Procese termodinamice. Analiza proceselor termodinamice

Atunci când prezintă principalele prevederi ale termodinamicii, aceștia folosesc un set de anumite concepte strict formulate, despre care este conceptul sistem termodinamicCare este obiectul cercetării în termodinamică.

În sistemul termodinamic, un set ales de corpuri sau substanțe constând dintr-un număr mare de unități structurale (molecule, atomi, ioni) și separate de mediul înconjurător printr-o anumită limită sau suprafața secțiunii. Mediul extern sau lumea exterioară este ceea ce este în afara sistemului Shell.

În funcție de proprietățile interfeței, sistemele termodinamice sunt împărțite, în primul rând, pe izolat, Închis și deschis (Fig.2).

Sisteme izolate Nu pot schimba cu mediul sau substanța, nici cu energia. Sisteme închise schimbul cu energia din lumea exterioară a lumii și deschis - și substanță și energie.

Smochin. 2. Exemple de sisteme închise (a), deschise (B) și izolate (C)

Trebuie subliniat faptul că sistemele reale nu sunt niciodată absolut izolate, abordează doar acest concept într-un anumit grad, dar nu coincid pe deplin cu el.

Există astfel de procese, în timpul cărora un singur sau mai mulți parametri de sistem rămân neschimbate și toate celelalte se schimbă. Astfel, procesul care curge la o temperatură constantă se numește izotermic, la o presiune constantă - isobarmed și cu un volum constant - isochoretic. Dacă temperatura și presiunea sau volumul rămân neschimbate, atunci astfel de procedee sunt numite, respectiv, izobaro-izotermic sau izocoro-izotermic.

De exemplu, reacțiile chimice care apar în organismele vii sunt izotermice izobaric.

Cele mai multe reacții utilizate în scopuri industriale și tehnice sunt efectuate în condiții de presiune aproape constantă, adică Isobaric. Exemple de reacții isochoretum pot fi reacții care se află într-un vas închis, reacții între corpuri solide și lichide fără formarea gazelor, reacția dintre gaze, atunci când numărul de molecule de gaz rămâne permanent:

Pentru a compara proprietățile sistemelor termodinamice, este necesar să se indice cu precizie starea lor. În acest scop, conceptul a fost introdus - standard statPentru care, pentru un fluid individual sau solid, se ia o astfel de stare fizică în care există la o presiune de 1 atm (101315 PA) și această temperatură.

Pentru gaze și vapori, starea standard corespunde unei stări ipotetice în care gazul la o presiune de 1 atm este supus legilor gazelor ideale la o anumită temperatură.

Valorile referitoare la starea standard sunt scrise cu indicele "O", iar indicele inferior indică temperatura, cel mai adesea este de 298k.

Standard stat în chimice termodinamică - Adiată condiționat stat Substanțe individuale și componente ale soluțiilor la evaluare termodinamic Valori.

4. Primul top al termodinamicii.Cuvântare. Expresie matematică. Entalpy.

Utilizarea primului început al termodinamicii la biosisteme

Un caz special al legii conservării energiei aplicate proceselor însoțite de fenomene termice, prima pornire (sau prima lege) termodinamicăcare pot fi formulate după cum urmează: sistemul q încălzit ajunge la o creștere a energiei sale interne ΔU și pe sistemul de muncă și împotriva forțelor externe:

Q \u003d δ u + a

Sistemul se poate trece de la o stare la alte moduri diferite. Dar, în conformitate cu legea conservării energiei, schimbarea sistemului energetic intern nu depinde de calea de tranziție: este în egală măsură în toate cazurile dacă starea inițială și finală a sistemului este aceeași. Cantitatea de căldură și cantitatea de muncă depind de această cale. Cu toate acestea, indiferent de modul în care valorile Q și A nu au fost modificate cu diferite modalități de tranziție a sistemului de la o stare la alta, suma algebrică va fi întotdeauna aceeași, în mod unic aceleași stări inițiale și finale ale sistemului.

Pe baza primului început al termodinamicii, se pot face mai multe concluzii importante.1. Într-un sistem izolat, suma tuturor tipurilor de energie este constanta de magnitudine.2. Este imposibil să creați un motor etern de primul tip, ceea ce ar produce lucrări fără a pierde energie din exterior, deoarece Munca produsă a sistemului va fi întotdeauna mai mică decât căldura petrecută pe producția sa.

În termodinamică folosiți o nouă sumă - entalpy. sau conținutul de căldură al sistemului N.determinată de raport:

H \u003d u + pv

Enchefia este mai mare decât energia internă la magnitudinea funcționării de expansiune efectuată atunci când volumul sistemului de la 0 la V. ca energie internă, entalpy este o funcție de funcție și este imposibil să se determine valoarea absolută. Puteți măsura numai schimbarea Δn când sistemul se deplasează de la o stare la alta:

ΔH \u003d N. 2 - N. 1 \u003d (U. 2 + Pv. 2 ) - (u 1 + Pv. 1 ) \u003d U. 2 - U. 1 + (PV. 2 - Pv. 1 ) \u003d ΔU + P (v 2 - V. 1 ) \u003d ΔU + pΔV

Conform primei legi din toate fenomenele naturii, energia nu poate dispărea fără urme sau nu poate apărea din nimic. Energia se poate întoarce doar de la o formă la alta în rapoarte strict echivalente. Această lege este universală și confirmată de toată experiența umană.

Admiterea alimentelor oferă energie care este utilizată pentru a efectua diferite funcții ale corpului sau este salvată pentru utilizare ulterioară. Energia este eliberată de la produse alimentare În procesul de oxidare biologică, care este un proces cu mai multe etape.

Produsele alimentare sunt oxidate până la produse finite care sunt alocate din organism. De exemplu, carbohidrații sunt oxidați în organism la dioxid de carbon și apă. Aceleași produse finite se formează la arderea carbohidraților într-un calorimetru:

C6H12O6 + 6O2 \u003d 6CO2 + 6H2O

Energia energiei eliberate din fiecare gram de glucoză în această reacție este de 4,1 cywllari (KCAL). Aceeași energie se formează în timpul oxidării glucozei în celulele vii, în ciuda faptului că procesul de oxidare în ele este un proces cu mai multe etape și are loc în mai multe etape. Această concluzie se bazează pe principiul HESS, care este o consecință a primei legi a termodinamicii: efectul termic al unui proces chimic în mai multe etape nu depinde de etapele intermediare, dar este determinată numai de stările inițiale și finale ale sistemului .

Astfel, studiile care utilizează un calorimetru au arătat magnitudinea medie a energiei disponibile fiziologic, care este conținută în 1 grame de trei produse alimentare (în kilocalorii): carbohidrați - 4.1; Proteine \u200b\u200b- 4.1; Grăsimi - 9,3.

Pe de altă parte, în cele din urmă toată energia introdusă în corp se transformă în căldură. De asemenea, în formarea ATP, doar o parte a energiei este intensificată, mare - disipată sub formă de căldură. Când utilizați un sistem funcțional energetic ATF, cea mai mare parte a acestei energii intră și la termică.

Partea rămasă a energiei din celulele se desfășoară, însă, în cele din urmă, se transformă în căldură. De exemplu, energia utilizată de celulele musculare este cheltuită pe depășirea vâscozității mușchilor și a altor țesuturi. O mișcare vâscoasă provoacă frecare, ceea ce duce la formarea de căldură.

Un alt exemplu este consumul de energie transmis de inima de tăiere a sângelui. În timpul sângelui de la vase, toată energia se transformă în căldură datorită frecării dintre straturile de sânge și între sângele și pereții vaselor.

În consecință, în esență, toată energia petrecută de organism este în cele din urmă transformată în căldură. Din acest principiu există doar singura excepție: în cazul în care mușchii efectuează lucrări pe corpuri externe.

Dacă o persoană nu efectuează o muncă externă, nivelul de eliberare a corpului energiei poate fi determinat de cantitatea totală de căldură generată de organism. Pentru aceasta, se utilizează metoda de calorimetrie directă, pentru implementarea cărora este utilizată de un calorimetru mare, special echipat. Corpul este plasat într-o cameră specială, care este bine izolată din mediul înconjurător, adică schimbul de energie cu mediul camerei înconjurătoare nu are loc. Cantitatea de căldură alocată de organismul studiat poate fi măsurată cu precizie. Experimentele făcute de această metodă au arătat că cantitatea de energie introdusă în organism este egală cu energia eliberată în timpul calorimetriei.

Calorimetria directă în timpul de lucru, prin urmare, se utilizează metoda de calorimetrie indirectă, care se bazează pe calcularea randamentului energetic al organismului asupra utilizării oxigenului.

Definiție:Sistemul termodinamic este combinația obiectelor macroscopice: corpuri și câmpuri,

care poate face schimb de energie atât cu ceilalți, cât și cu un mediu extern, adică de corpurile și câmpurile care sunt externe în ceea ce privește acest sistem.

Pentru a descrie starea sistemului termodinamic, sunt introduse valori termodinamice, numite parametrii termodinamici ai stării sistemului: p.,V.,t. 0, etc.

Definiție:Starea de echilibru (starea de echilibru termodinamic) se numește starea sistemului, care nu se schimbă în timp (starea de spitalizare) și independentă de procesele care apar în mediul extern.

Starea de echilibru este instalată în sistem la constantă condiții externe Și este salvat în sistem arbitrar de mult timp. În toate părțile sistemului termodinamic, care se află într-o stare de echilibru termodinamic, temperatura este aceeași.

Conceptul de temperatură este după cum urmează:

dacă schimbul de căldură apare atunci când este în contact cu 2 corpuri, se spune că aceste corpuri au temperaturi diferite dacă nu există schimb termic,  temperaturi. Corpul care transmite energia sub formă de căldură are o temperatură mare, iar corpul face ca energia sub formă de căldură să aibă o temperatură mai mică. Cu o temperatură de contact pe termen lung a corpurilor de contact aliniază corpurile de contact.

Definiție:Temperatura sistemului de echilibru este o măsură a intensității mișcării termice a moleculelor sale.

Pentru un sistem de echilibru, al căror particule sunt supuse legilor fizicii statice clasice, energia cinetică medie a mișcării termice este proporțională cu temperatura sistemului. Temperatura poate fi măsurată numai într-un mod indirect, pe baza faptului că o serie de proprietăți fizice ale corpurilor care au perceput măsurare directă sau indirectă depind de temperatura  a lungimii, volumului, rezistenței, rezistivității, proprietăților elastice și plastice etc. . Măsurătorile oricăreia dintre aceste proprietăți pot fi baza măsurării temperaturii. Pentru aceasta este necesar ca organismul numit de corpul termometric, a fost cunoscută dependența funcțională a acestei proprietăți de la temperatură. Cântarele de temperatură instalate utilizând corpul termometric sunt numite empirice.

Scala strategică internațională (scala Celsius) în care temperatura fierberii și topirea apei distilate este selectată ca cele două puncte principale p. =1,01325  10 5 Pa.: t. Placă. = 0 despre DIN,t. Kip. =100 despre DIN. Prețul unui grad este egal cu o sută din intervalul obținut - Celsius. În practică, hidraii pe baza dependenței volumului corpurilor lichide (de exemplu: mercur, alcool) sunt utilizate pentru a măsura temperatura (de exemplu: Mercur, alcool). La început, două puncte sunt fixate pe scară pentru momentele de îngheț și apă fierbinte apă, iar apoi intervalul dintre aceste puncte pe scară este împărțit în sute egale.

Scala absolută a temperaturii (scară Celvin) . În majoritatea covârșitoare a legilor fizice, temperatura este utilizată de la această scală. Acest lucru se datorează faptului că înregistrarea matematică a legilor fizice are o formă mai compactă atunci când se utilizează temperatura de la scara Celvin. De ce asta? Răspunsul este dincolo de cursul partajat al fizicii. Aici puteți observa doar că scala de temperatură absolută are o conexiune deterministă cu scala temperaturii termodinamice, care nu depinde de proprietățile telului termometric.

Relația dintre aceste scale este exprimată prin raport: T \u003d 273,15 +t. 0, adică Prețul de grade în ambele scale este același. Temperatura pe scala Celvin T \u003d 0 lanumit zero absolut.

Parametrii sistemului sunt împărțiți în extern și intern .

Definiție:Parametrii externi ai sistemului sunt cantitățile fizice în funcție de poziția în spațiu și de proprietăți diferite organisme care sunt externe în ceea ce privește acest sistem.

Exemplu: gaz într-o navă  V.(Volum) parametru extern.

Definiție:Parametrii interni ai sistemului sunt cantități fizice, în funcție de poziția din spațiul exterior a sistemului corpului, cât și coordonatele și vitezele particulelor care formează acest sistem.

Exemplu: pentru gaz  p.(presiune) și U.(energie interna).

Parametrii de stare al sistemului de echilibru nu sunt independenți, deoarece depind de parametrii externi și de temperaturi.

Definiție:Ecuația stadiului sistemului simplu se numește dependența funcțională a presiunii de echilibru din sistem de la volum și temperatură, adicăp. = f.(V., T.) .

În termodinamică, ecuația unui stat este obținută printr-un mod experimentat și în fizica moleculară oretic. Aceasta este relația dintre metodele statistice și termodinamice.

Definiție:Procesul termodinamic este procesul în care cel puțin unul dintre parametrii externi ai sistemului se schimbă.

Definiție:Procesul termodinamic se numește echilibru dacă sistemul trece încet încet o serie continuă de stări de echilibru infinit de echilibru.

Procesele rămase nu sunt echilibrul.

Un exemplu de proces de echilibru: comprimarea gazului izotermic extrem de lentă de un piston din cilindru.

Definiție:Izoprocesele se numesc procese termodinamice care apar într-un sistem cu o masă constantă cu un singur parametru de stare constantă.

Izoterme. T. = const.:p. 1  V. 1 = p. 2  V. 2 .

Isochhore. V. = const.:.

Isobarică ca. p. = const.:
.

Definiție:Adiabatica se numește proces termodinamic care apare în sistem fără schimb de căldură cu corpuri externe.

Exemple de procese adiabatice sunt toate procesele termodinamice tehnice rapide: detonarea amestecului de lucru în toate tipurile de motoare cu combustie internă, arderea combustibilului în motoarele turbojet etc. Rata acestor procese este atât de mare încât pierderile pentru schimbul de căldură pot fi neglijate.

Definiție:Funcțiile de stare sunt cantitățile fizice care caracterizează starea sistemului, independentă de procesele care apar în sistem și de valorile parametrilor stărilor inițiale și finale ale sistemului.

În termodinamică alocă mai multe procese principale. Procesul termodinamic se face pentru a apela o astfel de modificare a stării generale a întregului sistem, când ca rezultat al unor astfel de transformări, se schimbă complet cel puțin unul dintre parametrii de bază, valoarea sa. Sunt:

Figura 1. Procese termodinamice. Autor24 - Schimbul de Internet Student

• temperatura;
• presiune;
• volum.

Se știe că toate procesele termodinamice au conexiuni apropiate unul cu celălalt. Când schimbați cel puțin un parametru, întregul sistem poate varia în modul inevitabil. În general, orice proces termodinamic poate fi reprezentat sub forma unui sistem de echilibru, care se echilibrează pe punctul de a încălca acest echilibru. Dacă întregul sistem este deja într-o stare de echilibru, acest fenomen nu își asumă deloc prezența proceselor termodinamice. În astfel de sisteme, procesele termodinamice nu sunt înregistrate.

Deși conceptul de stare de echilibru al sistemului nu poate fi numit clar, există încă unele legi ale prezenței sale în incarnării reale. Orice lucruri materiale sunt imposibil de izolat complet din lumea din jurul lui, așa că în orice sistem real există o varietate de procese termodinamice. Uneori procesele similare curg atât de slab și încet, ceea ce nu este întotdeauna posibil să le remedieze în termeni optimi. Specialiștii sunt instalați ca un lanț de diferite sisteme de echilibru ale sistemului. Ele pot fi numite în continuare procese de echilibru, precum și procese quasistatice.

Procesele circulare și procesele ciclice numesc o serie de schimbări repetitive consecutive în sistem. Ca rezultat, sistemul după trecerea unui anumit segment al calea revine la starea inițială. Procesul circular și echilibru are loc și este studiat sub masca de metode aplicate de termodinamică a fenomenelor fizice, precum și se află la baza unor reflecții teoretice și concluzii ale științei.

Astăzi există mai multe procese termodinamice principale:

• isobaric;
• isochhorn;
• adiabatic;
• adiabatic;
• politropic;
• izotermic.

Procesul isobaric

Figura 2. Procesul isobaric. Autor24 - Schimbul de Internet Student

Definiție 1.

Procesul isobaric este un astfel de proces termodinamic care poate apărea la o presiune constantă. Un astfel de procedeu este efectuat, de exemplu, când gazul este plasat într-un cilindru dense, unde există un cârlig de piston mobil.

Forța externă permanentă acționează asupra pistonului. Se realizează atunci când se aplică sau se rotește căldura la obiect. În același timp, partea mobilă a pistonului în sine este capabilă să își schimbe locația atunci când parametrii de temperatură se schimbă. Din aceasta depinde de direcția mișcării pistonului. Potrivit Legii Gay-Loustock, volumul schimbării de gaze în el, pe baza ecuației legii. Din aceasta rezultă că volumul gazelor ocupate poate fi direct proporțional cu un anumit efect al expunerii. Energia internă a gazelor variază în temeiul acțiunii modul de temperatură din afara. Această regulă se caracterizează prin întregul proces izobar în termodinamică.

Procesul Isochhore.

Definiția 2.

Procesul isochoor - procesul termodinamic, care curge la un volum constant.

De exemplu, se poate administra un vas închis în care este plasat gazul. Când se încălzește, apar semne de proces isochoric. La aplicarea unui regim de temperatură specială la studiul navei, crește presiunea. Cu cât efectul termic este mai mare, procesul devine mai intens. Astfel de transformări ale parametrilor de gaze într-o navă este capabilă de o metodă matematică descrisă actul Charles.

Conform ecuației sale, presiunea gazului de pe pereții vasului va fi direct proporțională cu temperatura absolută a acestui gaz. Este demn de remarcat faptul că toată căldura furnizată navei modifică energia interioară a gazului, astfel încât operația nu modifică volumul în vas cu un procedeu izochorin egal cu valorile zero.

Procesul ADIABAT.

Procesul adiabatic este un proces atât de termodinamic care poate scurge fără schimbul de căldură al fluidului de lucru și mediul înconjurător. În condiții normale, procesul adiabatic este dificil de prezentat și implementat, deoarece acest fenomen avansează numai cu organismul plasat în vas. Rolul unei nave poate fi un cilindru cu un piston de lucru din interior. Întreaga navă ar trebui înconjurată material izolator de căldură Calitate superioară. Cu toate acestea, nu este posibilă izolarea pe deplin a fluidului de lucru care este posibil și izolatorul de căldură al unei acțiuni puternice nu va da garanție schimbului de mediu. În acest caz, poate fi necesar să se creeze doar un model aproximativ al procesului adiabatic, deoarece multe fenomene se desfășoară foarte repede și este obișnuit să se ia în considerare astfel de modele cu indicatori de eroare.

Procesul izotermic

Procesul izotermic este un proces termodinamic care curge la o temperatură constantă. Procesul său, precum și procesul adiabatic este foarte dificil de precis. Pentru aceasta, respectarea condițiilor de extindere și comprimare a gazului de lucru la o temperatură constantă. De asemenea, este necesar ca gazele să aibă timp să împărtășească cu mediul fără a-și pierde propriul regim de temperatură. Bine capabil să descrie acest proces Legea Boyylui Mariotta.

Procesul politropic

Procesul politropic se caracterizează prin alte proprietăți ale proceselor termodinamice. Spre deosebire de procesele termodinamice de mai sus, procesul politropic implică posibilitatea schimbării oricărui parametru de gaz. În alte procese, astfel de parametri nu pot fi modificați. Alte procese termodinamice sunt considerate în special cazurile procesului politropic.

Ecuația totală a procesului politropic este $ pvn \u003d const $. În această ecuație, $ n $ este un indicator de politropop, care este o valoare permanentă pentru acest proces. Este nevoie de diferite valori - ∞ la + ∞.

Dacă anumite valori sunt furnizate formulei binecunoscute, indicatorul de politroprop este obținut ca rezultat, obținem un anumit proces termodinamic. În funcție de aceste idei, rezultatul este un proces izotermic, adiabat, izohoretic sau izobaric.

În acest articol, vom examina procesele termodinamice. Vom fi familiarizați cu soiurile lor și caracteristicile de înaltă calitate, precum și studiul fenomenului proceselor circulare cu aceiași parametri în punctele inițiale și cele finale.

Introducere

Procesele termodinamice se numesc fenomene la care are loc o schimbare macroscopică a termodinamicii întregului sistem. Prezența diferenței dintre starea inițială și cea finală este numele procesului elementar, dar este necesar ca această diferență să fie infinit de mică. Domeniul de spațiu, în limitele căruia acest fenomen curge, se numește fluidul de lucru.

În funcție de tip, stabilitatea poate fi distinsă prin echilibru și de neechilibru. Mecanismul de echilibru este un proces în care toate tipurile de stat, prin care sistemul se referă la un stat de echilibru. Implementarea unor astfel de procese apare în cazul în care schimbarea trece destul de încet, sau, cu alte cuvinte, fenomenul este cvasistatic.

Fenomenul de tip termic poate fi împărțit în procese termodinamice reversibile și ireversibile. Mecanismele în care posibilitatea de a efectua procesul în direcția opusă se realizează folosind aceleași stări intermediare.

Transferul de căldură adiabatică

Schimbul de căldură adiabatică, este un proces termodinamic care apare pe o scară de macromir. O altă caracteristică este lipsa schimbului de căldură cu spațiu în jur.

Studiile la scară largă în domeniul acestui proces merg la începutul dezvoltării la începutul secolului al XVIII-lea.

Tipurile de procese adiabatice reprezintă un caz special de formă politropică. Acest lucru se datorează faptului că, în această formă, este egală cu zero și, prin urmare, o valoare constantă. Puteți converti un proces similar numai dacă există un punct de echilibru al tuturor momentelor în timp. Modificările indicatorului entropiei nu sunt observate în acest caz sau curg prea lent. Există un număr de autori care recunosc procesele adiabatice numai în reversibile.

Procesul termodinamic al gazului unui tip ideal sub forma unui fenomen adiabatic descrie ecuația Poisson.

Sistemul isochorean.

Mecanismul de tip isochoric este un proces termodinamic bazat pe o cantitate permanentă de volum. Poate fi observată în gaze sau lichide, care sunt suficient încălzite în vas, cu un volum constant.

Procesul termodinamic al gazului perfect în formă izochorică permite moleculelor să păstreze corespondența proporțiilor în raport cu temperatura. Acest lucru este cauzat de Legea Charles. Pentru gazele reale, această dogmă a științei nu este aplicabilă.

Sistem isobaric

Sistemul isobaric este prezentat sub forma unui proces termodinamic, care apare în prezența presiunii constante din exterior. Fiind i.p. Într-un ritm suficient de lent, permițând ca presiunea în sistem să fie considerată o constantă și indicele corespunzător al presiunii externe poate fi considerat reversibil. De asemenea, astfel de fenomene includ un caz în care modificarea procesului de mai sus este deasupra procedeului curge cu o viteză mică, ceea ce permite presiunea constantă a presiunii.

Conduită i.p. Este posibil în sistem, subordonat (sau alocat) la căldura DQ. Pentru a face acest lucru, este necesar să se extindă funcționarea PDV și schimbarea tipului intern de energie dura, T.

• e.DQ, \u003d PDV + du \u003d TDS.

Modificări ale nivelului de entropie - DS, T - valoarea maximă a temperaturii.

Procesele termodinamice ale gazelor ideale din sistemul isobaric determină prezența proporționalității volumului cu temperatura. Gazele reale O anumită cantitate de căldură este cheltuită pentru a efectua modificări la tipul mediu de energie. Lucrarea unui astfel de fenomen este egală cu indicatorul presiunii presiunii din exterior, asupra modificărilor volumului.

Fenomenul izotermic.

Unul dintre principalele procese termodinamice este forma sa izotermică. Apare în sistemele fizice, cu un indicator de temperatură constantă.

Pentru a implementa acest fenomen, sistemul este de obicei transferat într-un termostat, cu un indicator enorm al conductivității termice. Schimbul reciproc de căldură curge cu o viteză suficientă pentru a depăși rata de proces în sine. Nivelul de temperatură al sistemului aproape nu are diferențe față de indicatorii termostatului.

De asemenea, este posibil să se efectueze procesul de natură izotermică utilizând scurgeri termice și (sau) surse, conducând controlul constrângerii de temperatură folosind termometre. Unul dintre cele mai frecvente exemple de astfel de fenomene este fierberea lichidelor sub presiune constantă.

Izoentropy fenomen

Forma isentropică a proceselor termice se desfășoară în condiții de entropie constantă. Mecanismele de natură termică pot fi obținute utilizând egalitatea clauzelor pentru procesele reversibile.

Numai procesele adiabatice reversibile pot fi numite osentropie. Inegalitatea lui Clausius susține că tipurile ireversibile de fenomene termice nu pot fi tratate aici. Cu toate acestea, constanța entropiei poate fi observată cu un fenomen de căldură ireversibil dacă lucrarea din procesul termodinamic peste entropie este făcută astfel încât să fie imediat îndepărtată. Privind la diagramele termodinamice, liniile care afișează procese izoentropice pot fi numite ca adiabdite sau isenthop. Mai des recurget la primul nume, care este cauzat de o lipsă de oportunitate de a descrie corect liniile de pe diagrama care caracterizează procesul de caracter ireversibil. Explicația și exploatarea ulterioară a proceselor isintropice au o importanță deosebită, deoarece este adesea folosită în atingerea obiectivelor, a cunoștințelor practice și teoretice.

Tipul isoinalpic de proces

Procesul isanalpic este un fenomen de căldură observat în prezența entalpiei într-o valoare constantă. Calculele indicatorului său se fac din cauza formulei: DH \u003d du + D (PV).

Entalpia este numită parametrul, cu care puteți caracteriza sistemul în care modificările în revenire la starea opusă sistemului în sine nu sunt respectate și, în consecință, zero este egal.

Fenomenul izoinalpic al schimbului de căldură poate fi exercitat în procesul termodinamic al gazelor. Atunci când moleculele, cum ar fi etanul sau butanul, sunt "stoarse" prin partiția cu o structură poroasă și nu este observată cu căldură în jur. Acest lucru poate fi observat în efectul Joule-Thomson utilizat în procesul de obținere a indicatorilor de temperatură ultra-scăzut. Procesele isaentalpice sunt valoroase, datorită faptului că este posibil să se reducă temperatura în mediul fără a cheltui energia pentru acest lucru.

Forma politropică

Caracteristica procesului politropic este capacitatea sa de a schimba parametrii fizici ai sistemului, ci de a lăsa capacitatea de căldură (C) într-o valoare constantă. Graficele care prezintă procese termodinamice în acest formular sunt denumite POLROPHS. Una dintre cele mai exemple simple Reversibilitatea se reflectă în gazele ideale și se determină utilizând ecuația: PV N \u003d Const. P - Indicatori de presiune, volum de gaz V - Volum.

Procesul "inel"

Sistemele și procesele termodinamice pot forma cicluri care au o formă circulară. Ei au întotdeauna indicatori identici în parametrul inițial și final care estimează starea organismului. Astfel de caracteristici de înaltă calitate includ observarea indicatorilor de presiune, entropie, temperatură și volum.

Ciclul termodinamic se găsește în expresia modelului procesului care curge în mecanisme termice reale care transformă căldura în funcționarea unui tip mecanic.

Corpul de lucru face parte din componentele fiecărei astfel de mașini.

Procesul termodinamic reversibil este reprezentat ca un ciclu, care are modalități de a efectua atât direct în direcție, cât și în spate. Poziția sa se află într-un sistem de tip închis. Coeficientul total al entropiei sistemului atunci când se repetă fiecare ciclu nu se schimbă. Mecanismul în care se transferă transferul de căldură numai între încălzirea sau frigiderul și fluidul de lucru, reversibilitatea este posibilă numai cu ciclul Carno.

Există o serie de alte fenomene ciclice care pot fi aplicate numai atunci când este atinsă introducerea unui rezervor suplimentar cu căldură. Astfel de surse sunt numite regeneratoare.

Analiza proceselor termodinamice, în timpul căreia are loc regenerarea, ne arată că toate acestea sunt comune în ciclul ratingLiner. Sa dovedit o serie de calcule și experimente pe care ciclul reversibil are cel mai mare grad de eficiență.

Trecerea unui sistem fizic dintr-o stare ("inițial" a statului la altul ("final") printr-o secvență de stări intermediare se numește procesul. Cu toate acestea, atunci când clasifică procesele care apar în suma acestui lucru sistem termodinamicDe asemenea, este necesar să se țină seama de acele modificări care apar în corpurile înconjurătoare (interacționând cu acest sistem). Procesul se numește reversibil dacă se efectuează două condiții:

1) Dacă modificările din sistem pot fi efectuate în direcția opusă prin aceleași stări intermediare prin care sistemul a trecut în direcția înainte;

2) Dacă, cu tranziție inversă, nu numai sistemul însuși, dar toate corpurile înconjurătoare asociate cu acesta se întorc exact în starea inițială.

Procesul se numește echilibru dacă stările intermediare inițiale, finite și toate intermediară ale sistemului sunt echilibrul. Astfel, pentru echilibrul procesului care apare în sistemul termodinamic, existența sau absența "modificărilor reziduale" în corpurile înconjurătoare este importantă; Numai important

pentru fiecare dintre stările intermediare ale sistemului a fost echilibrul.

Pentru a ilustra, luați în considerare procesul de extindere și comprimare a gazului închis în cilindru cu pistonul (figura 11.3).

Dacă pistonul este deplasat în partea dreaptă sau lăsată foarte încet, presiunea și temperatura gazului în diferite volume de gaz au timp pentru aliniere: prin urmare, fiecare stare intermediară poate fi luată în considerare cu un echilibru precis satisfăcător. Astfel de procese pot fi efectuate atât în \u200b\u200bunul (de exemplu, expansiune), cât și în direcțiile opuse (compresie) prin aceleași stări intermediare cu aceleași presiuni și temperaturi pe tot parcursul volumului corpului.

Cu o compresie rapidă și expansiune, stările intermediare nu vor fi echilibru. Cu o comprimare rapidă, presiunea și temperatura din apropierea pistonului este mai mare decât cea a pistonului, deoarece este întotdeauna necesară pentru presiunea și temperaturile de nivelare. Cu o expansiune rapidă, dimpotrivă, presiunea și temperatura de lângă piston sunt mai mici decât în \u200b\u200bafara. Astfel, stările intermediare în ambele procese sunt fără echilibrare datorită faptului că nivelarea egalizării și presiunilor de temperatură nu apar "instantaneu".

Rata de modificare a stării sistemului termodinamic este determinată nu numai de rata efectului extern (în acest exemplu - rata de piston care schimbă volumul de gaz), dar și rata proceselor interne de aliniere a temperaturilor și presiunilor (adică rata de relaxare). Întrebarea dacă "lent" învățat sau "rapid" depinde de raportul dintre vitezele impactului extern și relaxarea. Stările intermediare pot fi echilibrul numai în două cazuri limitative: 1) dacă viteza expunerii externe este infinit de mică și 2) dacă viteza proceselor de relaxare este infinit de mare.

Un exemplu de procese ireversibile sunt procesele de expansiune sau compresie care apar în prezența frecării. Luați în considerare încă o dată extinderea și comprimarea gazelor din cilindru cu pistonul (figura 11.3). Dacă aceste procese apar echilibru și fără frecare, lucrarea efectuată de gaz cu expansiune ar fi o lucrare externă necesară pentru compresie. Cu prezența fricțiunii (chiar dacă ambele procese apar destul de încet), operația efectuată de gaz în timpul expansiunii va fi mai mică, iar activitatea forțelor externe cheltuite pe compresia gazului va fi mai mare decât cea indicată de cantitatea de căldură care a fost eliberată Când pistonul este pornit pe peretele cilindrului în procesul de expansiune. Pentru simplitatea raționamentului, presupunem că această căldură este numai pe încălzirea cilindrului și a pistonului. Pentru ca procesul de compresie să fie exact procesul de expansiune invers, este necesar ca atunci când comprimarea căldurii luate din cilindru și piston, transformată în energie mecanică

Și transferate la acel "mecanism", care produce comprimarea gazelor. Această metodă de revenire la starea inițială este imposibilă; Pistonul și cilindrul sunt încălzite și în comprimare, iar în mediul se înregistrează "modificările reziduale" - conversia unei anumite cantități de energie mecanică în căldură (este important să se sublinieze că căldura eliberată în timpul frecării nu poate fi transformată în mecanică energie fără noile "modificări reziduale" în mediul înconjurător; a se vedea h. II, § 7).

Astfel, toate procesele care apar în prezența fricțiunii sunt ireversibili. Transformarea energiei mecanice în fricțiune este un proces unilateral; Nu se poate efectua în direcția opusă, în care căldura eliberată în timpul frecării ar putea deveni în lucru mecanică fără modificări reziduale în sistem și în corpurile înconjurătoare.

Un alt exemplu important de procese ireversibile este schimbul de căldură între corpuri având temperaturi diferite. Să presupunem că, în timpul procesului "direct" între două organisme care fac parte din sistem, există o diferență finală de temperatură și căldură care se transferă de la un corp cu temperaturi ridicate la un corp de temperatură scăzută. Cu procesul de căldură "invers" obținut de un corp rece, trebuie returnat într-un corp fierbinte, astfel încât starea inițială a sistemului să fie restabilită. Doar cu conductivitatea termică, un astfel de transfer de căldură de la corpurile reci este imposibil de cald.

Procesele reversibile au o importanță deosebită în termodinamica teoretică ca procese ideale de tranziție a sistemelor de la un stat la altul. Enumerăm principalele condiții necesare pentru ca procesul să fie reversibil:

1) Fiecare stare intermediară a sistemului ar trebui să fie echilibru;

2) nu ar trebui să existe o frecare internă în sistem, adică transformarea unilaterală a energiei mecanice în termic;

3) în sistem nu trebuie să apară reacții chimice unilaterale, cum ar fi arderea;

4) Diferența de temperatură dintre corpurile de contact din interiorul sistemului, precum și între sistem și corpurile înconjurătoare, ar trebui să fie infinit de mici. În special, dacă sistemul primește căldură din mediul înconjurător, temperatura sursei de căldură trebuie să fie mai mare decât temperatura sistemului, de asemenea, pe o valoare infinit de mică. Datorită acestui lucru, procesul de transfer de căldură se datorează fără sfârșit și, prin urmare, va fi procesul de echilibru și reversibil.