Selles artiklis käsitleme termodünaamilisi protsesse. Tutvume nende sortide ja kvalitatiivsete omadustega ning uurime ka ringprotsesside nähtust, mille alg- ja lõpp-punktis on samad parameetrid.
Sissejuhatus
Termodünaamilised protsessid on nähtused, mille puhul toimub kogu süsteemi termodünaamikas makroskoopiline muutus. Alg- ja lõppseisundi erinevuse olemasolu nimetatakse elementaarseks protsessiks, kuid see erinevus peab olema lõpmata väike. Ruumi pindala, milles see nähtus esineb, nimetatakse töökehaks.
Stabiilsuse tüübi alusel saab eristada tasakaalu ja mittetasakaalu. Tasakaalumehhanism on protsess, mille käigus kõik olekud, mille kaudu süsteem voolab, on seotud tasakaaluolekuga. Selliste protsesside rakendamine toimub siis, kui muutus kulgeb üsna aeglaselt ehk teisisõnu nähtus on kvaasistaatilise iseloomuga.
Nähtusedtermilise tüübi saab jagada pöörduvateks ja pöördumatuteks termodünaamilisteks protsessideks. Pööratavad mehhanismid on need, mille puhul realiseeritakse võimalus viia protsess läbi vastupidises suunas, kasutades samu vaheolekuid.
Adiabaatiline soojusülekanne
Adiabaatiline soojusülekande viis on termodünaamiline protsess, mis toimub makrokosmose skaalal. Teine omadus on soojusvahetuse puudumine ümbritseva ruumiga.
Selle protsessi laiaulatuslik uurimine pärineb kaheksateistkümnenda sajandi algusest.
Adiabaatilised protsessid on polütroopse vormi erijuht. See on tingitud asjaolust, et sellisel kujul on gaasi soojusvõimsus null, mis tähendab, et see on konstantne väärtus. Sellist protsessi on võimalik tagasi pöörata ainult siis, kui kõigi ajahetkede tasakaalupunkt on olemas. Entroopiaindeksi muutusi sel juhul ei täheldata või need kulgevad liiga aeglaselt. On mitmeid autoreid, kes tunnevad ära adiabaatilisi protsesse ainult pöörduvates protsessides.
Ideaalse tüüpi gaasi termodünaamiline protsess adiabaatilise nähtuse kujul kirjeldab Poissoni võrrandit.
Isokooriline süsteem
Isohooriline mehhanism on termodünaamiline protsess, mis põhineb konstantsel mahul. Seda võib täheldada gaasides või vedelikes, mida on konstantse mahuga anumas piisav alt kuumutatud.
Ideaalse isohoorilises vormis gaasi termodünaamiline protsess võimaldab molekulesäilitada proportsioonid temperatuuri suhtes. See on tingitud Charlesi seadusest. Tõeliste gaaside puhul see teaduse dogma ei kehti.
Isobar-süsteem
Isobaarilist süsteemi esitletakse termodünaamilise protsessina, mis toimub püsiva välisrõhu juuresolekul. I.p. vool piisav alt aeglases tempos, mis võimaldab pidada süsteemis olevat rõhku konstantseks ja vastavaks välisrõhule, võib pidada pöörduvaks. Samuti on sellisteks nähtusteks juhtum, kus ülalmainitud protsessi muutus toimub madala kiirusega, mis võimaldab lugeda rõhku konstantseks.
Soorita I.p. võimalik süsteemis, mis tarnitakse (või eemaldatakse) soojusele dQ. Selleks on vaja laiendada tööd Pdv ja muuta sisemist energiatüüpi dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Entroopiataseme muutused – dS, T – temperatuuri absoluutväärtus.
Ideaalsete gaaside termodünaamilised protsessid isobaarsüsteemis määravad ruumala proportsionaalsuse temperatuuriga. Reaalsed gaasid kasutavad keskmise energiatüübi muutmiseks teatud koguse soojust. Sellise nähtuse töö on võrdne välisrõhu ja mahumuutuste korrutisega.
Isotermiline nähtus
Üks peamisi termodünaamilisi protsesse on selle isotermiline vorm. See esineb füüsilistes süsteemides püsiva temperatuuriga.
Selle nähtuse mõistmisekssüsteem viiakse reeglina termostaadile, millel on tohutu soojusjuhtivus. Vastastikune soojusvahetus toimub piisava kiirusega, et ületada protsessi enda kiirust. Süsteemi temperatuuritase on termostaadi näitutest peaaegu eristamatu.
Samuti on võimalik teostada isotermilist protsessi, kasutades jahutusradiaatoreid ja (või) allikaid, reguleerides temperatuuri püsivust termomeetrite abil. Selle nähtuse üks levinumaid näiteid on vedelike keemine pideva rõhu all.
Isentroopiline nähtus
Soojusprotsesside isentroopne vorm toimub konstantse entroopia tingimustes. Termilise iseloomuga mehhanisme saab saada pöörduvate protsesside Clausiuse võrrandi abil.
Isentroopiliseks võib nimetada ainult pöörduvaid adiabaatilisi protsesse. Clausiuse ebavõrdsus väidab, et pöördumatuid soojusnähtuste tüüpe ei saa siia lisada. Entroopia püsivust võib aga täheldada ka pöördumatu soojusnähtuse puhul, kui termodünaamilises protsessis entroopia kallal tööd teha nii, et see koheselt eemaldatakse. Termodünaamilisi diagramme vaadates võib isentroopseid protsesse tähistavaid jooni nimetada adiabaatideks või isentroopideks. Sagedamini kasutavad nad eesnime, mis on tingitud suutmatusest õigesti kujutada joonisel olevaid jooni, mis iseloomustavad pöördumatu iseloomuga protsessi. Isentroopiliste protsesside selgitamine ja edasine kasutamine on suure tähtsusega.väärtus, kuna seda kasutatakse sageli eesmärkide, praktiliste ja teoreetiliste teadmiste saavutamiseks.
Isentalpia tüüpi protsess
Isentalpiaprotsess on termiline nähtus, mida täheldatakse pideva entalpia juuresolekul. Selle indikaatori arvutused tehakse tänu valemile: dH=dU + d(pV).
Entalpia on parameeter, mida saab kasutada süsteemi iseloomustamiseks, mille puhul muutusi süsteemi enda vastupidisesse olekusse naasmisel ei täheldata ja need on seega võrdsed nulliga.
Soojusülekande isentalpia nähtus võib avalduda näiteks gaaside termodünaamilises protsessis. Kui molekulid, näiteks etaan või butaan, "pressivad" läbi poorse struktuuriga vaheseina ning soojusvahetust gaasi ja ümbritseva soojuse vahel ei täheldata. Seda võib täheldada Joule-Thomsoni efektis, mida kasutatakse ülimadala temperatuuri saamise protsessis. Isentalpia protsessid on väärtuslikud, kuna need võimaldavad alandada keskkonna temperatuuri ilma energiat raiskamata.
Polütroopne vorm
Polütroopse protsessi tunnuseks on selle võime muuta süsteemi füüsikalisi parameetreid, kuid jätta soojusmahtuvusindeksi (C) konstantseks. Diagramme, mis näitavad sellisel kujul termodünaamilisi protsesse, nimetatakse polütroopseteks. Üks lihtsamaid pöörduvuse näiteid kajastub ideaalsetes gaasides ja määratakse võrrandi abil: pV =konst. P - rõhuindikaatorid, V - gaasi mahuväärtus.
Töötle helinat
Termodünaamilised süsteemid ja protsessid võivad moodustada tsükleid, millel on ringikujuline kuju. Nende alg- ja lõppparameetrites on alati identsed näitajad, mis hindavad keha seisundit. Sellised kvalitatiivsed omadused hõlmavad rõhu, entroopia, temperatuuri ja mahu jälgimist.
Terodünaamiline tsükkel väljendub protsessi mudelis, mis toimub reaalsetes termilistes mehhanismides, mis muudavad soojuse mehaaniliseks tööks.
Töökorpus on osa iga sellise masina komponentidest.
Pööratavat termodünaamilist protsessi esitatakse tsüklina, millel on teed nii edasi kui ka tagasi. Selle asukoht on suletud süsteemis. Süsteemi entroopia kogukoefitsient ei muutu iga tsükli kordumisel. Mehhanismi puhul, milles soojusülekanne toimub ainult kütte- või jahutusseadme ja töövedeliku vahel, on pöörduvus võimalik ainult Carnot' tsükliga.
On mitmeid teisi tsüklilisi nähtusi, mida saab tagasi pöörata ainult siis, kui saavutatakse täiendav soojusmahuti. Selliseid allikaid nimetatakse regeneraatoriteks.
Termodünaamiliste protsesside analüüs, mille käigus regeneratsioon toimub, näitab, et need kõik on Reutlingeri tsüklis tavalised. Mitmete arvutuste ja katsetega on tõestatud, et pööratav tsükkel on kõrgeima efektiivsusega.
