У цій статті ми розглянемо термодинамічні процеси. Ознайомимося з їх різновидами і якісними характеристиками, а також вивчимо явище кругових процесів, що володіють у початковій та кінцевій точках однаковими параметрами.

Введення

Термодинамічними процесами називають явища, при яких відбувається макроскопічне зміна термодинаміки всій системі. Наявність різниці між вихідним і кінцевим станом носить назву елементарного процесу, але при цьому необхідно, щоб це розходження було нескінченно малим. Область простору, у межах якого протікає це явище, називається робочим тілом.


За типом стійкість можна розрізняти рівноважну і неравновесную. Рівноважний механізм являє собою процес, у ході якого всі типи стани, через які протікає система, належать до рівноважного стану. Реалізація таких процесів відбувається у разі, коли зміна протікає досить повільно, або, іншими словами, явище носить квазистатический характер. Явище теплового типу можна розділити на оборотний і необоротний термодинамічний процеси. До оборотним зараховують механізми, при яких реалізується можливість проводити процес у протилежний напрямок, за допомогою одних і тих же проміжних станів.

Адіабатична теплопередача

Адіабатичним шляхом теплообміну, є термодинамічний процес, що відбувається в масштабах макросвіту. Ще однією характеристикою є відсутність обміну теплом з простором навколо. Широкомасштабні дослідження в області даного процесу йдуть стартом розвитку в початок вісімнадцятого століття. Адіабатичні типи процесів уявляю собою приватний випадок политропной форми. Це обумовлено тим, що в такому вигляді газова теплоємність дорівнює нулю, а отже, постійна величина. Звернути подібний процес можна лише при наявності точки рівноваги всіх моментів часу. Зміни в показнику ентропії не спостерігаються в такому разі або протікають надто повільно. Існує ряд авторів, які визнають адіабатичні процеси тільки в оборотних.


Термодинамічний процес газу ідеального типу у формі адіабатичного явища описує рівняння Пуассона.

Ізохорна система

Механізм изохорического типу – це термодинамічний процес, заснований на постійній величині обсягу. Його можна спостерігати в газах або рідинах, які досить нагрівали в посудині, з незмінним об'ємом. Термодинамічний процес ідеального газу в изохорической формі, дозволяє молекулам зберігати відповідність пропорцій по відношенню до температурі. Це обумовлюється законом Шарля. Для реальних газів ця догма науки не застосовна.

Ізобарна система

Ізобарна система представлена у вигляді термодинамічного процесу, який відбувається при наявності постійного тиску зовні. Перебіг І. п. в достатньо повільному темпі, що дозволяє тиску в межах системи вважатися постійною і відповідного показника зовнішнього тиску може вважатися оборотним. Також до таких явищ можна віднести випадок, в якому зміна у вище згаданому процесі, протікають з маленькою швидкістю, що дозволяє вважати тиск постійним.
Здійснити В. п. можна в системі, підведеної (або відведеної) до теплоті dQ. Для цього необхідно провести розширення роботи Pdv і зміна внутрішнього типу енергії dU, T.

e.dQ, = Pdv+dU= TdS.

Зміни в рівні ентропії – dS, T – абсолютна значення температури. Термодинамічні процеси ідеальних газів в изобарной системі обумовлюють наявність пропорційності обсягу з температурою. Реальні гази певну кількість теплоти витратить для внесення змін у середній тип енергії. Робота такого явище дорівнює показнику твори тиску ззовні, на зміни в обсязі.

Ізотермічне явище

Одним з основних термодинамічних процесів є його ізотермічна форма. Він відбувається у фізичних системах, з постійним показником температури. Для реалізації даного явища систему, як правило, переносять у термостат, з величезним показником теплопровідності. Взаємний обмін тепла протікає з достатньою швидкістю, щоб обігнати швидкість протікання самого процесу. Рівень температури системи майже не має відмінностей від показників термостата. Здійснити процес ізотермічної природи також можна з використанням теплових стоків і (або) джерел, проводячи контроль сталості температури, використовуючи термометри. Одним з найпоширеніших прикладів такого явища служить кипіння рідин в умовах постійного тиску.

Ізоентропійне явище

Изоэнтропийная форма теплових процесів протікає в умовах постійної величини ентропії. Механізми теплової природи можна отримати, використовуючи рівність Клаузіуса для оборотних процесів. Тільки оборотні адіабатичні процеси можна називати изоэнтропийними. Нерівність Клаузиуса стверджує, що незворотні типи теплових явищ сюди ставитися не можуть. Однак сталість ентропії можна спостерігати і при необоротному тепловому явищі, якщо робота у термодинамічному процесі над ентропією проводиться так, що вона негайно видаляється. Дивлячись на термодинамічні діаграми, лінії, що відображають изоэнтропийние процеси, можна іменувати як адіабати або изоэнтропи. Частіше вдаються до першої назви, що викликано відсутністю можливості коректно зображувати лінії на діаграмі, характеризующейпроцесс незворотного характеру. Пояснення і подальша експлуатація изоэнтропийних процесів мають величезне значення, так як часто застосовується в досягненні цілей, практичному і теоретичному знанні.

Изоэнтальпийний тип процесу

Изоэнтальпийний процес – теплове явище, що спостерігається при наявності ентальпії в постійною величиною. Розрахунки її показника робляться завдяки формулі: dH = dU + d(pV). Ентальпією називають параметр, за допомогою якого можна охарактеризувати систему, в якій зміни при поверненні в протилежне стан самої системи не спостерігаються і, відповідно, дорівнюють нулю. Изоэнтальпийное явище теплообміну може на прикладі проявляти себе в термодинамічному процесі газів. Коли молекули, наприклад етану або бутану, «протискається крізь перегородку з пористою будовою, а теплообмін газу з теплом навколо не спостерігається. Таке можна спостерігати ефект Джоуля-Томсона, застосовуваного в процесі отримання наднизьких показників температури. Изоэнтальпийние процеси є цінними, в силу того, що дають можливість знижувати температуру в межах середовища, не витрачаючи для цього енергію.

Полі-тропна форма

Характеристикою политропного процесу є його можливість змінювати фізичні параметри системи, але залишати показник теплоємності (C) у постійною величиною. Діаграми, що відображають термодинамічні процеси в такій формі, іменуються политропними. Один з найпростіших прикладів оборотності відображається в ідеальних газах і визначається за допомогою рівняння: pV n = const. P – показники тиску, V – об'ємна величина газу.

«Кільце» процесу

Термодинамічні системи і процеси можуть утворювати цикли, які мають кругову форму. Вони завжди мають ідентичні показники в початковому і кінцевому пункті, що оцінює стан тіла. До таким якісним характеристикам можна віднести спостереження за показниками тиску, ентропії, температури та об'єму. Термодинамічний цикл знаходить себе у вираженні моделі процесу, що протікає в цих теплових механізми, що перетворюють тепло в роботу механічного типу. Робоче тіло входить в склад компонентів кожної такої машини. Зворотний термодинамічний процес представлений у вигляді циклу, який має шляху проведення як в напрямку прямо, так і назад. Його положення залягає в системі замкнутого типу. Сумарний коефіцієнт системної ентропії при повторі кожного циклу не змінюється. У механізму, в якому теплопередача відбувається тільки між нагрівальним або холодильним апаратом і робочим тілом, оборотність можливо тільки при циклі Карно. Існує ряд інших циклічних явищ, які можуть звертатися лише при досягненні введення додаткового резервуара з теплом. Такі джерела називають регенераторами. Аналіз термодинамічних процесів, у ході яких відбувається регенерація, показує нам, що всі вони спільні з циклу Рейтлингера. Доведено на ряді розрахунків і експериментів, що оборотний цикл володіє найбільшим ступенем ефективності.