In questo articolo considereremo i processi termodinamici. Conosciamo le loro varietà e caratteristiche qualitative, e studiamo anche il fenomeno dei processi circolari che hanno gli stessi parametri nel punto iniziale e finale.
Introduzione
I processi termodinamici sono fenomeni in cui si verifica un cambiamento macroscopico nella termodinamica dell'intero sistema. La presenza di una differenza tra lo stato iniziale e quello finale è chiamata processo elementare, ma è necessario che questa differenza sia infinitamente piccola. L'area dello spazio all'interno della quale si verifica questo fenomeno è chiamata corpo di lavoro.
In base al tipo di stabilità, si può distinguere tra equilibrio e non equilibrio. Il meccanismo di equilibrio è un processo in cui tutti i tipi di stati attraverso i quali scorre il sistema sono correlati allo stato di equilibrio. L'attuazione di tali processi avviene quando il cambiamento procede piuttosto lentamente, o, in altre parole, il fenomeno è di natura quasi statica.
Fenomeniil tipo termico può essere suddiviso in processi termodinamici reversibili e irreversibili. I meccanismi reversibili sono quelli in cui si realizza la possibilità di svolgere il processo nella direzione opposta, utilizzando gli stessi stati intermedi.
Trasferimento di calore adiabatico
La via adiabatica del trasferimento di calore è un processo termodinamico che si verifica sulla scala del macrocosmo. Un' altra caratteristica è la mancanza di scambio termico con lo spazio circostante.
La ricerca su larga scala su questo processo risale all'inizio del diciottesimo secolo.
I tipi di processi adiabatici sono un caso speciale della forma politropica. Ciò è dovuto al fatto che in questa forma la capacità termica del gas è zero, il che significa che è un valore costante. È possibile invertire un tale processo solo se esiste un punto di equilibrio di tutti i momenti nel tempo. In questo caso non si osservano variazioni dell'indice di entropia o procedono troppo lentamente. Ci sono un certo numero di autori che riconoscono i processi adiabatici solo in quelli reversibili.
Il processo termodinamico di un gas di tipo ideale sotto forma di fenomeno adiabatico descrive l'equazione di Poisson.
Sistema isocoro
Il meccanismo isocoro è un processo termodinamico basato su un volume costante. Può essere osservato in gas o liquidi che sono stati sufficientemente riscaldati in un recipiente con un volume costante.
Il processo termodinamico di un gas ideale in forma isocora, permette molecolemantenere le proporzioni in relazione alla temperatura. Ciò è dovuto alla legge di Carlo. Per i gas veri, questo dogma della scienza non si applica.
Sistema Isobar
Il sistema isobarico si presenta come un processo termodinamico che avviene in presenza di una pressione costante all'esterno. Flusso IP ad un ritmo sufficientemente lento, che consenta di considerare costante la pressione all'interno dell'impianto e corrispondente alla pressione esterna, può essere considerata reversibile. Inoltre, tali fenomeni includono il caso in cui la variazione del suddetto processo proceda a bassa velocità, il che consente di considerare costante la pressione.
Esegui I.p. possibile in un impianto alimentato (o rimosso) al calore dQ. Per fare ciò è necessario ampliare l'opera Pdv e modificare il tipo interno di energia dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Cambiamenti nel livello di entropia – dS, T – valore assoluto della temperatura.
I processi termodinamici dei gas ideali nel sistema isobarico determinano la proporzionalità del volume con la temperatura. I gas reali consumeranno una certa quantità di calore per apportare modifiche al tipo medio di energia. Il lavoro di un tale fenomeno è uguale al prodotto della pressione esterna e delle variazioni di volume.
Fenomeno isotermico
Uno dei principali processi termodinamici è la sua forma isotermica. Si verifica nei sistemi fisici, con una temperatura costante.
Per realizzare questo fenomenoil sistema, di regola, viene trasferito a un termostato, con un'enorme conduttività termica. Lo scambio reciproco di calore procede ad una velocità sufficiente a superare la velocità del processo stesso. Il livello di temperatura del sistema è quasi indistinguibile dalle letture del termostato.
E' inoltre possibile effettuare il processo di natura isotermica mediante dissipatori e (o) sorgenti, controllando la costanza della temperatura mediante termometri. Uno degli esempi più comuni di questo fenomeno è l'ebollizione di liquidi a pressione costante.
Fenomeno isoentropico
La forma isoentropica dei processi termici procede in condizioni di entropia costante. Meccanismi di natura termica possono essere ottenuti utilizzando l'equazione di Clausius per i processi reversibili.
Solo i processi adiabatici reversibili possono essere chiamati isoentropici. La disuguaglianza di Clausius afferma che non possono essere qui inclusi tipi irreversibili di fenomeni termici. Tuttavia, la costanza dell'entropia può essere osservata anche in un fenomeno termico irreversibile, se il lavoro nel processo termodinamico sull'entropia è svolto in modo tale da essere immediatamente rimosso. Osservando i diagrammi termodinamici, le linee che rappresentano i processi isoentropici possono essere chiamate adiabat o isentropi. Più spesso ricorrono al nome, che è causato dall'incapacità di rappresentare correttamente le linee sul diagramma che caratterizzano il processo di natura irreversibile. La spiegazione e l'ulteriore sfruttamento dei processi isoentropici sono di grande importanza.valore, poiché viene spesso utilizzato per raggiungere obiettivi, conoscenze pratiche e teoriche.
Tipo di processo isentalpico
Il processo isentalpico è un fenomeno termico osservato in presenza di entalpia costante. I calcoli del suo indicatore vengono effettuati grazie alla formula: dH=dU + d(pV).
L'entalpia è un parametro che può essere utilizzato per caratterizzare un sistema in cui i cambiamenti non si osservano al ritorno allo stato inverso del sistema stesso e, di conseguenza, sono pari a zero.
Il fenomeno isentalpico del trasferimento di calore può, ad esempio, manifestarsi nel processo termodinamico dei gas. Quando le molecole, ad esempio etano o butano, "spremere" attraverso una partizione con una struttura porosa e non si osserva lo scambio di calore tra il gas e il calore circostante. Questo può essere osservato nell'effetto Joule-Thomson utilizzato nel processo di ottenimento di temperature ultra-basse. I processi di isentalpia sono preziosi perché consentono di abbassare la temperatura all'interno dell'ambiente senza sprecare energia.
Forma politropica
Una caratteristica di un processo politropico è la sua capacità di modificare i parametri fisici del sistema, ma di lasciare costante l'indice di capacità termica (C). I diagrammi che mostrano i processi termodinamici in questa forma sono chiamati politropici. Uno degli esempi più semplici di reversibilità si riflette nei gas ideali ed è determinato usando l'equazione: pV =const. P - indicatori di pressione, V - valore volumetrico del gas.
Anello di processo
Sistemi e processi termodinamici possono formare cicli che hanno una forma circolare. Hanno sempre indicatori identici nei parametri iniziali e finali che valutano lo stato del corpo. Tali caratteristiche qualitative includono il monitoraggio di pressione, entropia, temperatura e volume.
Il ciclo termodinamico si trova nell'espressione di un modello di un processo che avviene in meccanismi termici reali che convertono il calore in lavoro meccanico.
Il corpo di lavoro fa parte dei componenti di ciascuna di queste macchine.
Un processo termodinamico reversibile è presentato come un ciclo, che ha percorsi sia avanti che indietro. La sua posizione risiede in un sistema chiuso. Il coefficiente totale di entropia del sistema non cambia con la ripetizione di ogni ciclo. Per un meccanismo in cui il trasferimento di calore avviene solo tra un apparato di riscaldamento o refrigerazione e un fluido di lavoro, la reversibilità è possibile solo con il ciclo di Carnot.
Ci sono una serie di altri fenomeni ciclici che possono essere invertiti solo quando viene raggiunta l'introduzione di un ulteriore serbatoio di calore. Tali sorgenti sono chiamate rigeneratori.
Un'analisi dei processi termodinamici durante i quali avviene la rigenerazione ci mostra che sono tutti comuni nel ciclo di Reutlinger. È stato dimostrato da numerosi calcoli ed esperimenti che il ciclo reversibile ha il più alto grado di efficienza.
