U ovom članku ćemo razmotriti termodinamičke procese. Hajde da se upoznamo sa njihovim varijetetima i kvalitativnim karakteristikama, a takođe proučimo fenomen kružnih procesa koji imaju iste parametre u početnoj i krajnjoj tački.
Uvod
Termodinamički procesi su pojave u kojima dolazi do makroskopske promjene u termodinamici cijelog sistema. Prisustvo razlike između početnog i konačnog stanja naziva se elementarnim procesom, ali je neophodno da ta razlika bude beskonačno mala. Područje prostora u kojem se ova pojava javlja naziva se radno tijelo.
Na osnovu vrste stabilnosti, može se razlikovati ravnoteža i neravnoteža. Mehanizam ravnoteže je proces u kojem su sve vrste stanja kroz koje sistem teče povezane sa stanjem ravnoteže. Do implementacije ovakvih procesa dolazi kada se promjena odvija prilično sporo, ili, drugim riječima, fenomen je kvazistatičke prirode.
Fenomenitermički tip se može podijeliti na reverzibilne i ireverzibilne termodinamičke procese. Reverzibilni mehanizmi su oni kod kojih se ostvaruje mogućnost da se proces izvede u suprotnom smjeru, koristeći ista međustanja.
Adijabatski prijenos topline
Adijabatski način prijenosa topline je termodinamički proces koji se odvija na skali makrokosmosa. Druga karakteristika je nedostatak razmene toplote sa okolnim prostorom.
Ogromna istraživanja ovog procesa datiraju još od početka osamnaestog veka.
Adijabatski tipovi procesa su poseban slučaj politropskog oblika. To je zbog činjenice da je u ovom obliku toplinski kapacitet plina nula, što znači da je konstantna vrijednost. Takav proces je moguće preokrenuti samo ako postoji tačka ravnoteže svih trenutaka u vremenu. Promjene u indeksu entropije se u ovom slučaju ne primjećuju ili se odvijaju presporo. Postoji niz autora koji prepoznaju adijabatske procese samo u reverzibilnim.
Termodinamički proces idealnog tipa gasa u obliku adijabatskog fenomena opisuje Poissonovu jednačinu.
Izohorični sistem
Izohorični mehanizam je termodinamički proces zasnovan na konstantnoj zapremini. Može se uočiti u gasovima ili tečnostima koje su dovoljno zagrejane u posudi sa konstantnom zapreminom.
Termodinamički proces idealnog gasa u izohornom obliku, dozvoljava molekuleodržavati proporcije u odnosu na temperaturu. To je zbog Charlesovog zakona. Za prave gasove, ova dogma nauke ne važi.
Izobar sistem
Izobarični sistem je predstavljen kao termodinamički proces koji se odvija u prisustvu konstantnog pritiska spolja. I.p. protok dovoljno sporim tempom, dozvoljavajući da se pritisak unutar sistema smatra konstantnim i koji odgovara vanjskom pritisku, može se smatrati reverzibilnim. Takođe, u takve pojave spadaju slučajevi u kojima se promena u gore pomenutom procesu odvija malom brzinom, što omogućava razmatranje konstante pritiska.
Izvršite I.p. moguće u sistemu koji se dovodi (ili uklanja) na toplotu dQ. Za to je potrebno proširiti rad Pdv i promijeniti unutrašnju vrstu energije dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Promjene u nivou entropije – dS, T – apsolutna vrijednost temperature.
Termodinamički procesi idealnih gasova u izobaričnom sistemu određuju proporcionalnost zapremine sa temperaturom. Pravi gasovi će potrošiti određenu količinu toplote da naprave promene u prosečnoj vrsti energije. Rad takve pojave jednak je proizvodu vanjskog pritiska i promjena zapremine.
Izotermalni fenomen
Jedan od glavnih termodinamičkih procesa je njegov izotermni oblik. Javlja se u fizičkim sistemima, sa konstantnom temperaturom.
Da shvatimo ovaj fenomensistem se, po pravilu, prenosi na termostat, sa ogromnom toplotnom provodljivošću. Međusobna razmjena topline odvija se dovoljnom brzinom da nadmaši brzinu samog procesa. Nivo temperature sistema se gotovo ne razlikuje od očitavanja termostata.
Također je moguće provesti proces izotermne prirode korištenjem hladnjaka i (ili) izvora, kontrolirajući konstantnost temperature pomoću termometara. Jedan od najčešćih primjera ove pojave je ključanje tekućina pod stalnim pritiskom.
Izentropski fenomen
Izentropski oblik termičkih procesa odvija se u uslovima konstantne entropije. Mehanizmi toplinske prirode mogu se dobiti korištenjem Clausiusove jednadžbe za reverzibilne procese.
Samo reverzibilni adijabatski procesi se mogu nazvati izentropskim. Clausiusova nejednakost navodi da se ovdje ne mogu uključiti ireverzibilni tipovi toplinskih fenomena. Međutim, postojanost entropije može se uočiti i kod nepovratnog termičkog fenomena, ako se rad u termodinamičkom procesu na entropiji vrši na takav način da se ona odmah ukloni. Gledajući termodinamičke dijagrame, linije koje predstavljaju izentropske procese mogu se nazvati adijabati ili izentropama. Češće pribjegavaju prvom imenu, što je uzrokovano nemogućnošću ispravnog prikazivanja linija na dijagramu koji karakteriziraju proces nepovratne prirode. Objašnjenje i dalja eksploatacija izentropskih procesa su od velike važnosti.vrijednost, jer se često koristi u postizanju ciljeva, praktičnog i teorijskog znanja.
Izentalpijski tip procesa
Izentalpijski proces je termalni fenomen koji se opaža u prisustvu konstantne entalpije. Proračuni njegovog indikatora su napravljeni zahvaljujući formuli: dH=dU + d(pV).
Entalpija je parametar koji se može koristiti za karakterizaciju sistema u kojem se promjene ne primjećuju po povratku u obrnuto stanje samog sistema i, shodno tome, jednake su nuli.
Izentalpijski fenomen prijenosa topline može se, na primjer, manifestirati u termodinamičkom procesu plinova. Kada se molekuli, na primjer, etan ili butan, "proguraju" kroz pregradu s poroznom strukturom, a izmjena topline između plina i topline okolo se ne opaža. Ovo se može uočiti u Joule-Thomsonovom efektu koji se koristi u procesu dobijanja ultraniskih temperatura. Izentalpijski procesi su vrijedni jer omogućavaju snižavanje temperature u okolini bez trošenja energije.
Politropska forma
Karakteristika politropskog procesa je njegova sposobnost da mijenja fizičke parametre sistema, ali ostavi konstantan indeks toplotnog kapaciteta (C). Dijagrami koji prikazuju termodinamičke procese u ovom obliku nazivaju se politropski. Jedan od najjednostavnijih primjera reverzibilnosti se ogleda u idealnim plinovima i određuje se pomoću jednačine: pV =const. P - indikatori pritiska, V - volumetrijska vrijednost gasa.
Procesni prsten
Termodinamički sistemi i procesi mogu formirati cikluse koji imaju kružni oblik. Uvijek imaju identične indikatore u početnim i konačnim parametrima koji ocjenjuju stanje tijela. Takve kvalitativne karakteristike uključuju nadzor pritiska, entropije, temperature i zapremine.
Termodinamički ciklus nalazi se u izrazu modela procesa koji se odvija u stvarnim termičkim mehanizmima koji pretvaraju toplotu u mehanički rad.
Radno tijelo je dio komponenti svake takve mašine.
Reverzibilni termodinamički proces je predstavljen kao ciklus, koji ima putanje i naprijed i nazad. Njegova pozicija leži u zatvorenom sistemu. Ukupni koeficijent entropije sistema se ne mijenja sa ponavljanjem svakog ciklusa. Za mehanizam u kojem se prijenos topline odvija samo između uređaja za grijanje ili hlađenje i radnog fluida, reverzibilnost je moguća samo sa Carnot ciklusom.
Postoji niz drugih cikličnih pojava koje se mogu preokrenuti samo kada se postigne uvođenje dodatnog rezervoara topline. Takvi izvori se nazivaju regeneratori.
Analiza termodinamičkih procesa tokom kojih dolazi do regeneracije pokazuje nam da su svi oni uobičajeni u Reutlingerovom ciklusu. Brojnim proračunima i eksperimentima je dokazano da reverzibilni ciklus ima najveći stepen efikasnosti.
