Šajā rakstā mēs apskatīsim termodinamiskos procesus. Iepazīsimies ar to šķirnēm un kvalitatīvajām īpašībām, kā arī izpētīsim apļveida procesu fenomenu, kuriem sākuma un beigu punktā ir vienādi parametri.
Ievads
Termodinamiskie procesi ir parādības, kurās notiek makroskopiskas izmaiņas visas sistēmas termodinamikā. Atšķirības esamību starp sākotnējo un beigu stāvokli sauc par elementāru procesu, taču ir nepieciešams, lai šī atšķirība būtu bezgalīgi maza. Telpas laukumu, kurā notiek šī parādība, sauc par darba ķermeni.
Pamatojoties uz stabilitātes veidu, var atšķirt līdzsvaru un nelīdzsvarotību. Līdzsvara mehānisms ir process, kurā visu veidu stāvokļi, caur kuriem sistēma plūst, ir saistīti ar līdzsvara stāvokli. Šādu procesu īstenošana notiek, ja izmaiņas notiek diezgan lēni vai, citiem vārdiem sakot, parādībai ir kvazistatisks raksturs.
Parādībastermisko tipu var iedalīt atgriezeniskajos un neatgriezeniskajos termodinamiskajos procesos. Atgriezeniskie mehānismi ir tie, kuros tiek realizēta iespēja procesu veikt pretējā virzienā, izmantojot tos pašus starpstāvokļus.
Adiabātiskā siltuma pārnese
Adiabātiskais siltuma pārneses veids ir termodinamisks process, kas notiek makrokosmosa mērogā. Vēl viena iezīme ir siltuma apmaiņas trūkums ar apkārtējo telpu.
Plaša mēroga šī procesa izpēte aizsākās astoņpadsmitā gadsimta sākumā.
Adiabātiskie procesu veidi ir īpašs politropiskās formas gadījums. Tas ir saistīts ar faktu, ka šajā formā gāzes siltuma jauda ir nulle, kas nozīmē, ka tā ir nemainīga vērtība. Apgriezt šādu procesu ir iespējams tikai tad, ja pastāv visu laika momentu līdzsvara punkts. Entropijas indeksa izmaiņas šajā gadījumā netiek novērotas vai notiek pārāk lēni. Ir vairāki autori, kuri atpazīst adiabātiskos procesus tikai atgriezeniskajos.
Ideāla tipa gāzes termodinamiskais process adiabātiskas parādības formā apraksta Puasona vienādojumu.
Izohoriskā sistēma
Izohoriskais mehānisms ir termodinamisks process, kura pamatā ir nemainīgs tilpums. To var novērot gāzēs vai šķidrumos, kas ir pietiekami uzkarsēti traukā ar nemainīgu tilpumu.
Ideālas gāzes termodinamiskais process izohoriskā formā ļauj molekulāmsaglabāt proporcijas attiecībā pret temperatūru. Tas ir saistīts ar Kārļa likumu. Uz īstām gāzēm šī zinātnes dogma neattiecas.
Isobar sistēma
Izobāriskā sistēma ir attēlota kā termodinamisks process, kas notiek pastāvīga spiediena klātbūtnē ārpusē. I.p. plūsma pietiekami lēnā tempā, ļaujot uzskatīt, ka spiediens sistēmā ir nemainīgs un atbilst ārējam spiedienam, var uzskatīt par atgriezenisku. Tāpat pie šādām parādībām pieskaitāms gadījums, kad iepriekšminētā procesa izmaiņas norit ar zemu ātrumu, kas ļauj uzskatīt spiedienu par nemainīgu.
Veikt I.p. iespējams sistēmā, kas tiek piegādāta (vai noņemta) siltuma dQ. Lai to izdarītu, nepieciešams paplašināt darbu Pdv un mainīt iekšējo enerģijas veidu dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Entropijas līmeņa izmaiņas – dS, T – temperatūras absolūtā vērtība.
Ideālu gāzu termodinamiskie procesi izobāriskajā sistēmā nosaka tilpuma proporcionalitāti temperatūrai. Īstas gāzes patērēs noteiktu siltuma daudzumu, lai mainītu vidējo enerģijas veidu. Šādas parādības darbs ir vienāds ar ārējā spiediena un tilpuma izmaiņu reizinājumu.
Izotermiska parādība
Viens no galvenajiem termodinamiskajiem procesiem ir tā izotermiskā forma. Tas notiek fizikālās sistēmās ar nemainīgu temperatūru.
Lai realizētu šo fenomenusistēma, kā likums, tiek pārsūtīta uz termostatu ar milzīgu siltumvadītspēju. Savstarpējā siltuma apmaiņa notiek ar pietiekamu ātrumu, lai apsteigtu paša procesa ātrumu. Sistēmas temperatūras līmenis gandrīz neatšķiras no termostata rādījumiem.
Ir iespējams veikt arī izotermisku procesu, izmantojot siltuma izlietnes un (vai) avotus, kontrolējot temperatūras noturību, izmantojot termometrus. Viens no visizplatītākajiem šīs parādības piemēriem ir šķidrumu viršana pastāvīgā spiedienā.
Izentropiskā parādība
Siltumprocesu izentropiskā forma notiek nemainīgas entropijas apstākļos. Termiskā rakstura mehānismus var iegūt, izmantojot Clausius vienādojumu atgriezeniskiem procesiem.
Par izentropiskiem var saukt tikai atgriezeniskus adiabātiskus procesus. Klausiusa nevienlīdzība nosaka, ka šeit nevar iekļaut neatgriezeniskus termisko parādību veidus. Taču entropijas noturību var novērot arī neatgriezeniskā termiskā parādībā, ja darbs termodinamiskajā procesā pie entropijas tiek veikts tā, ka tā uzreiz tiek noņemta. Aplūkojot termodinamiskās diagrammas, līnijas, kas attēlo izentropiskos procesus, var saukt par adiabātiem vai izentropiem. Biežāk viņi izmanto vārdu, ko izraisa nespēja pareizi attēlot līnijas diagrammā, kas raksturo neatgriezeniska rakstura procesu. Liela nozīme ir izentropisko procesu skaidrošanai un tālākai izmantošanai.vērtība, jo to bieži izmanto mērķu, praktisko un teorētisko zināšanu sasniegšanā.
Isentalpijas procesa veids
Isentalpijas process ir termiska parādība, kas novērota nemainīgas entalpijas klātbūtnē. Tā indikatora aprēķini tiek veikti, izmantojot formulu: dH=dU + d(pV).
Entalpija ir parametrs, ar kuru var raksturot sistēmu, kurā izmaiņas netiek novērotas, atgriežoties pašas sistēmas apgrieztā stāvoklī, un attiecīgi ir vienādas ar nulli.
Siltuma pārneses izentalpijas fenomens var izpausties, piemēram, gāzu termodinamiskajā procesā. Kad molekulas, piemēram, etāns vai butāns, "izspiežas" caur starpsienu ar porainu struktūru, un siltuma apmaiņa starp gāzi un apkārtējo siltumu netiek novērota. To var novērot Džoula-Tomsona efektā, ko izmanto īpaši zemu temperatūru iegūšanas procesā. Izentalpijas procesi ir vērtīgi, jo tie ļauj pazemināt temperatūru vidē, netērējot enerģiju.
Politropiskā forma
Politropiska procesa īpašība ir tā spēja mainīt sistēmas fiziskos parametrus, bet siltumietilpības indeksu (C) atstāt nemainīgu. Diagrammas, kas attēlo termodinamiskos procesus šajā formā, sauc par politropiskām. Viens no vienkāršākajiem atgriezeniskuma piemēriem ir atspoguļots ideālajās gāzēs un tiek noteikts, izmantojot vienādojumu: pV =const. P - spiediena indikatori, V - gāzes tilpuma vērtība.
Apstrādāt gredzenu
Termodinamiskās sistēmas un procesi var veidot ciklus, kam ir apļveida forma. Viņiem vienmēr ir identiski rādītāji sākotnējā un beigu parametros, kas novērtē ķermeņa stāvokli. Šādi kvalitatīvie raksturlielumi ietver spiediena, entropijas, temperatūras un tilpuma novērošanu.
Termodinamiskais cikls izpaužas tāda procesa modeļa izteiksmē, kas notiek reālos termiskos mehānismos, kas pārvērš siltumu mehāniskā darbā.
Darba korpuss ir daļa no katras šādas mašīnas sastāvdaļām.
Atgriezenisks termodinamiskais process tiek parādīts kā cikls, kuram ir ceļi gan uz priekšu, gan atpakaļ. Tās pozīcija atrodas slēgtā sistēmā. Sistēmas entropijas kopējais koeficients nemainās, atkārtojot katru ciklu. Mehānismam, kurā siltuma pārnese notiek tikai starp sildīšanas vai dzesēšanas iekārtu un darba šķidrumu, atgriezeniskums ir iespējams tikai ar Carnot ciklu.
Ir vairākas citas cikliskas parādības, kuras var mainīt tikai tad, kad tiek sasniegts papildu siltuma rezervuārs. Šādus avotus sauc par reģeneratoriem.
Termodinamisko procesu analīze, kuru laikā notiek reģenerācija, parāda, ka tie visi ir izplatīti Reitlingera ciklā. Ar vairākiem aprēķiniem un eksperimentiem ir pierādīts, ka atgriezeniskajam ciklam ir visaugstākā efektivitātes pakāpe.
