Виды термодинамических процессов
Термодинамический процесс — это непрерывное изменение состояний системы, которое происходит в результате ее интеракции с внешней средой. После подобного взаимодействия происходит изменение одного из параметров системы — давления, температуры, объема.
Типы термодинамических процессов
Основными процессами в термодинамике являются:
- изохорный;
- изобарный;
- изотермический;
- адиабатный;
- политропный.
Изохорный процесс — такой, который протекает при постоянном объеме.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Подобное явление можно наблюдать при нагревании газа в закрытом сосуде.
Изменение параметров газа можно описать с помощью закона Шарля:
\(p_1/T_1=p_2/T_2\)
при этом изменение объема (\(\Delta V\)) равно нулю, из чего можно сделать вывод, что при протекании данного процесса не совершается никакая работа.
Изобарный процесс — такой, который протекает при постоянном давлении.
Его можно осуществить при размещении газа, поместив газ в цилиндр с движущимся поршнем, который испытывает непрерывное воздействие внешней силы.
Этот термодинамический процесс математически выражается с помощью закона Гей-Люссака:
\(V/T\;=\;const\)
При этом газом выполняется работа по контрвоздействию на внешние силы.
Изотермический процесс — такой, который происходит при постоянной температуре.
Он практически не осуществим опытным путем ввиду его сложности.
Изотермический процесс описан формулой закона Бойля-Мариотта:
\(pV\;=\;const\)
Работа газа при его протекании определяется выражением:
\(A=RTln(p_1/p_2)\)
Адиабатный процесс — такой, при котором не наблюдается обмена теплом между термодинамической системой и внешней средой.
Политропный процесс — при его протекании возможны изменения любого параметра. Все упомянутые выше разновидности являются его частными случаями.
Обратимые и необратимые процессы в термодинамике
Свойства обратимых процессов:
- Обратимость — это такое свойство, которое обеспечивает возможность для проведения процесса в обратном направлении таким образом, что система пройдет те же изменения, но противоположном порядке.
- Равновесие — это протекание, при котором все параметры остаются неизменными. Обратимые процессы часто называют равновесными, а такие системы — квазистатическими.
- Отсутствие макроскопических изменений во внешней среде.
- Бесконечная медленность — необходимое условие для сохранения равновесия в системе.
Следует отметить, что обратимые процессы возможны только в лабораторных условиях, в природе они не существуют и служат скорее математическими моделями. Однако преуменьшать их значимость также не стоит: все количественные положения термодинамики применимы в отношении равновесных систем и обратимых процессов. Это происходит потому, что они все равно приближены к реальным.
Свойства необратимых процессов:
- Необратимость — невозможность провести процесс в обратном порядке с сохранением энергии и без совершения работы.
- Неравновесие — постоянное неконтролируемое изменение параметров.
- Различная скорость.
- Влияние на внешнюю среду и количественные изменения в самой неравновесной системе (выделения тепла, энергии, совершение работы).
- Самопроизвольность протекания.
Все реально существующие в природе процессы являются необратимыми. Приведем несколько примеров:
- Диффузия — явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул или атомов одного вещества между частицами другого.
- Термодиффузия — термодинамический эффект, который приводит к появлению в смеси градиента концентрации компонентов постоянных изменений температуры.
- Теплопроводность — способность материальных объектов проводить (теплоту) от более нагретых частей к менее нагретым путем диффузии.
- Вязкое течение — течение вещества, при котором взаимодействие отдельных его частей приводит к совершению работы и уменьшению энергии.
Процессы, связанные с кинетикой, также характеризуются необратимостью.
Формулировка первого и второго закона термодинамики
Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенной к системе извне и работе действующих на нее внешних сил.
Формула представлена следующим образом:
\(Q\;=\;\Delta U\;+\;A\)
Для второго закона термодинамики необходимо определить понятие энтропии.
Энтропия (S) — это физическая величина, необходимая для точного и достоверного описания термодинамической системы.
Таким образом, второе начало термодинамики придает энтропии смысл функции состояния термодинамической системы. В изолированной системе энтропия либо остаётся неизменной, либо возрастает (в неравновесных процессах), достигая максимума при установлении термодинамического равновесия.
Все формулировки второго закона (начала) термодинамики, встречающиеся в научной литературе, восходят к закону возрастания энтропии.
Формулировки второго закона термодинамики:
Клаузиус: «Переход тепла от тела с невысокой температурой к другому телу с более высоким уровнем температуры невозможен».
Томсон: «Любой процесс является невозможным, если для его осуществления должно использоваться тепло взятое от постороннего тела».
Больцман: «Состояние энтропии не может стать меньше в полностью закрытых системах, которые не получают никакую внешнюю энергию».
Заметили ошибку?
Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»
Нашли ошибку?
Текст с ошибкой:
Расскажите, что не так
