Termodynamické procesy. Analýza termodynamických procesů. Termodynamické procesy ideálních plynů

V tomto článku budeme zvažovat termodynamické procesy. Budeme se seznámit s jejich odrůdami a kvalitativními charakteristikami a také studovat fenomén kruhových procesů, které mají stejné parametry na počátečních a konečných bodech.

Úvod

Termodynamické procesy jsou fenomény, při nichž dochází k makroskopické změně termodynamiky na celý systém. Přítomnost rozdílu mezi počátečním a konečným stavem se nazývá elementární proces, ale je nutné, aby tento rozdíl byl nepatrný. Rozloha prostoru, ve kterém se tento jev vyskytuje, se nazývá pracovní útvar.

Podle typu stability lze rozlišit rovnováhu a nerovnováhu. Mechanismus rovnováhy je proces, ve kterém všechny typy stavů, kterými systém proudí, souvisí s rovnovážným stavem. Realizace takových procesů nastává v případě, že změna je poměrně pomalá, nebo jinými slovy je fenomén kvazi-statický.

Fenomén tepelného typu lze rozdělit na reverzibilní a nevratné termodynamické procesy. Reverzibilní jsou mechanismy, které umožňují provádět proces v opačném směru za použití stejných mezilehlých stavů.

Adiabatický přenos tepla

Adiabatická výměna tepla je termodynamický proces, který se vyskytuje v měřítku makrokosmu. Další charakteristikou je nedostatek výměny tepla s okolím.

Velký výzkum v oblasti tohoto procesu se datuje od počátku 18. století na začátku vývoje.

Adiabatické typy procesů jsou zvláštním případem polytropní formy. To je způsobeno tím, že v této podobě plynové tepelné kapacity se rovná nule a tudíž konstantní hodnotě. Tento proces je možné obrátit pouze tehdy, je-li rovnovážný bod všech okamžiků. Změny v entropickém indexu nejsou v tomto případě pozorovány, nebo jsou příliš pomalé. Existuje řada autorů, kteří adiabatické procesy připouštějí pouze v reverzibilních procesech.

Termodynamický proces ideálního plynu ve formě adiabatického jevu popisuje Poissonovu rovnici.

Isochor systém

Mechanismus izochorického typu je termodynamický proces založený na hodnotě konstantního objemu. Může být pozorován v plynech nebo kapalinách, které jsou dostatečně vyhřívané v nádobě s konstantním objemem.

Termodynamický proces ideálního plynu v izochorické formě umožňuje molekulám udržovat poměry ve vztahu k teplotě. To je způsobeno právem Karla. Pro skutečné plyny není toto dogma vědy použitelná.

Isobarický systém

Systém isobar je prezentován ve formě termodynamického procesu, který nastává, když je zvenčí stálý tlak. Tok Ip. které umožňují, aby byl tlak v systému považován za konstantní a odpovídající vnějšímu indexu tlaku, lze považovat za reverzibilní. Takové jevy zahrnují také případ, kdy dochází ke změně výše uvedeného procesu při nízké rychlosti, což umožňuje předpokládat, že tlak je konstantní.

Implementujte I.I. V systému, který je dodáván (nebo odkloněn), je možné ohřívat dQ. K tomu je nutné rozšířit práci Pdv a změnit vnitřní typ energie dU, T.

• e.dQ, = Pdv + dU = TdS.

Změny úrovně entropie jsou dS, T je absolutní hodnota teploty.

Termodynamické procesy ideálních plynů v systému isobar způsobují přítomnost proporcionality objemu s teplotou. Skutečné plyny budou používat určité množství tepla, aby změnily průměrný typ energie. Práce takového jevu se rovná indexu produktu tlaku zvenčí, změnám objemu.

Izotermický jev

Jedním ze základních termodynamických procesů je jeho izotermická forma. Objevuje se ve fyzikálních systémech s konstantním teplotním indexem.

Pro realizaci tohoto jevu se systém zpravidla přenáší na termostat s obrovským indexem tepelné vodivosti. Vzájemná výměna tepla probíhá dostatečně rychle, aby překročila rychlost samotného procesu. Úroveň teploty systému se téměř neodlišuje od parametrů termostatu.

Je také možné provádět proces izotermické povahy s využitím chladičů a / nebo zdrojů, monitorováním stálosti teploty pomocí teploměrů. Jedním z nejběžnějších příkladů tohoto jevu je varu kapalin za podmínek stálého tlaku.

Isentropický jev

Izentropická forma tepelných procesů nastává za podmínek konstantní entropie. Mechanismy tepelné povahy lze získat za použití Clausiusovy rovnice pro reverzibilní procesy.

Pouze reverzibilní adiabatické procesy lze nazvat isentropickou. Nerovnost Clausia tvrdí, že nelze zde léčit nevratné typy tepelných jevů. Stálost entropie se však dá pozorovat také s nevratným tepelným jevem, pokud je práce v termodynamickém procesu nad entropií prováděna takovým způsobem, že je okamžitě odstraněna. Při pohledu na termodynamické diagramy mohou být linie představující izentropické procesy označovány jako adiabaty nebo isentropy. Nejčastěji se uchýlí k prvnímu jménu, což je způsobeno tím, že chybí možnost správně znázornit řádky na diagramu, charakterizující proces nezvratné povahy. Vysvětlení a další využívání isentropních procesů mají velký význam, protože se často používají k dosažení cílů, praktických a teoretických znalostí.

Typ procesu isenthalpy

Izentalpický proces je tepelný jev pozorovaný v přítomnosti entalpie v konstantním množství. Výpočty jeho indexu jsou provedeny pomocí vzorce: dH = dU + d (pV).

Enthalpie je parametr, pomocí kterého lze charakterizovat systém, ve kterém nejsou změny v návratu do inverzního stavu samotného systému pozorovány, a tudíž rovna nule.

Izentalpický fenomén výměny tepla se například může projevit v termodynamickém procesu plynů. Když se molekuly, například ethan nebo butan, "stlačují" přes přepážku s porézní strukturou a výměna tepla plynu kolem tepla není pozorována. To lze pozorovat v efektu Joule-Thomson, který se používá při procesu získávání ultra nízkých teplot. Isenthalpické procesy jsou cenné, protože umožňují snižovat teplotu v prostředí, aniž by to muselo vynaložit.

Polytropická forma

Charakteristickým znakem polytropního procesu je jeho schopnost měnit fyzikální parametry systému, ale zachovat tepelnou kapacitu (C) v konstantní hodnotě. Diagramy odrážející termodynamické procesy v této podobě se nazývají polytropní. Jeden z nejjednodušších příkladů reverzibility se odráží v ideálních plynech a je určen rovnicí: pVⁿ= const. P - tlakové indexy, V - objemová hodnota plynu.

"Prsten" procesu

Termodynamické systémy a procesy mohou vytvářet cykly, které mají kruhový tvar. V počátečních a konečných parametrech, které odhadují stav těla, mají vždy identické ukazatele. Takové kvalitativní charakteristiky zahrnují pozorování tlaku, entropie, teploty a objemu.

Termodynamický cyklus se nachází ve výrazu modelu procesu, který se odehrává v reálných tepelných mechanismech, které přeměňují teplo na mechanický typ.

Pracovní těleso je součástí součástí každého takového stroje.

Reverzibilní termodynamický proces je reprezentován ve formě cyklu, který má cesty jak v přímém směru, tak i zpět. Jeho pozice spočívá v uzavřeném systému. Celkový koeficient entropie systému se během opakování každého cyklu nemění. V mechanismu, v němž dochází k přenosu tepla pouze mezi topným nebo chladícím zařízením a pracovním médiem, je reverzibilita možná pouze s cyklem Carnot.

Existuje řada dalších cyklických jevů, které lze řešit pouze tehdy, když je zaveden další zásobník s teplem. Takové zdroje se nazývají regenerátory.

Analýza termodynamických procesů, během kterých probíhá regenerace, nám ukazuje, že jsou všechny běžné v cyklu Reitlinger. U řady výpočtů a experimentů je prokázáno, že reverzibilní cyklus má největší účinnost.