ამ სტატიაში განვიხილავთ თერმოდინამიკურ პროცესებს. გავეცნოთ მათ სახეობებს და თვისობრივ მახასიათებლებს და ასევე შევისწავლოთ წრიული პროცესების ფენომენი, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე პარამეტრები საწყის და ბოლო წერტილებში.
შესავალი
თერმოდინამიკური პროცესები არის ფენომენი, რომელშიც ხდება მთელი სისტემის თერმოდინამიკის მაკროსკოპული ცვლილება. საწყის და საბოლოო მდგომარეობას შორის სხვაობის არსებობას ელემენტარული პროცესი ეწოდება, მაგრამ აუცილებელია, რომ ეს განსხვავება იყოს უსასრულოდ მცირე. სივრცის ფართობს, რომელშიც ეს ფენომენი ხდება, ეწოდება სამუშაო სხეული.
მდგრადობის ტიპის მიხედვით, შეიძლება განასხვავოთ წონასწორული და არაწონასწორობა. წონასწორობის მექანიზმი არის პროცესი, რომელშიც ყველა ტიპის მდგომარეობა, რომლითაც სისტემა მიედინება, დაკავშირებულია წონასწორობის მდგომარეობასთან. ასეთი პროცესების განხორციელება ხდება მაშინ, როდესაც ცვლილება მიმდინარეობს საკმაოდ ნელა, ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ფენომენი კვაზი-სტატიკური ხასიათისაა.
ფენომენებითერმული ტიპი შეიძლება დაიყოს შექცევად და შეუქცევად თერმოდინამიკურ პროცესებად. შექცევადი მექანიზმები არის ის მექანიზმები, რომლებშიც რეალიზებულია პროცესის საპირისპირო მიმართულებით განხორციელების შესაძლებლობა, იგივე შუალედური მდგომარეობის გამოყენებით.
ადიაბატური სითბოს გადაცემა
თბოგადაცემის ადიაბატური გზა არის თერმოდინამიკური პროცესი, რომელიც ხდება მაკროკოსმოსის მასშტაბებზე. კიდევ ერთი მახასიათებელია სითბოს გაცვლის ნაკლებობა გარშემო სივრცეში.
ამ პროცესის ფართომასშტაბიანი კვლევა თარიღდება მეთვრამეტე საუკუნის დასაწყისით.
ადიაბატური ტიპის პროცესები პოლიტროპული ფორმის განსაკუთრებული შემთხვევაა. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ამ ფორმით გაზის სითბოს სიმძლავრე ნულის ტოლია, რაც იმას ნიშნავს, რომ ეს არის მუდმივი მნიშვნელობა. ასეთი პროცესის შებრუნება შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ არსებობს დროის ყველა მომენტის წონასწორობის წერტილი. ენტროპიის ინდექსის ცვლილებები ამ შემთხვევაში არ შეინიშნება ან ძალიან ნელა მიმდინარეობს. არსებობს რამდენიმე ავტორი, რომლებიც აღიარებენ ადიაბატურ პროცესებს მხოლოდ შექცევად პროცესებში.
იდეალური ტიპის აირის თერმოდინამიკური პროცესი ადიაბატური ფენომენის სახით აღწერს პუასონის განტოლებას.
იზოქორული სისტემა
იზოქორული მექანიზმი არის თერმოდინამიკური პროცესი, რომელიც დაფუძნებულია მუდმივ მოცულობაზე. ის შეიძლება შეინიშნოს გაზებში ან სითხეებში, რომლებიც საკმარისად გაცხელებულია მუდმივი მოცულობის ჭურჭელში.
იდეალური აირის თერმოდინამიკური პროცესი იზოქორული ფორმით, საშუალებას აძლევს მოლეკულებსშეინარჩუნეთ პროპორციები ტემპერატურასთან მიმართებაში. ეს განპირობებულია ჩარლზის კანონით. რეალურ გაზებზე მეცნიერების ეს დოგმა არ ვრცელდება.
Isobar სისტემა
იზობარიული სისტემა წარმოდგენილია როგორც თერმოდინამიკური პროცესი, რომელიც ხდება გარეთ მუდმივი წნევის არსებობისას. I.p. ნაკადი საკმარისად ნელი ტემპით, რაც საშუალებას იძლევა სისტემაში წნევა ჩაითვალოს მუდმივი და შეესაბამება გარე წნევას, შეიძლება ჩაითვალოს შექცევადად. ასევე, ასეთ ფენომენებს მიეკუთვნება შემთხვევა, როდესაც ზემოაღნიშნული პროცესის ცვლილება მიმდინარეობს დაბალი სიჩქარით, რაც შესაძლებელს ხდის წნევის მუდმივ განხილვას.
შეასრულეთ I.p. შესაძლებელია dQ სითბოს მიწოდებულ (ან ამოღებულ) სისტემაში. ამისათვის საჭიროა Pdv სამუშაოს გაფართოება და ენერგიის შიდა ტიპის შეცვლა dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
ენტროპიის დონის ცვლილებები – dS, T – ტემპერატურის აბსოლუტური მნიშვნელობა.
იდეალური აირების თერმოდინამიკური პროცესები იზობარულ სისტემაში განსაზღვრავს მოცულობის პროპორციულობას ტემპერატურასთან. რეალური აირები გამოიყენებენ სითბოს გარკვეულ რაოდენობას ენერგიის საშუალო ტიპში ცვლილებების შესატანად. ასეთი ფენომენის მოქმედება უდრის გარე წნევისა და მოცულობის ცვლილებების ნამრავლს.
იზოთერმული ფენომენი
ერთ-ერთი მთავარი თერმოდინამიკური პროცესი მისი იზოთერმული ფორმაა. ის გვხვდება ფიზიკურ სისტემებში, მუდმივი ტემპერატურით.
ამ ფენომენის გასაცნობადსისტემა, როგორც წესი, გადადის თერმოსტატზე, უზარმაზარი თბოგამტარობით. სითბოს ურთიერთგაცვლა ხდება საკმარისი სიჩქარით, რათა გადალახოს თავად პროცესის სიჩქარე. სისტემის ტემპერატურის დონე თითქმის არ განსხვავდება თერმოსტატის ჩვენებიდან.
ასევე შესაძლებელია იზოთერმული ბუნების პროცესის განხორციელება გამათბობლების და (ან) წყაროების გამოყენებით, ტემპერატურის მუდმივობის კონტროლი თერმომეტრების გამოყენებით. ამ ფენომენის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული მაგალითია სითხეების დუღილი მუდმივი წნევის ქვეშ.
ისენტროპული ფენომენი
თერმული პროცესების იზენტროპული ფორმა მიმდინარეობს მუდმივი ენტროპიის პირობებში. თერმული ხასიათის მექანიზმების მიღება შესაძლებელია კლაუსიუსის განტოლების გამოყენებით შექცევადი პროცესებისთვის.
მხოლოდ შექცევად ადიაბატურ პროცესებს შეიძლება ეწოდოს იზენტროპული. კლაუზიუსის უთანასწორობა ამბობს, რომ თერმული ფენომენების შეუქცევადი ტიპები აქ არ შეიძლება იყოს ჩართული. თუმცა, ენტროპიის მუდმივობა შეიძლება შეინიშნოს შეუქცევად თერმულ ფენომენშიც, თუ ენტროპიაზე თერმოდინამიკური პროცესის მუშაობა შესრულებულია ისე, რომ იგი დაუყოვნებლივ მოიხსნას. თერმოდინამიკური დიაგრამების დათვალიერებისას, ხაზები, რომლებიც წარმოადგენენ იზენტროპიულ პროცესებს, შეიძლება ეწოდოს როგორც ადიაბატები ან იზენტროპები. უფრო ხშირად ისინი მიმართავენ პირველ სახელს, რაც გამოწვეულია შეუქცევადი ხასიათის პროცესის დამახასიათებელი დიაგრამაზე ხაზების სწორად გამოსახვის შეუძლებლობით. დიდი მნიშვნელობა აქვს იზენტროპული პროცესების ახსნას და შემდგომ გამოყენებას.ღირებულება, რადგან ის ხშირად გამოიყენება მიზნების, პრაქტიკული და თეორიული ცოდნის მისაღწევად.
პროცესის ისენტალპიის ტიპი
იზენტალპიის პროცესი არის თერმული ფენომენი, რომელიც შეინიშნება მუდმივი ენთალპიის თანდასწრებით. მისი ინდიკატორის გამოთვლები ხდება ფორმულის წყალობით: dH=dU + d(pV).
ენთალპია არის პარამეტრი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სისტემის დასახასიათებლად, რომელშიც ცვლილებები არ შეინიშნება თავად სისტემის საპირისპირო მდგომარეობაში დაბრუნებისას და, შესაბამისად, ნულის ტოლია.
თბოგადაცემის ისენთალპიის ფენომენი შეიძლება, მაგალითად, გამოვლინდეს გაზების თერმოდინამიკურ პროცესში. როდესაც მოლეკულები, მაგალითად, ეთანი ან ბუტანი, "იჭიმება" ფოროვანი სტრუქტურის მქონე დანაყოფში და სითბოს გაცვლა გაზსა და ირგვლივ სითბოს შორის არ შეინიშნება. ეს შეიძლება შეინიშნოს ჯოულ-ტომსონის ეფექტში, რომელიც გამოიყენება ულტრა დაბალი ტემპერატურის მიღების პროცესში. იზენტალპიის პროცესები ღირებულია, რადგან ისინი შესაძლებელს ხდიან ტემპერატურის დაწევას გარემოში ენერგიის დახარჯვის გარეშე.
პოლიტროპული ფორმა
პოლიტროპული პროცესის მახასიათებელია მისი უნარი შეცვალოს სისტემის ფიზიკური პარამეტრები, მაგრამ დატოვოს სითბოს სიმძლავრის ინდექსი (C) მუდმივი. დიაგრამებს, რომლებიც ასახავს თერმოდინამიკურ პროცესებს ამ ფორმით, ეწოდება პოლიტროპული. შექცევადობის ერთ-ერთი უმარტივესი მაგალითი აისახება იდეალურ გაზებში და განისაზღვრება განტოლების გამოყენებით: pV =კონსტ. P - წნევის მაჩვენებლები, V - გაზის მოცულობითი მნიშვნელობა.
დამუშავების ზარი
თერმოდინამიკურ სისტემებსა და პროცესებს შეუძლიათ შექმნან ციკლები, რომლებსაც აქვთ წრიული ფორმა. მათ ყოველთვის აქვთ იდენტური მაჩვენებლები საწყის და საბოლოო პარამეტრებში, რომლებიც აფასებენ სხეულის მდგომარეობას. ასეთი ხარისხობრივი მახასიათებლები მოიცავს წნევის, ენტროპიის, ტემპერატურისა და მოცულობის მონიტორინგი.
თერმოდინამიკური ციკლი აღმოჩნდება პროცესის მოდელის გამოხატულებაში, რომელიც ხდება რეალურ თერმულ მექანიზმებში, რომლებიც სითბოს გარდაქმნის მექანიკურ სამუშაოდ.
სამუშაო კორპუსი თითოეული ასეთი მანქანის შემადგენელი ნაწილია.
შექცევადი თერმოდინამიკური პროცესი წარმოდგენილია როგორც ციკლი, რომელსაც აქვს ბილიკები როგორც წინ, ასევე უკან. მისი პოზიცია დახურულ სისტემაშია. სისტემის ენტროპიის ჯამური კოეფიციენტი არ იცვლება ყოველი ციკლის განმეორებით. მექანიზმისთვის, რომელშიც სითბოს გადაცემა ხდება მხოლოდ გათბობის ან სამაცივრო მოწყობილობასა და სამუშაო სითხეს შორის, შექცევადობა შესაძლებელია მხოლოდ კარნოს ციკლით.
არის რიგი სხვა ციკლური ფენომენები, რომლებიც შეიძლება შეიცვალოს მხოლოდ მაშინ, როდესაც მიიღწევა სითბოს დამატებითი რეზერვუარის შემოღება. ასეთ წყაროებს რეგენერატორებს უწოდებენ.
თერმოდინამიკური პროცესების ანალიზი, რომლის დროსაც ხდება რეგენერაცია, გვაჩვენებს, რომ ისინი ყველა საერთოა როიტლინგერის ციკლში. მთელი რიგი გამოთვლებითა და ექსპერიმენტებით დადასტურდა, რომ შექცევად ციკლს აქვს ეფექტურობის უმაღლესი ხარისხი.
