Trong bài này chúng ta sẽ xem xét các quá trình nhiệt động lực học. Hãy cùng làm quen với các giống và đặc điểm chất lượng của chúng, đồng thời nghiên cứu hiện tượng các quá trình vòng có các thông số giống nhau ở điểm đầu và điểm cuối.
Giới thiệu
Quá trình nhiệt động là hiện tượng có sự thay đổi vĩ mô về nhiệt động của toàn hệ thống. Sự hiện diện của sự khác biệt giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng được gọi là một quá trình cơ bản, nhưng sự khác biệt này cần phải nhỏ đến mức vô hạn. Vùng không gian mà hiện tượng này xảy ra được gọi là vùng làm việc.
Dựa vào loại ổn định, người ta có thể phân biệt giữa trạng thái cân bằng và không cân bằng. Cơ chế cân bằng là một quá trình trong đó tất cả các loại trạng thái mà hệ thống vận hành đều liên quan đến trạng thái cân bằng. Việc thực hiện các quy trình như vậy xảy ra khi thay đổi diễn ra khá chậm, hay nói cách khác, hiện tượng có tính chất gần như tĩnh.
Hiện tượngloại nhiệt có thể được chia thành các quá trình nhiệt động thuận nghịch và không thuận nghịch. Cơ chế thuận nghịch là những cơ chế trong đó có khả năng thực hiện quá trình theo hướng ngược lại, sử dụng các trạng thái trung gian giống nhau.
Truyền nhiệt đoạn nhiệt
Cách truyền nhiệt đoạn nhiệt là một quá trình nhiệt động học xảy ra trên quy mô của mô hình vĩ mô. Một đặc điểm khác là thiếu sự trao đổi nhiệt với không gian xung quanh.
Nghiên cứu quy mô lớn về quá trình này bắt đầu từ đầu thế kỷ thứ mười tám.
Loại quy trình đoạn nhiệt là một trường hợp đặc biệt của dạng đa hướng. Điều này là do ở dạng này, nhiệt dung của khí bằng 0, có nghĩa là nó là một giá trị không đổi. Có thể đảo ngược quá trình như vậy chỉ khi có một điểm cân bằng của tất cả các thời điểm. Những thay đổi trong chỉ số entropy không được quan sát thấy trong trường hợp này hoặc tiến hành quá chậm. Có một số tác giả công nhận các quy trình đoạn nhiệt chỉ xảy ra trong các quy trình có thể đảo ngược.
Quá trình nhiệt động của khí loại lý tưởng dưới dạng hiện tượng đoạn nhiệt mô tả phương trình Poisson.
Hệ thống đẳng âm
Cơ chế đẳng tích là một quá trình nhiệt động lực học dựa trên một thể tích không đổi. Nó có thể được quan sát thấy trong chất khí hoặc chất lỏng đã được đun nóng đủ trong một bình có thể tích không đổi.
Quá trình nhiệt động của khí lý tưởng ở dạng đẳng áp, cho phép các phân tửduy trì tỷ lệ trong mối quan hệ với nhiệt độ. Điều này là do luật của Charles. Đối với khí thực, giáo điều khoa học này không áp dụng.
Hệ thống Isobar
Hệ đẳng tích được trình bày như một quá trình nhiệt động lực học xảy ra khi có áp suất không đổi bên ngoài. Dòng chảy I.p. với tốc độ đủ chậm, cho phép áp suất bên trong hệ thống được coi là không đổi và tương ứng với áp suất bên ngoài, có thể coi là thuận nghịch. Ngoài ra, các hiện tượng như vậy bao gồm trường hợp sự thay đổi trong quá trình nói trên diễn ra với tốc độ thấp, điều này có thể coi là áp suất không đổi.
Thực hiện I.p. có thể trong một hệ thống được cung cấp (hoặc loại bỏ) nhiệt dQ. Để làm được điều này, cần phải mở rộng Pdv công việc và thay đổi loại năng lượng bên trong dU, T.
e.dQ,=Pdv + dU=TdS
Thay đổi mức entropy - dS, T - giá trị tuyệt đối của nhiệt độ.
Quá trình nhiệt động của khí lý tưởng trong hệ đẳng tích xác định tỷ lệ thuận của thể tích với nhiệt độ. Khí thực sẽ sử dụng hết một lượng nhiệt nhất định để làm biến đổi dạng năng lượng trung bình. Công của một hiện tượng như vậy là bằng tích của áp suất bên ngoài và sự thay đổi thể tích.
Hiện tượng đẳng nhiệt
Một trong những quá trình nhiệt động lực học chính là dạng đẳng nhiệt của nó. Nó xảy ra trong các hệ thống vật lý, với nhiệt độ không đổi.
Để nhận ra hiện tượng nàyhệ thống, như một quy luật, được chuyển sang một bộ điều nhiệt, với hệ số dẫn nhiệt rất lớn. Sự trao đổi nhiệt lẫn nhau diễn ra ở một tốc độ đủ để vượt qua tốc độ của chính quá trình. Mức nhiệt độ của hệ thống hầu như không thể phân biệt được với các chỉ số của bộ điều nhiệt.
Cũng có thể thực hiện quá trình có tính chất đẳng nhiệt bằng cách sử dụng tản nhiệt và (hoặc) nguồn, kiểm soát sự ổn định nhiệt độ bằng cách sử dụng nhiệt kế. Một trong những ví dụ phổ biến nhất của hiện tượng này là sự sôi của chất lỏng dưới áp suất không đổi.
Hiện tượng đẳng hướng
Dạng đẳng hướng của các quá trình nhiệt diễn ra trong điều kiện entropi không đổi. Các cơ chế có bản chất nhiệt có thể thu được bằng cách sử dụng phương trình Clausius cho các quá trình thuận nghịch.
Chỉ các quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch mới có thể được gọi là đẳng hướng. Bất đẳng thức Clausius nói rằng các dạng hiện tượng nhiệt không thể đảo ngược không thể được đưa vào đây. Tuy nhiên, sự hằng số của entropi cũng có thể được quan sát thấy trong một hiện tượng nhiệt không thể đảo ngược, nếu công trong quá trình nhiệt động lực học trên entropy được thực hiện theo cách mà nó bị loại bỏ ngay lập tức. Nhìn vào biểu đồ nhiệt động lực học, các đường biểu diễn các quá trình đẳng hướng có thể được gọi là đường đẳng nhiệt hoặc đường đẳng áp. Họ thường dùng đến cái tên đầu tiên, nguyên nhân là do không thể mô tả chính xác các đường trên sơ đồ mô tả quá trình có tính chất không thể đảo ngược. Việc giải thích và khai thác sâu hơn các quá trình đẳng hướng có tầm quan trọng lớn.giá trị, vì nó thường được sử dụng để đạt được mục tiêu, kiến thức thực tế và lý thuyết.
Loại quy trình Isenthalpy
Quá trình isenthalpy là một hiện tượng nhiệt quan sát được với sự có mặt của entanpi không đổi. Các phép tính về chỉ số của nó được thực hiện nhờ công thức: dH=dU + d (pV).
Enthalpy là một tham số có thể được sử dụng để mô tả một hệ thống trong đó các thay đổi không được quan sát thấy khi trở về trạng thái đảo ngược của chính hệ thống và do đó, bằng không.
Ví dụ, hiện tượng đẳng áp của sự truyền nhiệt có thể biểu hiện trong quá trình nhiệt động lực học của chất khí. Khi các phân tử, ví dụ, etan hoặc butan, "chui" qua một vách ngăn có cấu trúc xốp, và sự trao đổi nhiệt giữa khí và nhiệt xung quanh sẽ không được quan sát. Điều này có thể được quan sát thấy trong hiệu ứng Joule-Thomson được sử dụng trong quá trình thu được nhiệt độ cực thấp. Quy trình Isenthalpy có giá trị vì chúng có thể làm giảm nhiệt độ bên trong môi trường mà không lãng phí năng lượng.
Dạng đa hình
Một đặc điểm của quá trình đa hướng là khả năng thay đổi các thông số vật lý của hệ, nhưng không đổi chỉ số nhiệt dung (C). Biểu đồ hiển thị các quá trình nhiệt động học ở dạng này được gọi là đa hình. Một trong những ví dụ đơn giản nhất về tính thuận nghịch được phản ánh trong khí lý tưởng và được xác định bằng phương trình: pV =const. P - chỉ số áp suất, V - giá trị thể tích của khí.
Vòng quy trình
Các hệ thống và quy trình nhiệt động có thể tạo thành các chu trình có dạng hình tròn. Chúng luôn có các chỉ số giống hệt nhau trong các thông số ban đầu và cuối cùng đánh giá trạng thái của cơ thể. Các đặc điểm định tính đó bao gồm theo dõi áp suất, entropi, nhiệt độ và thể tích.
Chu trình nhiệt động lực học được thể hiện trong biểu thức của một mô hình của một quá trình xảy ra trong các cơ chế nhiệt thực, biến nhiệt thành công cơ học.
Cơ quan làm việc là một phần của các thành phần của mỗi máy như vậy.
Quá trình nhiệt động học thuận nghịch được trình bày dưới dạng một chu trình, có các đường đi cả về phía trước và phía sau. Vị trí của nó nằm trong một hệ thống khép kín. Tổng hệ số entropy của hệ thống không thay đổi theo sự lặp lại của mỗi chu kỳ. Đối với một cơ chế trong đó sự truyền nhiệt chỉ xảy ra giữa thiết bị sưởi ấm hoặc làm lạnh và chất lỏng làm việc, khả năng đảo ngược chỉ có thể thực hiện được với chu trình Carnot.
Có một số hiện tượng tuần hoàn khác chỉ có thể đảo ngược khi có thêm một bình chứa nhiệt. Những nguồn như vậy được gọi là bộ tái tạo.
Phân tích các quá trình nhiệt động lực học trong đó quá trình tái sinh xảy ra cho chúng ta thấy rằng chúng đều phổ biến trong chu trình Reutlinger. Nó đã được chứng minh bằng một số tính toán và thí nghiệm rằng chu trình thuận nghịch có mức độ hiệu quả cao nhất.
