W tym artykule rozważymy procesy termodynamiczne. Zapoznajmy się z ich odmianami i cechami jakościowymi, a także zbadajmy zjawisko procesów cyrkulacyjnych, które mają te same parametry w punkcie początkowym i końcowym.
Wprowadzenie
Procesy termodynamiczne to zjawiska, w których zachodzi makroskopowa zmiana termodynamiki całego układu. Obecność różnicy między stanem początkowym a końcowym nazywana jest procesem elementarnym, ale konieczne jest, aby ta różnica była nieskończenie mała. Obszar przestrzeni, w którym zachodzi to zjawisko, nazywany jest ciałem roboczym.
Na podstawie rodzaju stabilności można rozróżnić stan równowagi i nierównowagi. Mechanizm równowagi to proces, w którym wszystkie rodzaje stanów, przez które przepływa układ, są powiązane ze stanem równowagi. Realizacja takich procesów następuje wtedy, gdy zmiana postępuje raczej wolno, czyli innymi słowy zjawisko ma charakter quasi-statyczny.
Zjawiskatyp termiczny można podzielić na odwracalne i nieodwracalne procesy termodynamiczne. Mechanizmy odwracalne to takie, w których realizowana jest możliwość przeprowadzenia procesu w przeciwnym kierunku, z wykorzystaniem tych samych stanów pośrednich.
Adiabatyczny transfer ciepła
Adiabatyczny sposób przekazywania ciepła to proces termodynamiczny zachodzący w skali makrokosmosu. Kolejną cechą charakterystyczną jest brak wymiany ciepła z przestrzenią wokół.
Badania na dużą skalę nad tym procesem sięgają początku XVIII wieku.
Adiabatyczne typy procesów są szczególnym przypadkiem formy politropowej. Wynika to z faktu, że w tej postaci pojemność cieplna gazu wynosi zero, czyli jest wartością stałą. Odwrócenie takiego procesu jest możliwe tylko wtedy, gdy istnieje punkt równowagi wszystkich momentów w czasie. Zmiany indeksu entropii nie są w tym przypadku obserwowane lub postępują zbyt wolno. Jest wielu autorów, którzy rozpoznają procesy adiabatyczne tylko w procesach odwracalnych.
Proces termodynamiczny gazu typu idealnego w postaci zjawiska adiabatycznego opisuje równanie Poissona.
System izochoryczny
Mechanizm izochoryczny to proces termodynamiczny oparty na stałej objętości. Można to zaobserwować w gazach lub cieczach, które zostały wystarczająco ogrzane w naczyniu o stałej objętości.
Proces termodynamiczny gazu doskonałego w formie izochorycznej pozwala molekułomzachować proporcje w stosunku do temperatury. Wynika to z prawa Karola. W przypadku gazów rzeczywistych ten dogmat nauki nie ma zastosowania.
System Isobar
System izobaryczny jest przedstawiony jako proces termodynamiczny, który zachodzi w obecności stałego ciśnienia na zewnątrz. Ip przepływ w wystarczająco wolnym tempie, dzięki czemu ciśnienie w układzie można uznać za stałe i odpowiadające ciśnieniu zewnętrznemu, można uznać za odwracalne. Do takich zjawisk należy również przypadek, w którym zmiana w ww. procesie przebiega z małą szybkością, co pozwala na uwzględnienie stałej ciśnienia.
Wykonaj I.p. możliwe w układzie doprowadzonym (lub usuniętym) do ciepła dQ. W tym celu należy rozszerzyć pracę Pdv i zmienić rodzaj energii wewnętrznej dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Zmiany poziomu entropii – dS, T – wartość bezwzględna temperatury.
Procesy termodynamiczne gazów doskonałych w układzie izobarycznym określają proporcjonalność objętości do temperatury. Gazy rzeczywiste zużyją pewną ilość ciepła, aby dokonać zmian w przeciętnym rodzaju energii. Praca takiego zjawiska jest równa iloczynowi ciśnienia zewnętrznego i zmian objętości.
Zjawisko izotermiczne
Jednym z głównych procesów termodynamicznych jest jego forma izotermiczna. Występuje w układach fizycznych o stałej temperaturze.
Aby zrealizować to zjawiskosystem z reguły jest przenoszony do termostatu o ogromnej przewodności cieplnej. Wzajemna wymiana ciepła przebiega w tempie wystarczającym do wyprzedzenia tempa samego procesu. Poziom temperatury systemu jest prawie nie do odróżnienia od odczytów termostatu.
Możliwe jest również przeprowadzenie procesu o charakterze izotermicznym za pomocą radiatorów i (lub) źródeł, kontrolując stałość temperatury za pomocą termometrów. Jednym z najczęstszych przykładów tego zjawiska jest wrzenie cieczy pod stałym ciśnieniem.
Zjawisko izentropowe
Izentropowa forma procesów termicznych przebiega w warunkach stałej entropii. Mechanizmy natury termicznej można uzyskać za pomocą równania Clausiusa dla procesów odwracalnych.
Tylko odwracalne procesy adiabatyczne można nazwać izentropowymi. Nierówność Clausiusa stwierdza, że nie można tu uwzględnić nieodwracalnych typów zjawisk termicznych. Jednak stałość entropii można zaobserwować również w nieodwracalnym zjawisku termicznym, jeśli praca w procesie termodynamicznym nad entropią jest wykonywana w taki sposób, że jest ona natychmiast usuwana. Patrząc na diagramy termodynamiczne, linie reprezentujące procesy izentropowe można nazwać adiabatami lub izentropami. Częściej uciekają się do imienia, co jest spowodowane niemożnością prawidłowego oddania linii na schemacie charakteryzujących proces o nieodwracalnym charakterze. Duże znaczenie ma wyjaśnienie i dalsza eksploatacja procesów izentropowych.wartość, ponieważ jest często wykorzystywana w osiąganiu celów, wiedzy praktycznej i teoretycznej.
Rodzaj procesu Isenthalpy
Proces Isentalpii to zjawisko termiczne obserwowane w obecności stałej entalpii. Obliczenia jego wskaźnika wykonuje się według wzoru: dH=dU + d(pV).
Entalpia to parametr, którego można użyć do scharakteryzowania systemu, w którym zmiany nie są obserwowane po powrocie do stanu odwrotnego samego systemu i odpowiednio są równe zeru.
Zjawisko izentalpii wymiany ciepła może na przykład przejawiać się w procesie termodynamicznym gazów. Gdy cząsteczki, na przykład etan lub butan, „przeciskają się” przez przegrodę o porowatej strukturze i nie obserwuje się wymiany ciepła między gazem a ciepłem wokół. Można to zaobserwować w efekcie Joule'a-Thomsona wykorzystywanym w procesie uzyskiwania ultraniskich temperatur. Procesy izentalpii są cenne, ponieważ umożliwiają obniżenie temperatury otoczenia bez marnowania energii.
Forma politropowa
Cechą procesu politropowego jest możliwość zmiany parametrów fizycznych układu, ale pozostawienie stałego wskaźnika pojemności cieplnej (C). Diagramy przedstawiające procesy termodynamiczne w tej formie nazywane są politropowymi. Jeden z najprostszych przykładów odwracalności znajduje odzwierciedlenie w gazach doskonałych i jest określany za pomocą równania: pV =const. P - wskaźniki ciśnienia, V - wartość objętościowa gazu.
Pierścień procesowy
Systemy i procesy termodynamiczne mogą tworzyć cykle o okrągłym kształcie. Zawsze mają identyczne wskaźniki w początkowych i końcowych parametrach, które oceniają stan organizmu. Takie cechy jakościowe obejmują monitorowanie ciśnienia, entropii, temperatury i objętości.
Cykl termodynamiczny wyraża się w modelu procesu zachodzącego w rzeczywistych mechanizmach termicznych, które przekształcają ciepło w pracę mechaniczną.
Ciało robocze jest częścią składową każdej takiej maszyny.
Odwracalny proces termodynamiczny jest przedstawiony jako cykl, który ma ścieżki zarówno do przodu, jak i do tyłu. Jej pozycja leży w systemie zamkniętym. Całkowity współczynnik entropii układu nie zmienia się wraz z powtarzaniem każdego cyklu. W przypadku mechanizmu, w którym wymiana ciepła zachodzi tylko pomiędzy urządzeniem grzewczym lub chłodniczym a płynem roboczym, odwracalność jest możliwa tylko w cyklu Carnota.
Istnieje wiele innych cyklicznych zjawisk, które można odwrócić tylko wtedy, gdy zostanie osiągnięty dodatkowy zbiornik ciepła. Takie źródła nazywane są regeneratorami.
Analiza procesów termodynamicznych, podczas których zachodzi regeneracja, pokazuje, że wszystkie one występują w cyklu Reutlingera. Liczne obliczenia i eksperymenty dowiodły, że cykl odwracalny ma najwyższy stopień wydajności.
