Tässä artikkelissa tarkastelemme termodynaamisia prosesseja. Tutustutaan niiden lajikkeisiin ja laadullisiin ominaisuuksiin sekä tutkitaan myös kiertoprosessien ilmiötä, joilla on samat parametrit alku- ja loppupisteissä.
Esittely
Termodynaamiset prosessit ovat ilmiöitä, joissa koko järjestelmän termodynamiikassa tapahtuu makroskooppinen muutos. Alku- ja lopputilan välisen eron olemassaoloa kutsutaan alkeisprosessiksi, mutta tämän eron on oltava äärettömän pieni. Tila-aluetta, jolla tämä ilmiö esiintyy, kutsutaan työkappaleeksi.
Vakavuuden tyypin perusteella voidaan erottaa tasapaino ja epätasapaino. Tasapainomekanismi on prosessi, jossa kaikentyyppiset tilat, joiden läpi järjestelmä virtaa, liittyvät tasapainotilaan. Tällaisten prosessien toteutus tapahtuu, kun muutos etenee melko hitaasti, eli toisin sanoen ilmiö on luonteeltaan kvasistaattinen.
Ilmiötlämpötyyppi voidaan jakaa palautuviin ja irreversiibeliin termodynaamisiin prosesseihin. Reversiibelit mekanismit ovat sellaisia, joissa toteutuu mahdollisuus suorittaa prosessi vastakkaiseen suuntaan samojen välitilojen avulla.
Adiabaattinen lämmönsiirto
Adiabaattinen lämmönsiirtotapa on termodynaaminen prosessi, joka tapahtuu makrokosmoksen mittakaavassa. Toinen ominaisuus on lämmönvaihdon puute ympärillä olevan tilan kanssa.
Tätä prosessia koskeva laaja tutkimus on peräisin 1700-luvun alusta.
Adiabaattiset prosessit ovat polytrooppisen muodon erikoistapaus. Tämä johtuu siitä, että tässä muodossa kaasun lämpökapasiteetti on nolla, mikä tarkoittaa, että se on vakioarvo. Tällainen prosessi on mahdollista kääntää päinvastaiseksi vain, jos kaikilla ajanhetkillä on tasapainopiste. Entropiaindeksin muutoksia ei tässä tapauksessa havaita tai ne etenevät liian hitaasti. Jotkut kirjoittajat tunnistavat adiabaattiset prosessit vain palautuvissa.
Ideaalityypin kaasun termodynaaminen prosessi adiabaattisen ilmiön muodossa kuvaa Poissonin yhtälön.
Isokoorinen järjestelmä
Isokoorinen mekanismi on termodynaaminen prosessi, joka perustuu vakiotilavuuteen. Se voidaan havaita kaasuissa tai nesteissä, joita on lämmitetty riittävästi vakiotilavuudessa.
Ihanteellisen kaasun termodynaaminen prosessi isokorisessa muodossa mahdollistaa molekyyliensäilyttää mittasuhteet suhteessa lämpötilaan. Tämä johtuu Charlesin laista. Tämä tieteen dogma ei päde oikeille kaasuille.
Isobar-järjestelmä
Isobarinen järjestelmä esitetään termodynaamisena prosessina, joka tapahtuu jatkuvan paineen läsnä ollessa ulkona. I.p. virtaus riittävän hitaasti, jolloin järjestelmän sisäistä painetta voidaan pitää vakiona ja ulkoista painetta vastaavana, voidaan pitää palautuvana. Tällaisia ilmiöitä ovat myös tapaus, jossa muutos edellä mainitussa prosessissa etenee alhaisella nopeudella, mikä mahdollistaa paineen pitämisen vakiona.
Suorita I.p. mahdollista järjestelmässä, joka syötetään (tai poistetaan) lämmölle dQ. Tätä varten on tarpeen laajentaa työtä Pdv ja muuttaa sisäistä energiatyyppiä dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Entropiatason muutokset – dS, T – lämpötilan itseisarvo.
Ihanteellisten kaasujen termodynaamiset prosessit isobarisessa järjestelmässä määrittävät tilavuuden suhteellisuuden lämpötilaan. Todelliset kaasut kuluttavat tietyn määrän lämpöä muuttaakseen keskimääräistä energiatyyppiä. Tällaisen ilmiön työ on yhtä suuri kuin ulkoisen paineen ja tilavuuden muutosten tulo.
Isoterminen ilmiö
Yksi tärkeimmistä termodynaamisista prosesseista on sen isoterminen muoto. Sitä esiintyy fysikaalisissa järjestelmissä, joissa lämpötila on vakio.
Tämän ilmiön ymmärtämiseksijärjestelmä siirretään pääsääntöisesti termostaattiin, jolla on v altava lämmönjohtavuus. Keskinäinen lämmönvaihto etenee riittävällä nopeudella ohittamaan itse prosessin nopeuden. Järjestelmän lämpötilataso on lähes mahdoton erottaa termostaatin lukemista.
On myös mahdollista toteuttaa isoterminen prosessi käyttämällä jäähdytyselementtejä ja (tai) lähteitä säätämällä lämpötilan pysyvyyttä lämpömittareiden avulla. Yksi yleisimmistä esimerkeistä tästä ilmiöstä on nesteiden kiehuminen jatkuvassa paineessa.
Isentrooppinen ilmiö
Lämpöprosessien isentrooppinen muoto etenee vakioentropian olosuhteissa. Termisiä mekanismeja voidaan saada käyttämällä Clausius-yhtälöä palautuville prosesseille.
Vain palautuvia adiabaattisia prosesseja voidaan kutsua isentrooppisiksi. Clausiuksen epäyhtälössä sanotaan, että peruuttamattomia lämpöilmiötyyppejä ei voida sisällyttää tähän. Entropian pysyvyys voidaan kuitenkin havaita myös irreversiibelissä lämpöilmiössä, jos termodynaamisessa prosessissa entropiaa koskeva työ tehdään siten, että se poistetaan välittömästi. Termodynaamisia kaavioita tarkasteltaessa isentrooppisia prosesseja edustavia viivoja voidaan kutsua adiabaateiksi tai isentroopeiksi. Useammin he turvautuvat etunimeen, mikä johtuu kyvyttömyydestä kuvata oikein kaavion viivoja, jotka kuvaavat peruuttamatonta prosessia. Isentrooppisten prosessien selittäminen ja edelleen hyödyntäminen ovat erittäin tärkeitä.arvoa, koska sitä käytetään usein tavoitteiden saavuttamisessa, käytännön ja teoreettisessa tiedossa.
Isenthalpy-tyyppinen prosessi
Isentalpiaprosessi on lämpöilmiö, joka havaitaan jatkuvan entalpian läsnä ollessa. Sen indikaattorin laskelmat tehdään kaavan avulla: dH=dU + d(pV).
Entalpia on parametri, jota voidaan käyttää luonnehtimaan järjestelmää, jossa muutoksia ei havaita palattaessa itse järjestelmän käänteiseen tilaan, ja vastaavasti ne ovat nolla.
Lämmönsiirron isentalpiailmiö voi ilmetä esimerkiksi kaasujen termodynaamisessa prosessissa. Kun molekyylit, esimerkiksi etaani tai butaani, "puristuvat" huokoisen rakenteen omaavan väliseinän läpi, eikä lämmönvaihtoa kaasun ja ympäröivän lämmön välillä havaita. Tämä voidaan havaita Joule-Thomson-ilmiössä, jota käytetään ultramatalien lämpötilojen saavuttamiseen. Isentalpiaprosessit ovat arvokkaita, koska ne mahdollistavat ympäristön lämpötilan alentamisen energiaa tuhlaamatta.
Polytrooppinen muoto
Polytrooppisen prosessin ominaisuus on sen kyky muuttaa järjestelmän fyysisiä parametreja, mutta jättää lämpökapasiteettiindeksin (C) vakioksi. Kaavioita, jotka esittävät termodynaamisia prosesseja tässä muodossa, kutsutaan polytrooppiseksi. Yksi yksinkertaisimmista esimerkeistä palautuvuudesta heijastuu ihanteellisiin kaasuihin ja se määritetään yhtälöllä: pV =const. P - paineilmaisimet, V - kaasun tilavuusarvo.
Käsittelyrengas
Termodynaamiset järjestelmät ja prosessit voivat muodostaa syklejä, joilla on pyöreä muoto. Niillä on aina samat indikaattorit alku- ja loppuparametreissa, jotka arvioivat kehon tilaa. Tällaisia laadullisia ominaisuuksia ovat paineen, entropian, lämpötilan ja tilavuuden valvonta.
Termodynaaminen kierto havaitsee olevansa mallin ilmaisusta prosessista, joka tapahtuu todellisissa lämpömekanismeissa, jotka muuttavat lämmön mekaaniseksi työksi.
Työrunko on osa jokaisen tällaisen koneen osia.
Kääntyvä termodynaaminen prosessi esitetään syklinä, jossa on polkuja sekä eteen- että taaksepäin. Sen asema on suljetussa järjestelmässä. Järjestelmän entropian kokonaiskerroin ei muutu jokaisen syklin toistuessa. Mekanismissa, jossa lämmönsiirto tapahtuu vain lämmitys- tai jäähdytyslaitteen ja käyttönesteen välillä, käännettävyys on mahdollista vain Carnot-syklillä.
On olemassa joukko muita syklisiä ilmiöitä, jotka voidaan kääntää vasta, kun ylimääräinen lämpövarasto saavutetaan. Tällaisia lähteitä kutsutaan regeneraattoreiksi.
termodynaamisten prosessien analyysi, jonka aikana regeneraatio tapahtuu, osoittaa, että ne ovat kaikki yleisiä Reutlingerin syklissä. Useilla laskelmilla ja kokeilla on todistettu, että käännettävällä syklillä on korkein hyötysuhde.
