Šiame straipsnyje apžvelgsime termodinaminius procesus. Susipažinkime su jų įvairove ir kokybinėmis savybėmis, taip pat ištirkime žiedinių procesų, turinčių vienodus parametrus pradiniame ir galutiniame taške, reiškinį.
Įvadas
Termodinaminiai procesai yra reiškiniai, kurių metu vyksta makroskopiniai visos sistemos termodinamikos pokyčiai. Skirtumo tarp pradinės ir galutinės būsenos buvimas vadinamas elementariu procesu, tačiau būtina, kad šis skirtumas būtų be galo mažas. Erdvės plotas, kuriame vyksta šis reiškinys, vadinamas darbo kūnu.
Pagal stabilumo tipą galima atskirti pusiausvyrą ir nepusiausvyrą. Pusiausvyros mechanizmas yra procesas, kurio metu visų tipų būsenos, kuriomis teka sistema, yra susijusios su pusiausvyros būsena. Tokie procesai įgyvendinami, kai pokytis vyksta gana lėtai, arba, kitaip tariant, reiškinys yra kvazistatinio pobūdžio.
Reiškiniaiterminis tipas gali būti skirstomas į grįžtamuosius ir negrįžtamus termodinaminius procesus. Grįžtamieji mechanizmai yra tie, kuriuose realizuojama galimybė atlikti procesą priešinga kryptimi, naudojant tas pačias tarpines būsenas.
Adiabatinis šilumos perdavimas
Adiabatinis šilumos perdavimo būdas yra termodinaminis procesas, vykstantis makrokosmoso mastu. Kita charakteristika yra šilumos mainų trūkumas su erdve aplink.
Didelio masto šio proceso tyrimai datuojami XVIII amžiaus pradžioje.
Adiabatinių procesų tipai yra ypatingas politropinės formos atvejis. Taip yra dėl to, kad šioje formoje dujų šiluminė galia yra lygi nuliui, o tai reiškia, kad tai yra pastovi vertė. Tokį procesą galima pakeisti tik tuo atveju, jei yra visų laiko momentų pusiausvyros taškas. Entropijos indekso pokyčiai šiuo atveju nepastebimi arba vyksta per lėtai. Yra nemažai autorių, kurie atpažįsta adiabatinius procesus tik grįžtamuose.
Idealaus tipo dujų termodinaminis procesas adiabatinio reiškinio pavidalu apibūdina Puasono lygtį.
Izochorinė sistema
Izochorinis mechanizmas yra termodinaminis procesas, pagrįstas pastoviu tūriu. Jį galima pastebėti dujose ar skysčiuose, kurie buvo pakankamai įkaitinti pastovaus tūrio inde.
Idealios izochorinės formos dujų termodinaminis procesas leidžia molekulėmsišlaikyti proporcijas temperatūros atžvilgiu. Taip yra dėl Charleso įstatymo. Tikroms dujoms ši mokslo dogma netaikoma.
Isobar sistema
Izobarinė sistema pristatoma kaip termodinaminis procesas, vykstantis esant pastoviam slėgiui išorėje. I.p. srautas esant pakankamai lėtam tempui, kad slėgis sistemoje būtų laikomas pastoviu ir atitinkančiu išorinį slėgį, gali būti laikomas grįžtamu. Taip pat tokie reiškiniai apima atvejį, kai aukščiau paminėto proceso pokytis vyksta nedideliu greičiu, todėl slėgį galima laikyti pastovia.
Atlikti I.p. galima sistemoje, tiekiamoje (arba pašalintoje) į šilumą dQ. Norėdami tai padaryti, reikia išplėsti darbą Pdv ir pakeisti vidinį energijos tipą dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Entropijos lygio pokyčiai – dS, T – absoliuti temperatūros reikšmė.
Idealiųjų dujų termodinaminiai procesai izobarinėje sistemoje nustato tūrio proporcingumą temperatūrai. Tikros dujos sunaudos tam tikrą šilumos kiekį, kad pakeistų vidutinę energijos rūšį. Tokio reiškinio darbas lygus išorinio slėgio ir tūrio pokyčių sandaugai.
Izoterminis reiškinys
Vienas iš pagrindinių termodinaminių procesų yra jo izoterminė forma. Tai atsiranda fizinėse sistemose, kurių temperatūra yra pastovi.
Norėdami suvokti šį reiškinįsistema, kaip taisyklė, perkeliama į termostatą, kurio šilumos laidumas yra didžiulis. Abipusis šilumos mainai vyksta pakankamai greitai, kad aplenktų paties proceso greitį. Sistemos temperatūros lygis beveik nesiskiria nuo termostato rodmenų.
Taip pat galima atlikti izoterminio pobūdžio procesą naudojant šilumnešius ir (ar) š altinius, kontroliuojant temperatūros pastovumą termometrais. Vienas iš labiausiai paplitusių šio reiškinio pavyzdžių yra skysčių virimas esant pastoviam slėgiui.
Izentropinis reiškinys
Šiluminių procesų izentropinė forma vyksta pastovios entropijos sąlygomis. Šiluminio pobūdžio mechanizmus galima gauti naudojant Clausius lygtį grįžtamiems procesams.
Tik grįžtamieji adiabatiniai procesai gali būti vadinami izentropiniais. Clausiaus nelygybė teigia, kad negrįžtami šiluminių reiškinių tipai čia negali būti įtraukti. Tačiau entropijos pastovumą galima pastebėti ir esant negrįžtamam šiluminiam reiškiniui, jeigu termodinaminiame procese darbas su entropija atliekamas taip, kad ji iškart pašalinama. Žvelgiant į termodinamines diagramas, linijos, vaizduojančios izentropinius procesus, gali būti vadinamos adiabatais arba izentropais. Dažniau jie griebiasi vardo, kurį sukelia nesugebėjimas teisingai pavaizduoti linijų diagramoje, apibūdinančių negrįžtamo pobūdžio procesą. Izentropinių procesų paaiškinimas ir tolesnis panaudojimas yra labai svarbūs.vertė, nes ji dažnai naudojama siekiant tikslų, praktinių ir teorinių žinių.
Isentalpijos tipo procesas
Isentalpijos procesas yra terminis reiškinys, stebimas esant pastoviai entalpijai. Jo rodiklis apskaičiuojamas pagal formulę: dH=dU + d(pV).
Entalpija yra parametras, kuriuo galima apibūdinti sistemą, kurioje pokyčiai nepastebimi grįžus į atvirkštinę pačios sistemos būseną ir atitinkamai yra lygūs nuliui.
Šilumos perdavimo izentalpijos reiškinys gali pasireikšti, pavyzdžiui, dujų termodinaminiame procese. Kai molekulės, pavyzdžiui, etanas ar butanas, „išsispaudžia“per porėtos struktūros pertvarą, o šilumos mainai tarp dujų ir aplinkinės šilumos nepastebimi. Tai galima pastebėti naudojant Joule-Thomson efektą, naudojamą ypač žemoms temperatūroms gauti. Izentalpijos procesai yra vertingi, nes jie leidžia sumažinti aplinkos temperatūrą neeikvodami energijos.
Politropinė forma
Politropinio proceso charakteristika yra galimybė keisti fizinius sistemos parametrus, tačiau šilumos talpos indeksą (C) palikti pastovų. Diagramos, kuriose termodinaminiai procesai rodomi tokia forma, vadinamos politropinėmis. Vienas iš paprasčiausių grįžtamumo pavyzdžių atsispindi idealiose dujose ir nustatomas naudojant lygtį: pV =const. P – slėgio indikatoriai, V – dujų tūrinė vertė.
Apdoroti žiedą
Termodinaminės sistemos ir procesai gali sudaryti apskritimo formos ciklus. Jie visada turi vienodus rodiklius pradiniuose ir galutiniuose parametruose, kurie įvertina kūno būklę. Tokios kokybinės charakteristikos apima slėgio, entropijos, temperatūros ir tūrio stebėjimą.
Termodinaminis ciklas yra proceso, vykstančio tikruose šiluminiuose mechanizmuose, kurie šilumą paverčia mechaniniu darbu, modelio išraiška.
Darbo korpusas yra kiekvienos tokios mašinos komponentų dalis.
Grįžtamasis termodinaminis procesas pateikiamas kaip ciklas, turintis kelius ir pirmyn, ir atgal. Jo padėtis yra uždaroje sistemoje. Bendras sistemos entropijos koeficientas nesikeičia pasikartojant kiekvienam ciklui. Mechanizmui, kuriame šilumos perdavimas vyksta tik tarp šildymo arba šaldymo aparato ir darbinio skysčio, grįžtamumas įmanomas tik naudojant Carnot ciklą.
Yra daugybė kitų ciklinių reiškinių, kuriuos galima pakeisti tik tada, kai pasiekiamas papildomas šilumos rezervuaras. Tokie š altiniai vadinami regeneratoriais.
Termodinaminių procesų, kurių metu vyksta regeneracija, analizė rodo, kad jie visi yra įprasti Reutlingerio cikle. Daugybė skaičiavimų ir eksperimentų įrodyta, kad grįžtamasis ciklas turi didžiausią efektyvumo laipsnį.
