Reja: Termodinamik jarayonlarning asosiy turlari
Mavzu: Qaytmas jarayonlar termodinamikasi
Reja:
Termodinamik jarayonlarning asosiy turlari
Termodinamikaning birinchi qonuni
Qaytmas jarayonlar
Termodinamik jarayonlarning bir necha o'ziga xos turlari mavjud bo'lib, ular tez-tez sodir bo'ladi (va amaliy vaziyatlarda), ular odatda termodinamikani o'rganishda davolanadilar. Ularning har biri o'ziga xos xususiyatga ega va bu jarayon bilan bog'liq energiya va ishdagi o'zgarishlarni tahlil qilishda foydali bo'ladi.
Adiabatik jarayon - tizimga issiqlik uzatmaydigan va tashqariga chiqmaydigan jarayon.
Isoxorik jarayon - bu hajm o'zgarmasdan, bu holda tizim ishlamaydi.
Izobarik jarayon - bu bosim o'zgarmas jarayon.
Izotermik jarayon - haroratning o'zgarishi bo'lmagan jarayon.
Bitta jarayon ichida bir nechta jarayonlarni amalga oshirish mumkin. Eng yaqqol misol, hajm va bosim o'zgarishi, harorat o'zgarishi yoki issiqlik uzatilishiga olib kelmaydigan holat bo'lishi mumkin - bunday jarayon ham adiabatik, ham izotermik bo'ladi.
TERMODINAMIKANING BIRINCHI QONUNI
Termodinamikaning birinchi qonunini matematik jihatdan quyidagicha yozish mumkin
delta U = Q - W yoki Q = delta- U + W qayerda
deltaU = tizimning ichki energiyadagi o'zgarishi
Q = tizimga kiradigan yoki undan chiqadigan issiqlik.
W = tizim tomonidan yoki ustida qilingan ish.
Yuqorida tavsiflangan maxsus termodinamik jarayonlarni tahlil qilganda, biz tez-tez (har doim ham emas) juda muvaffaqiyatli natijani topamiz - bu miqdorlardan biri nolga tushadi!
Masalan, adiabatik jarayonda issiqlik uzatilmaydi, shuning uchun Q = 0, natijada ichki energiya va ish o'rtasidagi to'g'ri munosabat yuzaga keladi: delta-Q = -W. Ularning noyob xususiyatlari haqida batafsilroq ma'lumot olish uchun ushbu jarayonlarning individual ta'riflarini ko'rib chiqing.
Issiqlik yanada issiqroq ob'ektdan sovuqroqqa o'tadi. Gazlar xonani to'ldirish uchun kengayadi, ammo kichikroq joyni to'ldirish uchun o'z-o'zidan tuzilmaydi. Mexanik energiya to'liq issiqlikka aylantirilishi mumkin, ammo issiqlikni to'liq mexanik energiyaga aylantirish deyarli mumkin emas.
Biroq, ba'zi tizimlar qayta tiklanadigan jarayonni boshdan kechiradilar. Odatda, bu tizim har doim ham tizimning ichida va har qanday atrofdagi narsalarda termal muvozanatga yaqin bo'lganda sodir bo'ladi. Bunday holda, tizim sharoitida cheksiz o'zgarishlar jarayoni boshqa yo'l bilan ketishiga olib kelishi mumkin. Shunday qilib, qayta tiklanadigan jarayon ham deb nomlanadi muvozanat jarayoni.
Albatta, aksariyat jarayonlar qaytarilmaydigan jarayonlar (yoki muvozanat jarayoni). Tormoz ishqalanishidan foydalanish, mashinangizda ishlash qaytarib bo'lmaydigan jarayon. Havoni balon bo'shatilishidan xonaga chiqarish qaytarib bo'lmaydigan jarayon. Issiq tsement plyonkasiga muz blokini qo'yish qaytarib bo'lmaydigan jarayon.
Umuman olganda, ushbu qaytarilmas jarayonlar ko'pincha tizimning entropiyasi yoki buzilishi nuqtai nazaridan aniqlanadigan termodinamikaning ikkinchi qonunining natijasidir.
Termodinamikaning ikkinchi qonunini ifodalashning bir qancha usullari mavjud, ammo asosan har qanday issiqlik uzatilishi qanchalik samarali bo'lishini cheklaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko'ra, jarayonda ba'zi issiqlik har doim yo'qoladi, shuning uchun haqiqiy dunyoda butunlay qaytariladigan jarayonga ega bo'lish mumkin emas.
Issiqlikni qisman ish yoki mexanik energiyaga aylantiradigan har qanday qurilmani deymiz a issiqlik dvigateli. Issiqlik dvigateli buni bir joydan ikkinchi joyga uzatish, yo'l davomida ba'zi ishlarni bajarish orqali amalga oshiradi.
Termodinamikadan foydalanib, tahlil qilish mumkin issiqlik samaradorligi bu issiqlik dvigatelining dvigatelidir va bu ko'plab kirish fizikasi kurslarida yoritilgan mavzu. Fizika kurslarida tez-tez tahlil qilinadigan ba'zi issiqlik dvigatellari:
Ichki kombinatsiyalangan dvigatel - Yoqilg'i bilan ishlaydigan dvigatel, masalan, avtoulovlarda. "Otto aylanishi" muntazam benzinli dvigatelning termodinamik jarayonini belgilaydi. "Dizel aylanishi" deganda dizel bilan ishlaydigan dvigatellar tushuniladi.
Muzlatgich - Issiqlik dvigatelini teskari holda, muzlatgich issiq joydan (muzlatgich ichidagi) issiqlikni oladi va uni issiq joyga (muzlatgich tashqarisida) uzatadi.
Issiqlik nasosi - Issiqlik pompasi tashqi havoni sovutish orqali binolarni isitish uchun ishlatiladigan muzlatgichga o'xshash issiqlik dvigatelining bir turi.
1924 yilda fransuz muhandisi Sadi Karnot ideal termotamikaning ikkinchi qonuniga mos keladigan, maksimal samaraga ega idealizatsiya qilingan gipotetik dvigatelni yaratdi. U o'zining samaradorligi uchun quyidagi tenglamaga keldi, eCarnot:
eCarnot = ( TH - TC) / TH
TH va TC issiq va sovuq rezervuarlarning harorati mos ravishda Juda katta harorat farqi bilan siz yuqori samaraga erishasiz. Agar harorat farqi past bo'lsa, past samaradorlik keladi. Siz faqat 1 (100% samaradorlik) ning samaradorligini olasiz TC = 0 (ya'ni mutlaq qiymat), bu mumkin emas.
U tuyulishi mumkin kabi ba'zi faol va termodinamik qaytar va qaytmas jarayonlar, harakatlar, barcha nuqtai mashhur Ideografik va nomogrammic ochko bilan solishtirganda qo'llaniladi.
Ularning barchasi samolyot umumiy nazariyasi tizimlash bo'lgan va ideography bilan hech qanday aloqasi yo'q bor. nuqtai Ideografik nuqta har qanday naqsh tashkil etish mumkin emas. Shunga ko'ra, tadrijiy harakatlar bunday xususiyat mavjud. Bu ma'lum bir yo'nalishga ega, bu harakat tekrarlanabilirlik faqat, ikki yoki undan ortiq birliklari bir xil holatda bo'ladi yoki shu darajada joylashgan ushlab ega emas.
Biroq, bu bir qismi keyingi uchun izchil harakat bo'lishi uchun formulani topish mumkin emas, degani emas. mashhur Formülasyon pastga yuzaga kelayotgan 1, 2, 4, 8, ..., 2n. Lekin, bu o'z-o'zidan bu haqiqat belgilangan joy va vaqt ichida takrorlab bo'lmaydi, va u boshqa vaqtda va qaytar va qaytmas jarayonlar bor boshqa joyda, bilan, nomographic nuqtai nazar bilan, yana bo'lmaydi, degani emas. yorqin misol - issiqlik jarayonida jismoniy harakatlar kabi entropiya.
To'lqinsimon (qaytar, va takrorlash mumkin) harakat - bu o'ziga xos yo'nalishi va har on, uni o'zgartirish vaqti Bu davrda o'zgarishlar harakatlari bor. qaytar bo'lsa, bu onda bo'lgan, bir davlat, va u oxir-oqibat yana asl holiga kelishi o'zgaruvchan, bir muncha vaqt o'tgach,. Misol uchun, harakat, bozor narxlarining ishsiz, kapital qiziqish, va boshqalar sonini o'zgartiradi. Albatta, hayot bu iqtisodiy elementlar turli yo'nalishlarda o'zgarishi mumkin. uzluksiz o'zgarish sifatida ma'lumotlarni hisobga olgan holda, ma'lumotlar harakati tebranishi yo'nalishini turli nuqtalarda har xil bo'ladi a o'rash liniyalari, bir tartibga solishga vakili mumkin. Ba'zi vaqt bir xil darajada bo'ladi nuqtasini, o'tib mumkin keyin, bu egri kuni osonlik, bir xil darajada baland nuqtadan chiqib, bu ko'rish mumkin. Biroq, u asl bilan bir xil balandlikda turgan, shu va boshqa nuqtasi bo'lmaydi. Bu, hech shubhasiz, hokazolar butunlay boshqa lahzani va talab, ta'minot, ishlab chiqarish, taqsimlash, umumiy iqtisodiy sharoitlar bir xil tuzilishga va uchrashadi. Ikkinchi nuqta birinchi ancha vaqtga to'g'ri keldi, deb uchun, iqtisodiy, barcha haqiqat harakatlar tebranishlari qaytar deb zarur, shuning uchun oldinga harakat qilish uchun hech qanday imkoniyat yo'q edi yoki orqaga ularga vaqt amaldagi Turkum emas edi. Albatta, iqtisodiy, bunday mukammal reversibilite bor bo'lish, hech shubhasiz, faqat bitta ma'lum o'zgarmas harakat bor.
Barcha harakatlar bog'langan bo'ladi, shuning uchun har bir kurs, bu har bir zumda bo'lib, qaytmas, jumladan, boshqalar bilan muloqot qilish uchun olinishi kerak yoki bu borada, shubhasiz, sharoitlar, yangi bir qator bo'ladi. Bu qat'iy iqtisodiy mavjudligi barcha harakatlar, deb qabul qilish kerak. Bu holda, u harakat qat'iy va barcha tabiiy tebranishlari ekanligini tan ham zarur edi. Shuning uchun, yuqorida Izohlar AQSh mutlaq teklemekte fikrni rad etish uchun imkon beradi. bu bir xil mezonlar bo'yicha qaytar va qaytmas kimyoviy jarayonlari, shuningdek, fizika sodir harakatlar asoslangan.
Siz aslida, o'sha va boshqa harakatlar mustaqil va alohida-alohida bo'lib o'tadi, deb da'vo qila olmaydi. Siz tamoyillariga ko'ra ular orasidagi yagona farq tan mumkin va ilmiy tadqiqotlar qurilishida farq ta'kidlashni. Bu nuqtaga diqqat qilish, bu emas, albatta gapirish o'rinli bo'ladi, lekin iqtisodiy borligiga nisbatan qaytar. Bu nisbiy ma'noda, biz iqtisodiy hayot komponentlarini qaytar o'zgarishlar haqida o'ylashimiz deb xulosa qilish mumkin.
qaytar va qaytmas harakatlar Fikrlar, shuningdek statik va dinamikasi fikrlar, so'zning tor ma'noda tabiiy fan tegishli. Bu fan, juda turli misollar bo'lgan Fizika ikki tomonlama va qaytmas jarayonlar, muhim ahamiyatga ega. Shu kimyo uchun amal qiladi.
Qaytmas jarayonlar uchun termodinamikaning 2- qonuni
Qaytar jarayonlar uchun entropiyaning issiqlikka bog‘liqligini ko‘rib chiqamiz. Termodinamikaning 1-qonunidan Qqaytar=dU+ Wqaytar
Agar faqat tashqi bosimga qarshi mexanik ish bajarilsa
Wqaytar= pdV
1 mol ideal gaz uchun tenglamadan dU=nCVdT bo‘lgani uchun tenglama quyidagi ko‘rinishga keladi: δQqaytar=CVdT+pdV
bu yerda Q-to‘liq differensial emas. Ideal gaz uchun CV hajmdan bog‘liq bo‘lmagani uchun ; ideal gaz holat tenglamasi pV=RT dan p=RT/V va . Bu ifoda ham nolga teng bo‘lganda to‘liq differensiallik sharti bajarilar edi.
Demak
Shuning uchun Q qaytar to‘liq differensial emas. Ideal gaz misolida tenglamaning ikki tarafini T ga bo‘lsak, u holda Qqaytar/T to‘liq differensial xossasiga ega bo‘lib qolishini isbotlaymiz.
Ideal gaz uchun pV=nRT dan .
U holda tenglama 1 mol ideal gaz uchun
ko‘rinishga keladi. (I. 149)tenglamaning ikkala tarafini T ga bo‘lsak (I. 150)
kelib chiqadi, bu yerda Q qaytar/T – keltirilgan issiqlik. tenglamadan ekanligi ko‘rinib turibdi.
Shunday qilib, keltirilgan issiqlik Q qaytar/T ideal gaz uchun holat funksiyasi, ya’ni entropiyaning to‘liq differensialidir
Agar matematik nuqtai nazardan termodinamikaning birinchi qonuni ichki energiya holat funksiyasi ekanligi haqidagi hulosaga olib kelsa, termodinamikaning ikkinchi qonuni entropiyanining holat funksiyasi ekanligini ko‘rsatadi. Shuni ta’kidlash lozimki, termodinamika birinchi qonunining matematik ifodasi qaytar va qaytmas jarayonlar uchun birdek adolatli bo‘lsa, tenglama faqat qaytar jarayonlar uchun adolatlidir. Bu hulosa qaytar siklik jarayonda bajarilgan ish maksimal ekanligidan kelib chiqadi. tenglama “absolyut temperatura” tushunchasining ham aniq mazmunini ko‘rsatish imkoniyatini beradi. Q kattalik to‘liq differensial emas, dS esa, termodinamikaning ikkinchi qonuniga binoan, sistemaning bir qiymatli holat funksiyasining to‘liq differensialidir. Shu munosabat bilan 1/T kattalik integrallovchi ko‘paytiruvchi bo‘lib, temperaturalarning termodinamik shkalasini aniqlab beradi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni temperaturaning eng quyi chegarasi T=0 va bu temperaturada foydali ish koeffitsienti .
Entropiya ekstensiv kattaliq bo‘lib, sistemadagi moddaning miqdoriga bog‘liq. Agar tenglamani Qqaytar=TdS ko‘rinishida yozsak, entropiyaning ekstensivlik xossasi yanada yaqqolroq bo‘ladi. Q qaytar energiya o‘lchoviga ega bo‘lganligi sababli, TdS ham energiya o‘lchoviga ega bo‘ladi. Ammo har qanday energiya intensivlik va ekstensivlik faktorlarining ko‘paytmasiga teng bo‘ladi. Bu yerda T- intensivlik faktori bo‘lsa, dS-ekstensivlik faktori bo‘ladi. Tenglama faqat ideal gazlar uchun emas, balki barcha moddalarga tegishlidir. Shuning uchun ushbu tenglama har qanday sistemalarga taalluqli bo‘lib, qaytar jarayonlar uchun termodinamika 2-qonunining matematik ifodasidir. Qaytar jarayonlar uchun Qqaytar=0, shuning uchun
dS=0 va S=0
Bu esa muvozanat holatda entropiya maksimal ekanligini bildiradi (faqat qaytar jarayonlar borishi mumkin bo‘lganda).
Aylanma jarayonlarda, har qanday holat funksiyasi kabi, entropiyaning o‘zgarishi ham nolga teng.
Qaytar jarayonlar uchun termodinamikaning 2-qonunini entropiyaning mavjudligi va saqlanib qolishi haqidagi qonun deyish mumkin. Qaytar jarayonlarda izolyatsiyalangan sistemalarda (I. 150)tenglamaga binoan entropiya doimiy bo‘lib qoladi. Agar qaytar jarayon izolyatsiyalanmagan sistemada borsa, sistemaning entropiyasi o‘zgarishi mumkin, u holda atrof muxitning entropiyasi ham o‘zgaradi, bunda qaytar jarayonda qatnashayotgan barcha jismlarning summar entropiyasi o‘zgarmaydi.
Entropiyani tartibsizlik o‘lchovi ham deyishadi: modda qanchalik tartibsiz bo‘lsa, uning entropiyasi shunchalik katta bo‘ladi. Masalan, 1 mol suvning standart sharoitdagi (298 K va 0,1013 MPa) entropiyasi turli agregat holatlar uchun quyidagicha (J/(mol·K)): N2O(kr.)=39,3; N2O(s)=70,0; N2O(g)=188,7.
Ma’lum miqdordagi moddaning entropiyasi molekulaning murakkablashishi bilan ortadi. Masalan, 298 K va 0,1013MPa da 1 mol SO (g) ning entropiyasi 197,4 ga SO2 (g) niki esa, 213 J/(mol·K) ga teng. Sistemaning entropiyasi temperatura ortishi bilan ham ortadi.
Qaytmas jarayonlar uchun termodinamika ikkinchi qonunining matematik ifodasini chiqaramiz. 1-holatdan 2-ga sistema qaytmas (a) va qaytar (b) jarayonlar orqali o‘tsin. Termodinamikaning 1-qonuniga asosan qaytmas va qaytr jarayonlar uchun
Ko‘rinishdagi tenglamalarni yozsak va aylanma jarayon uchun danni ayirsak:
ifodani olamiz ushbu ifoda 0 ga teng, katta yoki kichik bo‘lishi mumkin. Agar ikkala jarayon (to‘g‘ri va teskari) qaytar bo‘lsa, tenglama nolga teng bo‘ladi, chunki qaytar jarayonni to‘g‘ri va teskari yo‘nalishlarda o‘tkazilganda sistemaning o‘zida ham, atrof muxitda ham hech qanday o‘zgarishlar bo‘lmaydi.
Agar tenglamaning ikkala tarafi noldan katta bo‘lsa, aylanma jarayonning birdan-bir natijasi atrof muxitdan issiqlikning yutilishi va sistema tomonidan ekvivalent miqdorda ish bajarilishi bo‘ladi, ya’ni issiqlikning ishga to‘liq o‘tishi kuzatiladi, bu esa termodinamikaning 2-qonuniga ziddir (Tomson). Agartenglamada ikkala tomon noldan kichik bo‘lsa, bu hol termodinamikaning 2-qonuniga zid bo‘lmaydi, chunki birdan-bir natija ishning issiqlikka to‘liq o‘tishi bo‘ladi. Shunday qilib, 2-qonunning bevosita natijasi va jarayonlarning qaytmasligini belgilovchi 2 ta tengsizlik quyidagilardir: dan har qanday qaytmas jarayonlarning ishi doimo qaytar jarayonning ishidan kichikdir (sistemaning bir hil boshlang‘ich va oxirgi holatlari uchun). Shuning uchun qaytar jarayonlardagi ishni maksimal deyiladi.
Bajarilgan ish maksimumdan qanchalik kichik bo‘lsa, jarayon shunchalik qaytmas bo‘ladi. Ish bajarilmasdan sodir bo‘ladigan jarayonlar to‘liq qaytmas deb ataladi.
Qaytmas jarayonda uzatilayotgan issiqlik bilan entropiyaning o‘zgarishi orasidagi munosabatni topamiz. Qaytmas jarayondagi issiqlik qaytar jarayondagidan kichikdir.
Qaytmas o‘z-o‘zidan boruvchi jarayonlar uchun izolyatsiyalangan sistemada Qqaytmas=0 va (I. 164) va (I. 163)tengsizliklardan dS>0 va S>0
Bu tengsizliklarning ma’nosi shundan iboratki, nomuvozanat holatdagi izolyatsiyalangan sistemalarda barcha qaytmas jarayonlar entropiyaning ortishi bilan boradi. Izolyatsiyalangan sistemalarda S<0 bo‘lgan jarayonlarning borishi mumkin emas. Bunday ta’kidlash faqat izolyatsiyalangan sistemalarga tegishlidir. Izolyatsiyalanmagan sistemalarda atrof muxit entropiyasining ortishi xisobiga S<0 bo‘lgan jarayonlar ham borishi mumkin.
Izotermik qaytmas jarayonlarda (T=const da T ni -integral ostidan chiqarish mumkin)
Qaytmas jarayonlarni tutuvchi aylanma jarayonlar uchun tensizliklar qaytmas jarayonlar uchun termodinamika ikkinchi qonunining ifodasidir. Qaytmas jarayonlar uchun termodinamikaning ikkinchi qonuni entropiyaning mavjudligi va ortib borishi qonunidir.
Qaytar va qaytmas jarayonlar uchun dS≥TdS≥ Q (I. 169)
deb umumlashtirishimiz mumkin.
Izolyatsiyalangan sistemalar uchun Q=0 bo‘lgani uchun dan ifodaga Q ning qiymatini qo‘ysak, termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlarining umumlashgan ifodasini olamiz.
TdS dU+ W
Sistemada qaytmas (cheksiz kichik) jarayon borsa, uning entropiyasi dS, birinchidan atrof muxitdan issiqlik bilan ma’lum miqdordagi entropiya uzatilishi (dSe) xisobiga, ikkinchidan qaytmas jarayonda sistema ichida ma’lum miqdorda entropiya dSisodir bo‘lishi xisobiga o‘zgaradi. Paydo bo‘lgan entropiya miqdori jarayonning qaytmasligining o‘lchovidir:
dS=- dSe+dSi
Qaytar jarayonda dSi=0 bo‘ladi.
Entropiya jarayonlarning borish-bormasligi va yo‘nalishining hamda izolyatsiyalangan yoki adiabatik-izolyatsiyalangan sistemalarda termodinamik muvozanat holatining o‘lchovidir. Agar izolyatsiyalangan sistemada o‘z-o‘zidan boruvchi qaytmas jarayon o‘tayotgan bo‘lsa, dS>0 va S>0 tengsizliklardan entropiyaning ortishi kelib chiqadi. Ushbu shartlar izolyatsiyalangan sistemada jarayonning amalga oshirilishining shartidir. Entropiya kamayadigan dS<0 jarayonlarni izolyatsiyalangan sistemalarda amalga oshirib bo‘lmaydi. Izolyatsiyalangan sistemalardagi jarayonlarda entropiya ortib borishi bilan bir vaqtning o‘zida sistema muvozanat holatiga yaqinlashadi. Sistema muvozanatga erishganda barcha jarayonlar to‘xtaydi va entropiya maksimal bo‘ladi. Shunday qilib, izolyatsiyalangan sistemaning muvozanat holati maksimal entropiya holatidir. “Izolyatsiyalangan sistema” tushunchasining ta’rifidan Q=0 va W=0 ekanligi va Q=dU+ W; W=pdV ifodalardan ikkita tenglama kelib chiqadi:
dU=0 va dV=0
Demak, izolyatsiyalangan sistemada jarayonlar U=const da boradi. Izolyatsiyalangan sistemadagi muvozanat ifodalarga binoan, matematik nuqtai-nazardan, o‘zgarmas energiya va hajmdagi entropiya-
(dS)U,V=0; (d2S)U,V<0.
ning maksimumi sharti ko‘rinishida yozish mumkin.
Foydalanilgan adabiyotlar va saytlar:
https://uz.socmedarch.org/thermodynamic-process-2699424-14515
https://uzsmart.uz/library/pdf.php?id=117223
https://uz.warbletoncouncil.org/procesos-termodinamicos-8021
http://fayllar.org
|
