V tem članku bomo obravnavali termodinamične procese. Spoznajmo se z njihovimi sortami in kvalitativnimi značilnostmi ter preučimo tudi pojav krožnih procesov, ki imajo enake parametre na začetni in končni točki.
Uvod
Termodinamični procesi so pojavi, pri katerih pride do makroskopske spremembe termodinamike celotnega sistema. Prisotnost razlike med začetnim in končnim stanjem se imenuje elementarni proces, vendar je nujno, da je ta razlika neskončno majhna. Območje prostora, znotraj katerega se ta pojav pojavi, se imenuje delovno telo.
Glede na vrsto stabilnosti lahko ločimo med ravnotežno in neravnotežno. Ravnotežni mehanizem je proces, v katerem so vse vrste stanj, skozi katere sistem teče, povezane z ravnotežnim stanjem. Izvajanje takih procesov se zgodi, ko sprememba poteka precej počasi, oziroma je, z drugimi besedami, pojav kvazistatične narave.
Fenomenitermični tip lahko razdelimo na reverzibilne in ireverzibilne termodinamične procese. Reverzibilni mehanizmi so tisti, pri katerih je realizirana možnost, da se proces izvede v nasprotni smeri z uporabo istih vmesnih stanj.
adiabatni prenos toplote
Adiabatni način prenosa toplote je termodinamični proces, ki se odvija na lestvici makrokozmosa. Druga značilnost je pomanjkanje toplotne izmenjave z okolico.
Obsežne raziskave tega procesa segajo v začetek osemnajstega stoletja.
Adiabatski tipi procesov so poseben primer politropne oblike. To je posledica dejstva, da je v tej obliki toplotna zmogljivost plina nič, kar pomeni, da je konstantna vrednost. Takšen proces je mogoče obrniti le, če obstaja točka ravnotežja vseh trenutkov v času. Spremembe indeksa entropije v tem primeru ne opazimo ali pa potekajo prepočasi. Obstaja vrsta avtorjev, ki prepoznavajo adiabatske procese le v reverzibilnih.
Termodinamični proces idealnega plina v obliki adiabatskega pojava opisuje Poissonovo enačbo.
izohorični sistem
Izohorični mehanizem je termodinamični proces, ki temelji na konstantni prostornini. Opazimo ga lahko v plinih ali tekočinah, ki so bili dovolj segreti v posodi s konstantno prostornino.
Termodinamični proces idealnega plina v izohorični obliki omogoča molekuleohraniti razmerja glede na temperaturo. To je posledica Charlesovega zakona. Za prave pline ta dogma znanosti ne velja.
Izobar sistem
Izobarični sistem je predstavljen kot termodinamični proces, ki se pojavi ob prisotnosti stalnega zunanjega tlaka. I.p. tok pri dovolj počasnem tempu, ki omogoča, da se tlak v sistemu šteje za konstantnega in ustreza zunanjemu tlaku, se lahko šteje za reverzibilnega. Med takšne pojave spada tudi primer, ko se sprememba v zgoraj omenjenem procesu odvija z nizko hitrostjo, kar omogoča upoštevanje konstante tlaka.
Izvedite I.p. možno v sistemu, ki se dovaja (ali odstrani) na toploto dQ. Za to je potrebno razširiti delo Pdv in spremeniti notranjo vrsto energije dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Spremembe stopnje entropije – dS, T – absolutna vrednost temperature.
Termodinamični procesi idealnih plinov v izobaričnem sistemu določajo sorazmernost prostornine s temperaturo. Pravi plini bodo porabili določeno količino toplote za spremembo povprečne vrste energije. Delo takega pojava je enako zmnožku zunanjega tlaka in sprememb prostornine.
Izotermični pojav
Eden od glavnih termodinamičnih procesov je njegova izotermna oblika. Pojavlja se v fizičnih sistemih s konstantno temperaturo.
Za uresničitev tega pojavasistem se praviloma prenese na termostat z veliko toplotno prevodnostjo. Medsebojna izmenjava toplote poteka z zadostno hitrostjo, da prehiteva hitrost samega procesa. Temperaturna raven sistema se skoraj ne razlikuje od odčitkov termostata.
Prav tako je mogoče izvesti proces izotermične narave z uporabo toplotnih ponorov in (ali) virov, ki nadzorujejo temperaturno konstantnost s pomočjo termometrov. Eden najpogostejših primerov tega pojava je vrenje tekočin pod stalnim tlakom.
Izentropski fenomen
Izentropska oblika toplotnih procesov poteka v pogojih konstantne entropije. Mehanizme toplotne narave je mogoče dobiti z uporabo Clausiusove enačbe za reverzibilne procese.
Le reverzibilne adiabatne procese lahko imenujemo izentropski. Clausiusova neenakost pravi, da ireverzibilnih vrst toplotnih pojavov ni mogoče vključiti sem. Konstantnost entropije pa lahko opazimo tudi pri ireverzibilnem toplotnem pojavu, če je delo v termodinamičnem procesu na entropiji opravljeno tako, da se takoj odstrani. Če pogledamo termodinamične diagrame, lahko črte, ki predstavljajo izentropske procese, imenujemo adiabate ali izentrope. Pogosteje se zatečejo k prvemu imenu, kar je posledica nezmožnosti pravilnega upodobitve črt na diagramu, ki označuje proces nepovratne narave. Razlaga in nadaljnje izkoriščanje izentropskih procesov sta zelo pomembna.vrednost, saj se pogosto uporablja pri doseganju ciljev, praktičnega in teoretičnega znanja.
Izentalpijska vrsta procesa
Izentalpijski proces je toplotni pojav, ki ga opazimo ob prisotnosti konstantne entalpije. Izračuni njegovega indikatorja so narejeni po formuli: dH=dU + d(pV).
Enthalpija je parameter, ki ga lahko uporabimo za karakterizacijo sistema, v katerem spremembe ne opazimo ob vrnitvi v obratno stanje samega sistema in so v skladu s tem enake nič.
Izentalpijski pojav prenosa toplote se lahko na primer kaže v termodinamičnem procesu plinov. Ko se molekule, na primer etan ali butan, "stisnejo" skozi pregrado s porozno strukturo in izmenjave toplote med plinom in toploto okoli njega ni opaziti. To je mogoče opaziti pri Joule-Thomsonovem učinku, ki se uporablja pri pridobivanju ultranizkih temperatur. Izentalpijski procesi so dragoceni, ker omogočajo znižanje temperature v okolju brez izgube energije.
politropska oblika
Značilnost politropnega procesa je njegova sposobnost spreminjanja fizičnih parametrov sistema, vendar pušča indeks toplotne zmogljivosti (C) konstanten. Diagrami, ki prikazujejo termodinamične procese v tej obliki, se imenujejo politropni. Eden najpreprostejših primerov reverzibilnosti se odraža v idealnih plinih in se določi z enačbo: pV =const. P - indikatorji tlaka, V - volumetrična vrednost plina.
Procesni obroč
Termodinamični sistemi in procesi lahko tvorijo cikle, ki imajo krožno obliko. Vedno imajo enake kazalnike v začetnih in končnih parametrih, ki ocenjujejo stanje telesa. Takšne kvalitativne značilnosti vključujejo nadzorni tlak, entropijo, temperaturo in prostornino.
Termodinamični cikel se znajde v izrazu modela procesa, ki se odvija v resničnih toplotnih mehanizmih, ki pretvarjajo toploto v mehansko delo.
Delovno telo je del sestavnih delov vsakega takega stroja.
Reverzibilni termodinamični proces je predstavljen kot cikel, ki ima poti naprej in nazaj. Njegov položaj je v zaprtem sistemu. Skupni koeficient sistemske entropije se s ponavljanjem vsakega cikla ne spremeni. Za mehanizem, pri katerem gre za prenos toplote samo med grelno ali hladilno napravo in delovno tekočino, je reverzibilnost možna samo s Carnotovim ciklom.
Obstajajo številni drugi ciklični pojavi, ki jih je mogoče obrniti šele, ko je dosežen uvedba dodatnega rezervoarja toplote. Takšni viri se imenujejo regeneratorji.
Analiza termodinamičnih procesov, med katerimi poteka regeneracija, nam pokaže, da so vsi pogosti v Reutlingerjevem ciklu. Številni izračuni in poskusi so dokazali, da ima reverzibilni cikel najvišjo stopnjo učinkovitosti.
