्युत वोल्टेज का उत्पादन होता है।
 * कई पेटेंटों के एक वैचारिक संकर में, जमीन के नीचे पानी के उच्च स्तंभों के साथ एक संशोधित कार्बनिक रैंकिन चक्र के माध्यम से सौर या भूतापीय ऊर्जा का उपयोग किया जाता है

चक्र दक्षता
थर्मोग्रैविटेशनल चक्र की दक्षता η थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है जो चक्र के प्रत्येक चरण के दौरान कार्यशील तरल पदार्थ से गुजरती है। नीचे कुछ उदाहरण:


 * यदि गर्म स्रोत और ठंडे स्रोत के साथ स्तंभ के निचले और शीर्ष पर ताप का आदान-प्रदान क्रमशः स्थिर दबाव और तापमान पर होता है, तो दक्षता एक कार्नाट चक्र की दक्षता के बराबर होगी:

$$\eta = 1 - {T_C \over T_H}$$


 * यदि संपीड़न चरण 1→2 के दौरान कार्यशील द्रव तरल अवस्था में रहता है, तो दक्षता रैंकिन चक्र दक्षता के बराबर होगी। एच को ध्यान में रखते हुए1, एच2, एच3 और वह4 क्रमशः 1,2,3 और 4 चरणों में कार्यशील द्रव की विशिष्ट एन्थैल्पी:

$$\eta = {(h_3 - h_4) - (h_2 - h_1) \over h_3 - h_2}$$


 * यदि थर्मोग्रैविटेशनल चक्र के सभी चरणों के दौरान कार्यशील द्रव गैस बना रहता है, तो दक्षता ब्रेटन चक्र दक्षता के बराबर होगी। γ ताप क्षमता अनुपात को ध्यान में रखकर:

$$\eta = 1 - \left ( \frac{P_0}{P_h} \right )^{\gamma \over \gamma - 1}$$

फ़ाइल:सैद्धांतिक दक्षता बनाम जल स्तंभ ऊंचाई.tif|बाएं|तीन अलग-अलग काम करने वाले तरल पदार्थ (सी) के लिए CHEMCAD के साथ संख्यात्मक सिमुलेशन किए गए थे।5F12, सी6F14, और सी7F16) क्रमशः 150 डिग्री सेल्सियस और 10 बार तक गर्म स्रोत के तापमान और दबाव के साथ। |अंगूठा फाइल:सैद्धांतिक दक्षता बनाम गर्म स्रोत का तापमान। टीआईएफ|फ्रेम|कोल्ड सोर्स का तापमान 20 डिग्री सेल्सियस पर सेट किया गया है। काम कर रहे तरल पदार्थ को गुब्बारे के उठने के दौरान क्रमशः गैस अवस्था में और गुब्बारे के गिरने के दौरान तरल अवस्था में रखा जाता है। दक्षता अपेक्षाकृत 1 (यानी, प्रतिशत के रूप में नहीं) के रूप में व्यक्त की जाती है। |ऑल्ट=