U ovom članku ćemo razmotriti termodinamičke procese. Upoznajmo se s njihovim sortama i kvalitativnim karakteristikama, a također proučimo fenomen kružnih procesa koji imaju iste parametre u početnoj i krajnjoj točki.
Uvod
Termodinamički procesi su pojave u kojima dolazi do makroskopske promjene termodinamike cijelog sustava. Prisutnost razlike između početnog i konačnog stanja naziva se elementarnim procesom, ali je potrebno da ta razlika bude beskonačno mala. Područje prostora unutar kojeg se ova pojava javlja naziva se radno tijelo.
Na temelju vrste stabilnosti može se razlikovati ravnoteža i neravnoteža. Mehanizam ravnoteže je proces u kojem su sve vrste stanja kroz koje sustav teče povezane s ravnotežnim stanjem. Provedba takvih procesa događa se kada se promjena odvija prilično sporo, ili, drugim riječima, fenomen je kvazistatičke prirode.
Fenomenitoplinski se tip može podijeliti na reverzibilne i ireverzibilne termodinamičke procese. Reverzibilni mehanizmi su oni kod kojih se ostvaruje mogućnost da se proces provede u suprotnom smjeru, koristeći ista međustanja.
Adijabatski prijenos topline
Adijabatski način prijenosa topline je termodinamički proces koji se odvija na ljestvici makrokozmosa. Druga karakteristika je nedostatak izmjene topline s okolnim prostorom.
Velika istraživanja ovog procesa datiraju iz početka osamnaestog stoljeća.
Adijabatski tipovi procesa su poseban slučaj politropskog oblika. To je zbog činjenice da je u ovom obliku toplinski kapacitet plina nula, što znači da je konstantna vrijednost. Moguće je preokrenuti takav proces samo ako postoji točka ravnoteže svih trenutaka u vremenu. Promjene entropijskog indeksa se u ovom slučaju ne primjećuju ili se odvijaju presporo. Postoji niz autora koji prepoznaju adijabatske procese samo u reverzibilnim.
Termodinamički proces idealnog tipa plina u obliku adijabatskog fenomena opisuje Poissonovu jednadžbu.
Izohorični sustav
Izohorični mehanizam je termodinamički proces koji se temelji na konstantnom volumenu. Može se primijetiti u plinovima ili tekućinama koje su dovoljno zagrijane u posudi s konstantnim volumenom.
Termodinamički proces idealnog plina u izohoričnom obliku, omogućuje molekuleodržavati proporcije u odnosu na temperaturu. To je zbog Charlesovog zakona. Za prave plinove ova znanstvena dogma ne vrijedi.
Izobar sustav
Izobarični sustav je predstavljen kao termodinamički proces koji se događa u prisutnosti konstantnog tlaka izvana. I.p. protok dovoljno sporim tempom, dopuštajući da se tlak unutar sustava smatra konstantnim i koji odgovara vanjskom tlaku, može se smatrati reverzibilnim. Također, takvi fenomeni uključuju slučaj u kojem se promjena u gore navedenom procesu odvija malom brzinom, što omogućuje razmatranje konstante tlaka.
Izvedite I.p. moguće u sustavu koji se dovodi (ili uklanja) na toplinu dQ. Da biste to učinili, potrebno je proširiti rad Pdv i promijeniti unutarnju vrstu energije dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Promjene razine entropije – dS, T – apsolutna vrijednost temperature.
Termodinamički procesi idealnih plinova u izobaričkom sustavu određuju proporcionalnost volumena s temperaturom. Pravi plinovi će potrošiti određenu količinu topline za promjenu prosječne vrste energije. Rad takve pojave jednak je umnošku vanjskog tlaka i promjena volumena.
Izotermni fenomen
Jedan od glavnih termodinamičkih procesa je njegov izotermni oblik. Javlja se u fizičkim sustavima, s konstantnom temperaturom.
Da bismo shvatili ovaj fenomensustav se u pravilu prenosi na termostat, s ogromnom toplinskom vodljivošću. Međusobna izmjena topline odvija se dovoljnom brzinom da nadmaši brzinu samog procesa. Razina temperature sustava gotovo se ne razlikuje od očitanja termostata.
Također je moguće provesti proces izotermne prirode pomoću hladnjaka i (ili) izvora, kontrolirajući konstantnost temperature pomoću termometara. Jedan od najčešćih primjera ovog fenomena je ključanje tekućina pod stalnim tlakom.
Izentropski fenomen
Izentropski oblik toplinskih procesa odvija se u uvjetima konstantne entropije. Mehanizmi toplinske prirode mogu se dobiti korištenjem Clausiusove jednadžbe za reverzibilne procese.
Samo reverzibilni adijabatski procesi mogu se nazvati izentropskim. Clausiusova nejednakost navodi da se ovdje ne mogu uključiti nepovratne vrste toplinskih pojava. Međutim, postojanost entropije može se uočiti i u nepovratnom toplinskom fenomenu, ako se rad u termodinamičkom procesu na entropiji vrši na način da se ona odmah ukloni. Gledajući termodinamičke dijagrame, linije koje predstavljaju izentropske procese mogu se nazvati adijabati ili izentropama. Češće pribjegavaju prvom imenu, što je uzrokovano nemogućnošću ispravnog prikazivanja linija na dijagramu koji karakteriziraju proces nepovratne prirode. Objašnjenje i daljnje iskorištavanje izentropskih procesa od velike su važnosti.vrijednost, jer se često koristi u postizanju ciljeva, praktičnog i teorijskog znanja.
Izentalpijski tip procesa
Izentalpijski proces je toplinski fenomen koji se promatra u prisutnosti konstantne entalpije. Izračuni njegovog pokazatelja vrše se zahvaljujući formuli: dH=dU + d(pV).
Entalpija je parametar koji se može koristiti za karakterizaciju sustava u kojem se promjene ne uočavaju pri povratku u obrnuto stanje samog sustava i, prema tome, jednake su nuli.
Izentalpijski fenomen prijenosa topline može se, na primjer, očitovati u termodinamičkom procesu plinova. Kada se molekule, na primjer, etan ili butan, "proguraju" kroz pregradu s poroznom strukturom, a izmjena topline između plina i topline okolo se ne opaža. To se može uočiti u Joule-Thomsonovom efektu koji se koristi u procesu dobivanja ultraniskih temperatura. Izentalpijski procesi su vrijedni jer omogućuju snižavanje temperature u okolišu bez trošenja energije.
Politropski oblik
Karakteristika politropskog procesa je njegova sposobnost da mijenja fizičke parametre sustava, ali ostavi konstantan indeks toplinskog kapaciteta (C). Dijagrami koji prikazuju termodinamičke procese u ovom obliku nazivaju se politropski. Jedan od najjednostavnijih primjera reverzibilnosti ogleda se u idealnim plinovima i određuje se pomoću jednadžbe: pV =const. P - indikatori tlaka, V - volumetrijska vrijednost plina.
Procesni prsten
Termodinamički sustavi i procesi mogu formirati cikluse koji imaju kružni oblik. Uvijek imaju identične pokazatelje u početnim i konačnim parametrima koji ocjenjuju stanje tijela. Takve kvalitativne karakteristike uključuju nadzor tlaka, entropije, temperature i volumena.
Termodinamički ciklus nalazi se u izrazu modela procesa koji se odvija u stvarnim toplinskim mehanizmima koji pretvaraju toplinu u mehanički rad.
Radno tijelo je dio komponenti svakog takvog stroja.
Reverzibilni termodinamički proces predstavljen je kao ciklus, koji ima staze i naprijed i natrag. Njegova pozicija leži u zatvorenom sustavu. Ukupni koeficijent entropije sustava ne mijenja se s ponavljanjem svakog ciklusa. Za mehanizam u kojem se prijenos topline događa samo između uređaja za grijanje ili hlađenje i radnog fluida, reverzibilnost je moguća samo s Carnotovim ciklusom.
Postoji niz drugih cikličkih pojava koje se mogu preokrenuti samo kada se postigne uvođenje dodatnog spremnika topline. Takvi se izvori nazivaju regeneratori.
Analiza termodinamičkih procesa tijekom kojih dolazi do regeneracije pokazuje nam da su svi oni uobičajeni u Reutlingerovom ciklusu. Brojnim izračunima i eksperimentima dokazano je da reverzibilni ciklus ima najveći stupanj učinkovitosti.
