Në këtë artikull do të shqyrtojmë proceset termodinamike. Le të njihemi me varietetet dhe karakteristikat e tyre cilësore, si dhe të studiojmë fenomenin e proceseve rrethore që kanë të njëjtat parametra në pikat fillestare dhe përfundimtare.
Hyrje
Proceset termodinamike janë dukuri në të cilat ka një ndryshim makroskopik në termodinamikën e të gjithë sistemit. Prania e një ndryshimi midis gjendjes fillestare dhe përfundimtare quhet proces elementar, por është e nevojshme që ky ndryshim të jetë pafundësisht i vogël. Zona e hapësirës brenda së cilës ndodh ky fenomen quhet trupi punues.
Bazuar në llojin e stabilitetit, mund të dallohet midis ekuilibrit dhe joekuilibrit. Mekanizmi i ekuilibrit është një proces në të cilin të gjitha llojet e gjendjeve nëpër të cilat rrjedh sistemi lidhen me gjendjen e ekuilibrit. Zbatimi i proceseve të tilla ndodh kur ndryshimi ecën mjaft ngadalë, ose, me fjalë të tjera, fenomeni është i një natyre kuazi-statike.
FenomeneLloji termik mund të ndahet në procese termodinamike të kthyeshme dhe të pakthyeshme. Mekanizmat e kthyeshëm janë ata në të cilët realizohet mundësia për të kryer procesin në drejtim të kundërt, duke përdorur të njëjtat gjendje të ndërmjetme.
Transferimi adiabatik i nxehtësisë
Mënyra adiabatike e transferimit të nxehtësisë është një proces termodinamik që ndodh në shkallën e makrokozmosit. Një karakteristikë tjetër është mungesa e shkëmbimit të nxehtësisë me hapësirën përreth.
Kërkimet në shkallë të gjerë në këtë proces datojnë që nga fillimi i shekullit të tetëmbëdhjetë.
Llojet adiabatike të proceseve janë një rast i veçantë i formës politropike. Kjo për faktin se në këtë formë kapaciteti i nxehtësisë së gazit është zero, që do të thotë se është një vlerë konstante. Është e mundur të ndryshohet një proces i tillë vetëm nëse ka një pikë ekuilibri të të gjitha momenteve në kohë. Ndryshimet në indeksin e entropisë nuk vërehen në këtë rast ose vazhdojnë shumë ngadalë. Ka një numër autorësh që njohin proceset adiabatike vetëm në ato të kthyeshme.
Procesi termodinamik i një gazi të tipit ideal në formën e një dukurie adiabatike përshkruan ekuacionin Poisson.
Sistemi izokorik
Mekanizmi izokorik është një proces termodinamik i bazuar në një vëllim konstant. Mund të vërehet në gazra ose lëngje që janë ngrohur mjaftueshëm në një enë me vëllim konstant.
Procesi termodinamik i një gazi ideal në formë izokorike, lejon molekulatruajnë proporcione në lidhje me temperaturën. Kjo është për shkak të ligjit të Charles. Për gazet reale, kjo dogmë e shkencës nuk vlen.
Sistemi izobar
Sistemi izobarik paraqitet si një proces termodinamik që ndodh në prani të një presioni konstant jashtë. Rrjedha I.p me një ritëm mjaft të ngad altë, duke lejuar që presioni brenda sistemit të konsiderohet konstant dhe që korrespondon me presionin e jashtëm, mund të konsiderohet i kthyeshëm. Gjithashtu, dukuri të tilla përfshijnë rastin kur ndryshimi në procesin e sipërpërmendur ecën me një ritëm të ulët, gjë që bën të mundur marrjen në konsideratë të presionit konstant.
Kryej I.p. e mundur në një sistem të furnizuar (ose hequr) me nxehtësinë dQ. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të zgjerohet puna Pdv dhe të ndryshohet lloji i brendshëm i energjisë dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Ndryshimet në nivelin e entropisë – dS, T – vlera absolute e temperaturës.
Proceset termodinamike të gazeve ideale në sistemin izobarik përcaktojnë proporcionalitetin e vëllimit me temperaturën. Gazrat realë do të përdorin një sasi të caktuar nxehtësie për të bërë ndryshime në llojin mesatar të energjisë. Puna e një dukurie të tillë është e barabartë me produktin e presionit të jashtëm dhe ndryshimeve në vëllim.
Fenomeni izotermale
Një nga proceset kryesore termodinamike është forma izotermike e tij. Ndodh në sistemet fizike, me një temperaturë konstante.
Për të realizuar këtë fenomensistemi, si rregull, transferohet në një termostat, me një përçueshmëri të madhe termike. Shkëmbimi i ndërsjellë i nxehtësisë vazhdon me një shpejtësi të mjaftueshme për të kapërcyer shpejtësinë e vetë procesit. Niveli i temperaturës së sistemit është pothuajse i padallueshëm nga leximet e termostatit.
Është gjithashtu e mundur të kryhet procesi i një natyre izotermale duke përdorur lavamanë të nxehtësisë dhe (ose) burime, duke kontrolluar qëndrueshmërinë e temperaturës duke përdorur termometra. Një nga shembujt më të zakonshëm të këtij fenomeni është zierja e lëngjeve nën presion konstant.
Fenomeni isentropik
Forma isentropike e proceseve termike vazhdon në kushtet e entropisë konstante. Mekanizmat e natyrës termike mund të merren duke përdorur ekuacionin Clausius për proceset e kthyeshme.
Vetëm proceset adiabatike të kthyeshme mund të quhen isentropike. Pabarazia e Clausius-it thotë se këtu nuk mund të përfshihen lloje të pakthyeshme të fenomeneve termike. Megjithatë, qëndrueshmëria e entropisë mund të vërehet edhe në një fenomen termik të pakthyeshëm, nëse puna në procesin termodinamik mbi entropinë bëhet në atë mënyrë që ajo të hiqet menjëherë. Duke parë diagramet termodinamike, linjat që përfaqësojnë proceset isentropike mund të quhen adiabat ose isentrope. Më shpesh ata përdorin emrin e parë, i cili shkaktohet nga pamundësia për të përshkruar saktë linjat në diagram që karakterizojnë procesin e një natyre të pakthyeshme. Shpjegimi dhe shfrytëzimi i mëtejshëm i proceseve isentropike kanë një rëndësi të madhe.vlerë, pasi përdoret shpesh në arritjen e qëllimeve, njohurive praktike dhe teorike.
Lloji i procesit isentalpi
Procesi i izentalpisë është një fenomen termik i vërejtur në prani të entalpisë konstante. Llogaritjet e treguesit të tij bëhen falë formulës: dH=dU + d(pV).
Entalpia është një parametër që mund të përdoret për të karakterizuar një sistem në të cilin ndryshimet nuk vërehen me kthimin në gjendjen e kundërt të vetë sistemit dhe, në përputhje me rrethanat, janë të barabarta me zero.
Fenomeni i isentalpisë i transferimit të nxehtësisë, për shembull, mund të shfaqet në procesin termodinamik të gazrave. Kur molekulat, për shembull, etani ose butani, "shtrydhen" përmes një ndarjeje me një strukturë poroze dhe shkëmbimi i nxehtësisë midis gazit dhe nxehtësisë përreth nuk vërehet. Kjo mund të vërehet në efektin Joule-Thomson që përdoret në procesin e marrjes së temperaturave ultra të ulëta. Proceset e isentalpisë janë të vlefshme sepse bëjnë të mundur uljen e temperaturës brenda mjedisit pa humbur energji.
Forma politropike
Një karakteristikë e një procesi politropik është aftësia e tij për të ndryshuar parametrat fizikë të sistemit, por për ta lënë konstant indeksin e kapacitetit të nxehtësisë (C). Diagramet që shfaqin proceset termodinamike në këtë formë quhen politropike. Një nga shembujt më të thjeshtë të kthyeshmërisë pasqyrohet në gazet ideale dhe përcaktohet duke përdorur ekuacionin: pV =konst. P - tregues presioni, V - vlera vëllimore e gazit.
Procesi i ziles
Sistemet dhe proceset termodinamike mund të formojnë cikle që kanë një formë rrethore. Ata kanë gjithmonë tregues identikë në parametrat fillestarë dhe përfundimtarë që vlerësojnë gjendjen e trupit. Karakteristikat e tilla cilësore përfshijnë monitorimin e presionit, entropisë, temperaturës dhe vëllimit.
Cikli termodinamik e gjen veten në shprehjen e një modeli të një procesi që ndodh në mekanizmat realë termikë që konvertojnë nxehtësinë në punë mekanike.
Trupi i punës është pjesë e përbërësve të çdo makinerie të tillë.
Një proces termodinamik i kthyeshëm paraqitet si një cikël, i cili ka shtigje si përpara ashtu edhe prapa. Pozicioni i tij qëndron në një sistem të mbyllur. Koeficienti total i entropisë së sistemit nuk ndryshon me përsëritjen e çdo cikli. Për një mekanizëm në të cilin transferimi i nxehtësisë ndodh vetëm midis një aparati ngrohjeje ose ftohjeje dhe një lëngu pune, kthyeshmëria është e mundur vetëm me ciklin Carnot.
Ka një sërë fenomenesh të tjera ciklike që mund të kthehen vetëm kur të arrihet futja e një rezervuari shtesë të nxehtësisë. Burime të tilla quhen rigjenerues.
Një analizë e proceseve termodinamike gjatë të cilave ndodh rigjenerimi na tregon se ato janë të gjitha të zakonshme në ciklin Reutlinger. Është vërtetuar nga një sërë llogaritjesh dhe eksperimentesh se cikli i kthyeshëm ka shkallën më të lartë të efikasitetit.
