Procesele termodinamice. Analiza proceselor termodinamice. Procesele termodinamice ale gazelor ideale

În acest articol vom analiza procesele termodinamice. Ne vom familiariza cu soiurile și caracteristicile lor calitative și vom studia fenomenul proceselor circulare care au aceiași parametri la punctele inițiale și finale.

introducere

Procesele termodinamice sunt fenomenele în care există o schimbare macroscopică a termodinamicii către întregul sistem. Prezența diferenței dintre stările inițiale și cele finale se numește proces elementar, dar este necesar ca această diferență să fie infinită. Zona spațiului în care are loc acest fenomen se numește corpul de lucru.

Prin tipul de stabilitate, se poate distinge între echilibru și neechilibru. Mecanismul de echilibru este un proces în care toate tipurile de state prin care fluxul sistemului sunt legate de starea de echilibru. Realizarea unor astfel de procese are loc în cazul în care schimbarea este destul de lentă, sau, cu alte cuvinte, fenomenul este cvasi-static.

Fenomenul de tip termic poate fi împărțit în procese termodinamice reversibile și ireversibile. Pentru reversibile sunt mecanismele care fac posibilă realizarea procesului în direcția opusă, folosind aceleași stări intermediare.

Transferul de căldură adiabatic

Schimbul de căldură adiabatic este un proces termodinamic care are loc pe scara macrocosmosului. O altă caracteristică este lipsa schimbului de căldură cu spațiul din jur.

Cercetarea pe scară largă în domeniul acestui proces se reia până la începutul dezvoltării la începutul secolului al XVIII-lea.

Tipurile de procese adiabatice sunt un caz special al unei forme politropice. Acest lucru se datorează faptului că în această formă capacitatea de căldură a gazelor este egal cu zero și, prin urmare, o valoare constantă. Este posibil să inversăm un astfel de proces numai dacă există un punct de echilibru al tuturor momentelor în timp. Modificările din indicele entropiei nu sunt respectate în acest caz sau sunt prea lent. Există un număr de autori care recunosc procesele adiabatice numai în cele reversibile.

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

Sistemul Isochor

Mecanismul tip isochoric este un proces termodinamic bazat pe o valoare a volumului constant. Se poate observa în gaze sau lichide, care sunt suficient de încălzite într-un vas, cu un volum constant.

Procesul termodinamic al unui gaz ideal în formă isochorică permite moleculelor să mențină proporțiile în raport cu temperatura. Acest lucru se datorează legii lui Charles. Pentru gazele reale, această dogmă a științei nu este aplicabilă.

Sistemul izobaric

Sistemul isobar este prezentat sub forma unui proces termodinamic care are loc atunci când există o presiune constantă din exterior. Debitul Ip. la o rată suficient de lentă care permite ca presiunea din sistem să fie considerată constantă și care corespunde indicelui de presiune externă poate fi considerată reversibilă. De asemenea, astfel de fenomene includ cazul în care o modificare a procesului menționat mai sus are loc la o rată scăzută, permițând presiunea considerată a fi constantă.

Implementarea I.I. este posibil într-un sistem care este furnizat (sau deturnat) să încălzească dQ. Pentru aceasta, este necesar să se extindă activitatea Pdv și să se modifice tipul intern de energie dU, T.

• e.dQ, = Pdv + dU = TdS.

Modificările nivelului de entropie sunt dS, T este valoarea absolută a temperaturii.

Procedeele termodinamice ale gazelor ideale în sistemul izobar determină prezența proporționalității volumului cu temperatura. Gazele reale vor folosi o anumită cantitate de căldură pentru a face schimbări în tipul mediu de energie. Lucrarea unui astfel de fenomen este egală cu indicele produsului de presiune din exterior, cu modificările volumului.

Fenomen izotermic

Unul dintre procesele termodinamice de bază este forma sa izotermă. Apare în sisteme fizice, cu un indice de temperatură constant.

Pentru a realiza acest fenomen, sistemul, ca regulă, este transferat la un termostat, cu un indice imens de conductivitate termică. Schimbul reciproc de căldură are o viteză suficientă pentru a depăși viteza procesului propriu-zis. Nivelul temperaturii sistemului aproape nu diferă de parametrii termostatului.

De asemenea, este posibil să se efectueze procesul izotermic cu ajutorul chiuvetelor și (sau) surselor, prin monitorizarea constanței temperaturii folosind termometrele. Unul dintre cele mai frecvente exemple ale acestui fenomen este fierberea lichidelor în condiții de presiune constantă.

Fenomenul isentropic

Forma izentropică a proceselor termice are loc în condiții de entropie constantă. Mecanismele de natură termică pot fi obținute folosind ecuația Clausius pentru procesele reversibile.

Numai procesele adiabatice reversibile pot fi numite izentropice. Inegalitatea lui Clausius susține că tipurile ireversibile de fenomene termice nu pot fi tratate aici. Cu toate acestea, constanta entropiei poate fi observată și cu un fenomen termic ireversibil, dacă lucrarea în procesul termodinamic asupra entropiei este efectuată în așa fel încât să fie imediat îndepărtată. Privind la diagramele termodinamice, liniile care reprezintă procese isentropice pot fi denumite adiabate sau isentropice. Cel mai adesea recurge la primul nume, care este cauzat de lipsa posibilității de a reprezenta corect liniile din diagramă, caracterizând procesul de natură ireversibilă. Explicarea și exploatarea ulterioară a proceselor isentropice sunt de o importanță deosebită, fiind adesea folosite pentru atingerea scopurilor, cunoștințelor practice și teoretice.

Procesul tip isenthalpy

Procesul isenthalpic este un fenomen termic observat în prezența entalpiei într-o cantitate constantă. Calculele indexului său se fac datorită formulei: dH = dU + d (pV).

Entalpia este un parametru prin intermediul căruia se poate caracteriza un sistem în care schimbările în revenirea la starea inversă a sistemului în sine nu sunt respectate și, prin urmare, sunt egale cu zero.

Fenomenul isentalpic al schimbului de căldură se poate manifesta, de exemplu, în procesul termodinamic al gazelor. Când moleculele, cum ar fi etanul sau butanul, se "strânge" printr-un sept cu o structură poroasă și nu se observă schimbul de căldură al gazului cu căldură în jur. Acest lucru poate fi observat în efectul Joule-Thomson, care este utilizat în procesul de obținere a temperaturilor foarte scăzute. Procesele isentalpice sunt valoroase, deoarece fac posibilă scăderea temperaturii în mediul înconjurător, fără a cheltui energie pentru acest lucru.

Formă politropică

Caracteristica procesului politropic este capacitatea acestuia de a schimba parametrii fizici ai sistemului, dar de a menține capacitatea de căldură (C) la o valoare constantă. Diagramele care reflectă procesele termodinamice în această formă sunt numite cele politropice. Unul dintre cele mai simple exemple de reversibilitate se reflectă în gazele ideale și este determinat de ecuația: pVⁿ= const. P - indicii de presiune, V - valoarea volumetrică a gazului.

"Inelul" procesului

Sistemele și procesele termodinamice pot forma cicluri care au o formă circulară. Ele au întotdeauna indicatori identici în parametrii inițiale și finali care estimează starea corpului. Asemenea caracteristici calitative includ observarea presiunii, entropia, temperatura și volumul.

Ciclul termodinamic se regăsește în expresia unui model al procesului care are loc în mecanismele termice reale care transformă căldura într-un tip mecanic.

Organismul de lucru face parte din componentele fiecărei mașini.

Un proces termodinamic reversibil este reprezentat sub forma unui ciclu care are căi atât în ​​direcția dreaptă cât și în spate. Poziția sa se află într-un sistem închis. Coeficientul total al entropiei sistemului nu se modifică în timpul repetării fiecărui ciclu. Într-un mecanism în care transferul de căldură are loc numai între un dispozitiv de încălzire sau răcire și un mediu de lucru, reversibilitatea este posibilă numai cu ciclul Carnot.

Există o serie de alte fenomene ciclice care pot fi abordate numai atunci când se introduce un rezervor suplimentar cu căldură. Astfel de surse se numesc regeneratoare.

Analiza proceselor termodinamice în timpul cărora are loc regenerarea ne arată că acestea sunt toate obișnuite în ciclul Reitlinger. Este dovedit pe o serie de calcule și experimente că ciclul reversibil are cel mai mare grad de eficiență.