Termodinamički procesi. Analiza termodinamičkih procesa. Termodinamički procesi idealnih plinova

U ovom ćemo članku razmotriti termodinamičke procese. Upoznat ćemo se s njihovim sortama i kvalitativnim obilježjima, te proučavati fenomen kružnih procesa koji imaju iste parametre na početnoj i završnoj točki.

uvod

Termodinamički procesi su fenomeni pod kojima postoji makroskopska promjena termodinamike cijelom sustavu. Prisutnost razlike između početnih i završnih stanja zove se elementarni proces, ali je neophodno da ta razlika bude infinitezimalna. Područje prostora u kojem se taj fenomen javlja naziva se radno tijelo.

Prema vrsti stabilnosti, možemo razlikovati ravnotežu i neravnotežu. Ravnotežni mehanizam je proces u kojem se sve vrste stanja kroz koje se tok sustava prate odnose se na stanje ravnoteže. Realizacija takvih procesa događa se u slučaju kad je promjena prilično spora, ili, drugim riječima, fenomen je kvazi-statičan.

Fenomen termičkog tipa može se podijeliti na reverzibilne i nepovratne termodinamičke procese. Za reverzibilni su mehanizmi koji omogućuju provođenje postupka u suprotnom smjeru, koristeći iste međudržavne stanja.

Adijabatski prijenos topline

Adijabatska izmjena topline je termodinamički proces koji se pojavljuje na ljestvici makrokozmosa. Druga karakteristika je nedostatak izmjene topline s prostorom oko sebe.

Velika istraživanja na području ovog procesa sežu na početak razvoja na početku osamnaestog stoljeća.

Adijabatski tipovi procesi su poseban slučaj politropnog oblika. To je zbog činjenice da u ovom obliku toplinski kapacitet plina jednaka je nuli, a time i konstantnoj vrijednosti. Moguće je preokrenuti takav proces samo ako postoji ravnotežna točka svih trenutaka u vremenu. Promjene u indeksu entropije nisu promatrane u ovom slučaju, ili su presporo. Postoji niz autora koji priznaju adijabatske procese samo u reverzibilnim.

Termodinamički proces idealnog plina u obliku adiabatskog fenomena opisuje Poissonovu jednadžbu.

Isochor sustav

Mehanizam izohorskog tipa je termodinamički proces koji se temelji na konstantnoj vrijednosti volumena. Može se promatrati u plinovima ili tekućinama, koje su dovoljno grijane u posudi, s konstantnim volumenom.

Termodinamički proces idealnog plina u izohorskom obliku omogućava molekulama da zadrže proporcije u odnosu na temperaturu. To je zbog Charlesovog zakona. Za prave plinove ova dogma znanosti nije primjenjiva.

Isobarički sustav

Izobarni sustav prikazan je u obliku termodinamičkog procesa koji nastaje kada postoji konstantni tlak izvana. Protok Ip. na dovoljno spori stupanj koji omogućuje da tlak unutar sustava bude konstantan i koji odgovara vanjskom indeksu tlaka može se smatrati reverzibilnim. Takav fenomen također uključuje slučaj u kojem se promjena u gore spomenutom postupku događa pri niskoj stopi, čime se pretpostavlja da je tlak konstantan.

Implementirati I.I. moguće je u sustavu koji se isporučuje (ili preusmjerava) da zagrijava dQ. Zbog toga je potrebno proširiti rad Pdv-a i promijeniti unutarnju vrstu energije dU, T.

• e.dQ, = Pdv + dU = TdS.

Promjene u entropijskoj razini su dS, T je apsolutna vrijednost temperature.

Termodinamički procesi idealnih plinova u izobarskom sustavu uzrokuju prisutnost proporcionalnosti volumena s temperaturom. Pravi plinovi će koristiti određenu količinu topline kako bi se mijenjale prosječne vrste energije. Rad takvog fenomena jednak je indeksu proizvoda tlaka izvan, promjenama volumena.

Izotermni fenomen

Jedan od osnovnih termodinamičkih procesa je njegov izotermalni oblik. To se događa u fizičkim sustavima, s konstantnim indeksom temperature.

Da bi se taj fenomen ostvario, sustav se u pravilu prenosi na termostat s ogromnim indeksom toplinske vodljivosti. Međusobna razmjena topline nastavlja se s dovoljnom brzinom da se zaustavi brzina samog procesa. Razina temperature sustava gotovo se ne razlikuje od parametara termostata.

Također je moguće provesti proces izotermne prirode pomoću toplinskih odvodnika i (ili) izvora, praćenjem konstanta temperature pomoću termometara. Jedan od najčešćih primjera ovog fenomena je ključanje tekućina pod stalnim uvjetima tlaka.

Izentropski fenomen

Izentropski oblik toplinskih procesa nastaje pod uvjetima stalne entropije. Mehanizmi toplinske prirode mogu se dobiti pomoću Clausiusove jednadžbe za reverzibilne procese.

Samo se reverzibilni adijabatski procesi mogu nazvati izentropski. Nejednakost Clausiusa tvrdi da se ovdje ne mogu tretirati nepovratne vrste toplinskih fenomena. Međutim, konstanta entropije može se promatrati ireverzibilnim toplinskim fenomenom, ako se rad u termodinamičkom procesu preko entropije izvodi na takav način da se odmah ukloni. Gledajući termodinamičke dijagrame, linije koje predstavljaju izentropske procese mogu se nazvati adiabatima ili izentropima. Najčešće pribjegavaju ime, što je uzrokovano nedostatkom mogućnosti pravilnog prikazivanja crte na dijagramu, karakterizirajući proces nepovratne prirode. Objašnjenje i daljnje iskorištavanje izentropskih procesa od velike je važnosti, jer se često koristi za postizanje ciljeva, praktičnih i teorijskih znanja.

Isentalpija vrsta procesa

Isentalički postupak je toplinski fenomen promatran u prisustvu entalpija u konstantnoj količini. Izračuni njegovog indeksa izrađuju se pomoću formule: dH = dU + d (pV).

Entalpija je parametar pomoću kojeg se može karakterizirati sustav u kojem se ne promatraju promjene povratka u inverzno stanje samog sustava i, prema tome, jednaku nuli.

Izentalpski fenomen izmjene topline može se primjerice manifestirati u termodinamičkom procesu plinova. Kada molekule, na primjer etan ili butan, "stisnu" kroz septum s poroznom strukturom, a ne promatra se izmjena topline plina s toplinom. To se može primijetiti u efektu Joule-Thomson, koji se koristi u procesu dobivanja vrlo niskih temperatura. Isenthalski procesi su vrijedni, jer omogućuju smanjenje temperature unutar okoliša, bez trošenja energije za to.

Politropni oblik

Karakteristika politropnog procesa je njegova sposobnost promjene fizičkih parametara sustava, ali zadržavanje toplinske snage (C) u konstantnoj vrijednosti. Dijagrami koji reflektiraju termodinamičke procese u ovom obliku nazivaju se polytropskim. Jedan od najjednostavnijih primjera reverzibilnosti odražava se u idealnim plinovima i određuje se jednadžbom: pVⁿ= const. P - pritisni indeksi, V - volumetrijska vrijednost plina.

"Prsten" procesa

Termodinamički sustavi i procesi mogu stvarati cikluse koji imaju kružni oblik. U početnim i završnim parametrima uvijek imaju identične pokazatelje koji procjenjuju stanje tijela. Takve kvalitativne karakteristike uključuju promatranje tlaka, entropije, temperature i volumena.

Termodinamički ciklus se nalazi u izrazu modela procesa koji se odvija u stvarnim toplinskim mehanizmima koji pretvaraju toplinu u mehanički tip.

Radno tijelo dio je komponenti svakog takvog stroja.

Reverzibilni termodinamički proces prikazan je u obliku ciklusa koji ima staze u smjeru ravno i natrag. Njegov položaj leži u zatvorenom sustavu. Ukupni koeficijent entropije sustava ne mijenja se tijekom ponavljanja svakog ciklusa. U mehanizmu u kojem se prijenos topline odvija samo između uređaja za grijanje ili hlađenje i radnog medija, reverzibilnost je moguća samo s Carnotovim ciklusom.

Postoji niz drugih cikličkih fenomena koji se mogu obratiti samo kada se uvodi dodatni spremnik s toplinom. Takvi izvori nazivaju se regeneratorima.

Analiza termodinamičkih procesa tijekom kojih se regeneracija odvija, pokazuje nam da su svi uobičajeni u ciklusu Reitlinger. Dokazano je na brojnim kalkulacijama i eksperimentima da reverzibilni ciklus ima najveći stupanj učinkovitosti.