Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τις θερμοδυναμικές διεργασίες. Ας γνωρίσουμε τις ποικιλίες και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά τους και ας μελετήσουμε επίσης το φαινόμενο των κυκλικών διεργασιών που έχουν τις ίδιες παραμέτρους στο αρχικό και στο τελικό σημείο.
Εισαγωγή
Οι θερμοδυναμικές διεργασίες είναι φαινόμενα στα οποία υπάρχει μια μακροσκοπική αλλαγή στη θερμοδυναμική ολόκληρου του συστήματος. Η παρουσία διαφοράς μεταξύ της αρχικής και της τελικής κατάστασης ονομάζεται στοιχειώδης διαδικασία, αλλά είναι απαραίτητο αυτή η διαφορά να είναι απείρως μικρή. Η περιοχή του χώρου μέσα στην οποία εμφανίζεται αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σώμα εργασίας.
Με βάση τον τύπο της σταθερότητας, μπορεί κανείς να διακρίνει μεταξύ ισορροπίας και μη ισορροπίας. Ο μηχανισμός ισορροπίας είναι μια διαδικασία κατά την οποία όλοι οι τύποι καταστάσεων μέσω των οποίων ρέει το σύστημα σχετίζονται με την κατάσταση ισορροπίας. Η υλοποίηση τέτοιων διαδικασιών συμβαίνει όταν η αλλαγή προχωρά μάλλον αργά, ή, με άλλα λόγια, το φαινόμενο είναι σχεδόν στατικής φύσης.
ΦαινόμεναΟ θερμικός τύπος μπορεί να χωριστεί σε αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες θερμοδυναμικές διεργασίες. Οι αναστρέψιμοι μηχανισμοί είναι εκείνοι στους οποίους πραγματοποιείται η δυνατότητα να πραγματοποιηθεί η διαδικασία προς την αντίθετη κατεύθυνση, χρησιμοποιώντας τις ίδιες ενδιάμεσες καταστάσεις.
Αδιαβατική μεταφορά θερμότητας
Ο αδιαβατικός τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι μια θερμοδυναμική διαδικασία που συμβαίνει στην κλίμακα του μακρόκοσμου. Ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι η έλλειψη ανταλλαγής θερμότητας με τον χώρο γύρω.
Μεγάλης κλίμακας έρευνα σε αυτή τη διαδικασία χρονολογείται από τις αρχές του δέκατου όγδοου αιώνα.
Οι αδιαβατικοί τύποι διεργασιών είναι μια ειδική περίπτωση της πολυτροπικής μορφής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε αυτή τη μορφή η θερμοχωρητικότητα αερίου είναι μηδενική, πράγμα που σημαίνει ότι είναι σταθερή τιμή. Είναι δυνατό να αντιστραφεί μια τέτοια διαδικασία μόνο εάν υπάρχει ένα σημείο ισορροπίας όλων των χρονικών στιγμών. Οι αλλαγές στον δείκτη εντροπίας δεν παρατηρούνται σε αυτή την περίπτωση ή προχωρούν πολύ αργά. Υπάρχει ένας αριθμός συγγραφέων που αναγνωρίζουν αδιαβατικές διεργασίες μόνο σε αναστρέψιμες.
Η θερμοδυναμική διεργασία ενός αερίου ιδανικού τύπου με τη μορφή αδιαβατικού φαινομένου περιγράφει την εξίσωση Poisson.
Ισοχωρικό σύστημα
Ο ισοχορικός μηχανισμός είναι μια θερμοδυναμική διαδικασία που βασίζεται σε σταθερό όγκο. Μπορεί να παρατηρηθεί σε αέρια ή υγρά που έχουν θερμανθεί επαρκώς σε δοχείο με σταθερό όγκο.
Θερμοδυναμική διαδικασία ενός ιδανικού αερίου σε ισοχωρική μορφή, επιτρέπει μόριαδιατηρούν αναλογίες σε σχέση με τη θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στο νόμο του Καρόλου. Για τα πραγματικά αέρια, αυτό το δόγμα της επιστήμης δεν ισχύει.
Σύστημα Isobar
Το ισοβαρικό σύστημα παρουσιάζεται ως μια θερμοδυναμική διεργασία που συμβαίνει παρουσία σταθερής πίεσης έξω. I.p. ροή σε αρκετά αργό ρυθμό, που επιτρέπει στην πίεση μέσα στο σύστημα να θεωρείται σταθερή και να αντιστοιχεί στην εξωτερική πίεση, μπορεί να θεωρηθεί αναστρέψιμη. Επίσης, τέτοια φαινόμενα περιλαμβάνουν την περίπτωση κατά την οποία η αλλαγή στην προαναφερθείσα διαδικασία προχωρά με χαμηλό ρυθμό, γεγονός που καθιστά δυνατό να θεωρηθεί η πίεση σταθερή.
Εκτέλεση I.p. δυνατό σε ένα σύστημα που παρέχεται (ή αφαιρείται) στη θερμότητα dQ. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να επεκτείνετε το έργο Pdv και να αλλάξετε τον εσωτερικό τύπο ενέργειας dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Αλλαγές στο επίπεδο εντροπίας – dS, T – απόλυτη τιμή θερμοκρασίας.
Οι θερμοδυναμικές διεργασίες των ιδανικών αερίων στο ισοβαρικό σύστημα καθορίζουν την αναλογία του όγκου με τη θερμοκρασία. Τα πραγματικά αέρια θα καταναλώσουν μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας για να κάνουν αλλαγές στον μέσο τύπο ενέργειας. Το έργο ενός τέτοιου φαινομένου είναι ίσο με το γινόμενο της εξωτερικής πίεσης και των αλλαγών στον όγκο.
Ισοθερμικό φαινόμενο
Μία από τις κύριες θερμοδυναμικές διεργασίες είναι η ισοθερμική του μορφή. Εμφανίζεται σε φυσικά συστήματα, με σταθερή θερμοκρασία.
Για να συνειδητοποιήσουμε αυτό το φαινόμενοτο σύστημα, κατά κανόνα, μεταφέρεται σε θερμοστάτη, με τεράστια θερμική αγωγιμότητα. Η αμοιβαία ανταλλαγή θερμότητας προχωρά με επαρκή ρυθμό ώστε να ξεπεράσει τον ρυθμό της ίδιας της διαδικασίας. Το επίπεδο θερμοκρασίας του συστήματος δεν διακρίνεται σχεδόν από τις ενδείξεις του θερμοστάτη.
Είναι επίσης δυνατό να πραγματοποιηθεί η διαδικασία ισοθερμικής φύσης χρησιμοποιώντας ψύκτρες και (ή) πηγές θερμότητας, ελέγχοντας τη σταθερότητα θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας θερμόμετρα. Ένα από τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα αυτού του φαινομένου είναι ο βρασμός υγρών υπό σταθερή πίεση.
ισεντροπικό φαινόμενο
Η ισεντροπική μορφή των θερμικών διεργασιών προχωρά υπό συνθήκες σταθερής εντροπίας. Μηχανισμοί θερμικής φύσης μπορούν να ληφθούν χρησιμοποιώντας την εξίσωση Clausius για αναστρέψιμες διεργασίες.
Μόνο οι αναστρέψιμες αδιαβατικές διεργασίες μπορούν να ονομαστούν ισεντροπικές. Η ανισότητα Clausius δηλώνει ότι δεν μπορούν να συμπεριληφθούν εδώ μη αναστρέψιμοι τύποι θερμικών φαινομένων. Ωστόσο, η σταθερότητα της εντροπίας μπορεί να παρατηρηθεί και σε ένα μη αναστρέψιμο θερμικό φαινόμενο, εάν η εργασία στη θερμοδυναμική διαδικασία στην εντροπία γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε να αφαιρεθεί αμέσως. Εξετάζοντας τα θερμοδυναμικά διαγράμματα, οι γραμμές που αντιπροσωπεύουν τις ισεντροπικές διεργασίες μπορούν να αναφέρονται ως αδιαβάτ ή ισέντροπα. Συχνότερα καταφεύγουν στο πρώτο όνομα, το οποίο προκαλείται από την αδυναμία να απεικονιστούν σωστά οι γραμμές στο διάγραμμα που χαρακτηρίζουν τη διαδικασία μη αναστρέψιμης φύσης. Η εξήγηση και η περαιτέρω εκμετάλλευση των ισεντροπικών διεργασιών έχουν μεγάλη σημασία.αξία, καθώς χρησιμοποιείται συχνά για την επίτευξη στόχων, πρακτικών και θεωρητικών γνώσεων.
Τύπος διαδικασίας Ισενθαλπίας
Η διαδικασία Ισενθαλπίας είναι ένα θερμικό φαινόμενο που παρατηρείται παρουσία σταθερής ενθαλπίας. Οι υπολογισμοί του δείκτη του γίνονται χάρη στον τύπο: dH=dU + d(pV).
Ενθαλπία είναι μια παράμετρος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να χαρακτηρίσει ένα σύστημα στο οποίο δεν παρατηρούνται αλλαγές κατά την επιστροφή στην αντίστροφη κατάσταση του ίδιου του συστήματος και, κατά συνέπεια, είναι ίσες με μηδέν.
Το φαινόμενο ισενθαλπίας της μεταφοράς θερμότητας μπορεί, για παράδειγμα, να εκδηλωθεί στη θερμοδυναμική διαδικασία των αερίων. Όταν μόρια, για παράδειγμα, αιθάνιο ή βουτάνιο, «συμπιέζονται» μέσα από ένα χώρισμα με πορώδη δομή και η ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του αερίου και της θερμότητας γύρω δεν παρατηρείται. Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί στο φαινόμενο Joule-Thomson που χρησιμοποιείται στη διαδικασία λήψης εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών. Οι διαδικασίες ισενθαλπίας είναι πολύτιμες επειδή καθιστούν δυνατή τη μείωση της θερμοκρασίας στο περιβάλλον χωρίς σπατάλη ενέργειας.
Πολυτροπική φόρμα
Ένα χαρακτηριστικό μιας πολυτροπικής διεργασίας είναι η ικανότητά της να αλλάζει τις φυσικές παραμέτρους του συστήματος, αλλά να αφήνει σταθερό τον δείκτη θερμικής ικανότητας (C). Τα διαγράμματα που εμφανίζουν θερμοδυναμικές διεργασίες σε αυτή τη μορφή ονομάζονται πολυτροπικά. Ένα από τα απλούστερα παραδείγματα αντιστρεψιμότητας αντανακλάται στα ιδανικά αέρια και προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση: pV =const. P - δείκτες πίεσης, V - ογκομετρική τιμή αερίου.
ring διαδικασίας
Θερμοδυναμικά συστήματα και διεργασίες μπορούν να σχηματίσουν κύκλους που έχουν κυκλικό σχήμα. Έχουν πάντα πανομοιότυπους δείκτες στις αρχικές και τελικές παραμέτρους που αξιολογούν την κατάσταση του σώματος. Τέτοια ποιοτικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν την πίεση παρακολούθησης, την εντροπία, τη θερμοκρασία και τον όγκο.
Ο θερμοδυναμικός κύκλος βρίσκεται στην έκφραση ενός μοντέλου μιας διαδικασίας που συμβαίνει σε πραγματικούς θερμικούς μηχανισμούς που μετατρέπουν τη θερμότητα σε μηχανικό έργο.
Το σώμα εργασίας είναι μέρος των εξαρτημάτων κάθε τέτοιου μηχανήματος.
Μια αναστρέψιμη θερμοδυναμική διαδικασία παρουσιάζεται ως κύκλος, ο οποίος έχει διαδρομές τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω. Η θέση του βρίσκεται σε ένα κλειστό σύστημα. Ο συνολικός συντελεστής εντροπίας του συστήματος δεν αλλάζει με την επανάληψη κάθε κύκλου. Για έναν μηχανισμό στον οποίο η μεταφορά θερμότητας λαμβάνει χώρα μόνο μεταξύ μιας συσκευής θέρμανσης ή ψύξης και ενός ρευστού εργασίας, η αναστρεψιμότητα είναι δυνατή μόνο με τον κύκλο Carnot.
Υπάρχουν πολλά άλλα κυκλικά φαινόμενα που μπορούν να αντιστραφούν μόνο όταν επιτευχθεί η εισαγωγή μιας πρόσθετης δεξαμενής θερμότητας. Τέτοιες πηγές ονομάζονται αναγεννητές.
Μια ανάλυση των θερμοδυναμικών διεργασιών κατά τις οποίες λαμβάνει χώρα η αναγέννηση μας δείχνει ότι είναι όλες κοινές στον κύκλο Reutlinger. Έχει αποδειχθεί από πολλούς υπολογισμούς και πειράματα ότι ο αναστρέψιμος κύκλος έχει τον υψηλότερο βαθμό απόδοσης.
