У цій статті ми розглянемо термодинамічні процеси. Ознайомимося з їх різновидами та якісними характеристиками, а також вивчимо явище кругових процесів, що володіють в початковій і кінцевій точках однаковими параметрами.
Введення
Термодинамічними процесами називають явища, при яких відбувається макроскопічна зміна термодинаміки всій системі. Наявність різниці між вихідним і кінцевим станом носить назву елементарного процесу, але при цьому необхідно, щоб ця відмінність була нескінченно малою. Область простору, в межах якого протікає це явище, називається робочим тілом.
За типом стійкість можна розрізняти рівноважну і нерівноважну. Рівноважний механізм являє собою процес, в ході якого всі типи стану, крізь які протікає система, відносяться до рівноважного стану. Реалізація таких процесів відбувається у випадку, коли зміна протікає досить повільно, або, іншими словами, явище носить квазістатичний характер.
Явище теплового типу можна розділити на зворотний і незворотний термодинамічний процеси. До звернених зараховують механізми, при яких реалізується можливість проводити процес у протилежний напрямок, за допомогою одних і тих же проміжних станів.
Адіабатична теплопередача
Адіабатичним шляхом теплообміну, є термодинамічний процес, що відбувається в масштабах макроміру. Ще однією характеристикою є відсутність обміну теплом з простором навколо.
Широкомасштабні дослідження в області даного процесу йдуть стартом розвитку в початок вісімнадцятого століття.
Адіабатичні типи процесів являю собою приватний випадок політропної форми. Це обумовлено тим, що в такому вигляді газова тепломісткість дорівнює нулю, а значить, постійна величина. Звернути подібний процес можна лише при наявності точки рівноваги всіх моментів у часі. Зміни в показнику ентропії не спостерігаються в такому випадку або протікають занадто повільно. Існує ряд авторів, які визнають адіабатичні процеси тільки в обраних.
Термодинамічний процес газу ідеального типу у формі адіабатичного явища описує рівняння Пуассона.
Ізохорна система
Механізм ізохоричного типу - це термодинамічний процес, заснований на постійній величині обсягу. Його можна спостерігати в газах або рідинах, які досить нагрівали в судині, з незмінним об'ємом.
Термодинамічний процес ідеального газу в ізохоричній формі, дозволяє молекулам зберігати відповідність пропорцій по відношенню до температури. Це обумовлюється законом Шарля. Для реальних газів дана догма науки не застосовна.
Достовірна система
Рясна система представлена у вигляді термодинамічного процесу, який відбувається за наявності постійного тиску зовні. Протікання І.п. в досить повільному темпі, що дозволяє тиску в межах системи вважатися постійною і відповідному показнику зовнішнього тиску може вважатися зворотним. Також до таких явищ можна віднести випадок, в якому зміна в вище згаданому процесі, протікають з маленькою швидкістю, що дозволяє вважати тиск постійним.
Здійснити І.п. можна в системі, підведеній (або відведеній) до теплоти dQ. Для цього необхідно створити розширення роботи Pdv і зміну внутрішнього типу енергії dU, T.
- dQ, = Pdv+dU= TdS.
Зміни в рівні ентропії - dS, T - абсолютне значення температури.
Термодинамічні процеси ідеальних газів в рясній системі обумовлюють наявність пропорційності обсягу з температурою. Реальні гази певна кількість теплоти витратить для внесення змін у середній тип енергії. Робота такого явища дорівнює показнику твору тиску ззовні, на зміни в обсязі.
Ізотермічне явище
Одним з основних термодинамічних процесів є його ізотермічна форма. Він відбувається у фізичних системах, з постійним показником температури.
Для реалізації цього явища систему, як правило, переносять у термостат, з величезним показником теплопровідності. Взаємний обмін тепла протікає з достатньою швидкістю, щоб обігнати швидкість протікання самого процесу. Рівень температури системи майже не має відмінностей від показників термостата.
Здійснити процес ізотермічної природи також можна з використанням теплових стоків і (або) джерел, проводячи контроль сталості температури, використовуючи термометри. Одним з найпоширеніших прикладів такого явища є кипіння рідин в умовах постійного тиску.
Ізоентропійне явище
Ізоентропійна форма теплових процесів протікає в умовах постійної величини ентропії. Механізми теплової природи можна отримати, використовуючи рівність Клаузіуса для звернених процесів.
Тільки звернені адіабатичні процеси можна називати ізоентропійними. Нерівність Клаузіуса стверджує, що незворотні типи теплових явищ сюди відноситися не можуть. Однак сталість ентропії можна спостерігати і при незворотному тепловому явищі, якщо робота в термодинамічному процесі над ентропією проводиться так, що вона негайно видаляється. Дивлячись на термодинамічні діаграми, лінії, що відображають ізоентропійні процеси, можна називати як адіабати або ізоентропи. Частіше вдаються до першої назви, що викликано відсутністю можливості коректно зображати лінії на діаграмі, що характеризує процес незворотного характеру. Пояснення і подальша експлуатація ізоентропійних процесів мають величезне значення, оскільки часто застосовується в досягненні цілей, практичному і теоретичному знанні.
Ізоентальпійний тип процесу
Ізоентальпійний процес - теплове явище, що спостерігається при наявності ентальпії в постійній величині. Розрахунки її показника робляться завдяки формулі: dH = dU + d(pV).
Ентальпією називають параметр, за допомогою якого можна охарактеризувати систему, в якій зміни при поверненні в зворотний стан самої системи не спостерігаються і, відповідно, рівняються нулю.
Ізоентальпійне явище теплообміну може на прикладі проявляти себе в термодинамічному процесі газів. Коли молекули, наприклад етана або бутана, «протискуються» крізь перегородку з пористою будовою, а теплообмін газу з теплом навколо не спостерігається. Таке можна спостерігати в ефекті Джоуля-Томсона, що застосовується в процесі отримання наднизьких показників температури. Ізоентальпійні процеси є цінними, в силу того, що дають можливість знижувати температуру в рамках середовища, не витрачаючи для цього енергію.
Політропна форма
Характеристикою політропного процесу є його можливість змінювати фізичні параметри системи, але залишати показник теплоємності (C) в постійній величині. Діаграми, що відображають термодинамічні процеси в такій формі, іменуються політропними. Один з найпростіших прикладів зворотності відображається в ідеальних газах і визначається за допомогою рівняння: pVn= const. P - показники тиску, V - об'ємна величина газу.
«Кільце» процесу
Термодинамічні системи і процеси можуть утворювати цикли, які мають кругову форму. Вони завжди мають ідентичні показники в початковому і кінцевому параметрі, що оцінює стан тіла. До таких якісних характеристик можна віднести спостереження за показниками тиску, ентропії, температури та обсягу.
Термодинамічний цикл знаходить себе у вираженні моделі процесу, що протікає в справжніх теплових механізмах, що перетворюють тепло в роботу механічного типу.
Робоче тіло входить до складу компонентів кожної такої машини.
Зворотний термодинамічний процес представлений у вигляді циклу, який має шляхи проведення як в напрямку прямо, так і назад. Його положення залягає в системі замкнутого типу. Сумарний коефіцієнт системної ентропії при повторі кожного циклу не змінюється. У механізму, в якому теплопередача відбувається тільки між нагрівальним або холодильним апаратом і робочим тілом, обратимість можливо тільки при циклі Карно.
Існує ряд інших циклічних явищ, які можуть звертатися лише при досягненні введення додаткового резервуара з теплом. Такі джерела називають регенераторами.
Аналіз термодинамічних процесів, в ході яких відбувається регенерація, показує нам, що всі вони загальні по циклу Рейтлінгера. Доведено на низці розрахунків і експериментів, що зворотний цикл має найбільший ступінь ефективності.
