РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы

В общем виде процесс представляет собой изменение состояния системы под действием неких причин, играющих роль движущих сил. К примеру, подвод тепла к веществу, находящемуся в некой емкости, которая отделяет его от среды, вызывает увеличение температуры, что определяет его как процесс нагревания. Другим примером процесса подобного типа является расширение газа РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы в цилиндре с подвижным поршнем при нагревании газообразного вещества. Такового рода процессы можно именовать естественными. В термодинамике их именуют особенным термином – термодинамически необратимые процессы, в сокращенном варианте – необратимые процессы. Заглавие связано с тем, что естественные процессы нельзя провести в оборотном направлении через те же самые состояния, которые имели место в прямом процессе РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы. В этом смысле их нельзя направить. Причина состоит в том, что хотя естественный процесс проявляется через конфигурации системы они неподражаемы, персональны, на каждом шаге его воплощения как в прямом, так и в оборотном направлениях. В первом процессе температура тела, во 2-м давление газа в каждой тривиально малой части системы РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы по ходу процесса имеют свои личные значения. В этом просто удостоверится, измеряя температуру, к примеру при нагревании воды в пробирке при помощи электронного нагревателя. Потому выражения, что в первом процессе температура увеличивается, во 2-м – давление снижается, являются всего только высококачественной чертой процесса.

Естественные процессы без дополнительных критерий РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы, налагаемых на их воплощение, нельзя достоверно обрисовать физико-химическими способами при помощи функций либо выражений, зависящих от определенных характеристик, так как в естественном процессе они не имеют физического смысла для системы в целом.

Для теоретического описания процессов их нужно проводить таким макаром, чтоб система в течение процесса находилась в состоянии внутреннего РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы равновесия с соответствующими для данного процесса параметрами. Такое может быть если система в свою очередь находится в определенном равновесии с окружающей средой.

Представим, что в закрытом цилиндре с невесомым поршнем, который двигается без трения, в объеме V1 находится один моль безупречного газа (рис. 1).


а б

Рис.1 Схема устройства РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы, в каком безупречный газ совершает процесс расширения: а) изначальное состояние; б) конечное состояние

Из объема над поршнем удален воздух, но поршень удерживается в состоянии равновесия грузом весом G = mg ньютонов, где m – масса груза. Все устройство находится в термостате, поддерживающем постоянную температуру Т0. Состояние безупречного газа как личного вещества РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы задается 2-мя параметрами, в этом случае объемом и давлением газа. Пусть в начальном состоянии они равны V1, Р1. Вес груза, отнесенный к единице поверхности поршня, это давление (атм)* груза на газ.

Проведем процесс расширения газа, подводя к воде в термостате и безупречному газу теплоту от наружного теплоисточника. Передачу тепла будем проводить РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы очень медлительно, с тем, чтоб температура оставалась __________________________

В несистемных единицах 1 атм – давление, которое под действием силы тяжести оказывает тело массой 1033 г на см2

неизменной, а давление газа в процессе расширения имело смысл параметра состояния. Такое может быть, если разность меж температурами термостата и безупречного газа на каждом шаге расширения остается РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы очень малой величиной. При расширении системой совершается большая работа против сил наружной среды, которая состоит в преодолении силы тяжести груза.

Так как внутренняя энергия безупречного газа зависит только от температуры, ее изменение в изотермическом процессе равно нулю, ∆U = 0. В данном случае 1-ый закон термодинамики имеет вид: Q = W.

Теплота РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы, подводимая к безупречному газу, в изотермическом процессе стопроцентно расходуется на совершение работы.

Задачка.

В отличие от этого в изотермическом процессе с ролью реального газа, не считая совершения работы, происходит изменение внутренней энергии. Используя 1-ый закон термодинамики докажите, в каком из изотермических процессов будет совершена больше работа: с РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы ролью реального либо безупречного газа при поступлении в систему 1-го и такого же количества теплоты.

Через некий период времени в итоге поступления теплоты система перейдет из исходного состояния 1 в состояние 2 с параметрами V2, Т. При всем этом давление снижается с Р1 до Р2. При расширении газ за счет теплоты, поступающей от РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы теплоисточника, совершает работу , количество которой в координатах Р1, V равно заштрихованной площади на рис.2а.




а б


в г

Рис.2 Расширение газа при разных методах его проведения при Т0 = const:

а – термодинамически обратимый процесс; б – квазистатический процесс; в, г – термодинамически необратимый процесс

Назовем процесс по изотерме безупречным и зададимся вопросом, как РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы фактически совершается этот процесс, работа которого равна заштрихованной площади? Если в один прием снять часть груза произойдет резвое необратимое расширение газа, при всем этом объем и давление меняются неопределенным образом. Когда давление газа приблизится к значению , поршень после неких колебаний остановится в положении , V = .

Работа против неизменного наружного давления обладает РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы особенностью, присущей функциям состояния: ее количество не находится в зависимости от пути процесса и определяется значениями давления и объема сначала и конце пути. Потому при необратимом расширении газа из состояния Р1V1 в состояние будет совершена работа, количество которой равно заштрихованной площади А, рис. 2г.

(1)

Работа , которую РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы вычисляют по уравнению (1) состоит из работы изохорного процесса по пути l и изобарного процесса по пути m. Так как работа изохорного процесса равна нулю, работа в целом определяется работой системы против наружного давления . Суммарный путь, на котором рассчитывается работа отличается от пути е в естественном процессе. Но независимо от того РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы как в реальности совершается естественный процесс, можно утверждать, что система (безупречный газ) совершает работу с одновременной потерей ее работоспособности, выражаемой через площадь С (по сопоставлению с безупречным процессом изотермического расширения). Утрата работы значит, что в необратимом процессе к безупречному газу поступает меньше теплоты от среды.

В состоянии, когда газ имеет РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы объем характеристики опять в один прием уменьшим вес груза до , равному конечному давлению газа Р2, что приведет к необратимому расширению газа до конечного объема V2. При всем этом на пути n и o будет произведена работа

(2)

с потерей работоспособности системы, которая численно выражается через площадь D РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы.

Проведем процесс в оборотном направлении, увеличивая вес груза на поршне также в два приема, поначалу до , а потом до Р1. В необратимом процессе, условно по пути g, а потом по условному пути h будет совершаться работа и (рис. 3).

(3)

(4)




а б

Рис. 3 Сжатие безупречного газа под действием наружного давления

В оборотном процессе работа РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы совершается силами наружной среды и Р1, направленными на сжатие газа с одновременным отводом теплоты в термостат. Как надо из (3), (4) и данных, представленных на рис. 3 среда совершает больше работы, чем в безупречном процессе на величину, равную площадям K и L. Так как процесс остается изотермическим и ∆U = 0, во внешнюю среду поступает РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы больше теплоты (по сопоставлению с безупречным процессом) на величину, которая эквивалентна площадям K и L над изотермой. Как приблизить количество работы в прямом и оборотном направлении к работе в безупречном процессе. Разумеется, что для этого нужно уменьшить разность меж давлением газа и наружным давлением. В конечном итоге РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы ступенчатые маршруты l – m – n – o и q – r – s – t будут равномерно трансформироваться в наименее ломаные кривые, которые при условии равенства давления газа и наружного давления в протяжении всего пути соединится с изотермой. Но условие равенства давления газа и наружного давления в этом случае условие механического равновесия. Другими словами для получения РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы наибольшей работы в прямом направлении, которая по абсолютной величине равна работе в оборотном направлении, процесс нужно проводить через непрерывную совокупа равновесия меж системой и окружающей средой. На каждом шаге движущая сила процесса, в этом случае давление газа, уравновешено силой сопротивления наружной среды, Рвнеш, на преодоление которой ориентирована РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы работа системы.

Процесс, в каком каждое состояние представляет собой состояние равновесия меж системой и средой и который можно провести в оборотном направлении через состояния прямого направления, именуется термодинамически обратимым процессом, сокращенно обратимым.

Повышение движущей силы системы по отношению к силам сопротивления на малую величину позволяет навести процесс в прямом направлении РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы, и напротив, при очень малом превышении сил наружной среды по отношению к движущим силам системы процесс на каждом шаге можно навести в обратную сторону. В этом смысле процесс термодинамически обратим. Если повторяющийся процесс провести термодинамически обратимо, в начальное состояние ворачивается не только лишь система, да и окружающая среда, при РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы содействии с которой совершался процесс. Конфигурации, которым подвергается система и среда в прямом направлении стопроцентно компенсируются переменами системы и среды, когда процесс проводится в оборотном направлении. Это пока общее и абстрактное условие не производится для всех естественных процессов. По этой причине они термодинамически необратимы. В повторяющемся необратимом процессе РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы в начальное состояние ворачивается только система. В отличие от этого окружающая среда при окончании процесса находится в состоянии, которое отличается от состояния сначала процесса.

В серьезном смысле, обратимый процесс чисто теоретическое понятие, безупречная модель реального процесса. Невзирая на необычность термодинамически обратимых процессов они имеют большущее практическое значение, так РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы как на базе их физико-термоинамических параметров и черт можно найти самые общие закономерности реальных процессов, которые очень тяжело либо нереально установить, изучая реальные процессы.

Традиционным примером в этом смысле являлась неувязка, каким образом можно повысить коэффициент полезного деяния термических машин. По этому поводу выдвигались различные идеи, предлагалось к примеру, использовать заместо РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы водяного пара атмосферный воздух. Сади Карно, французский физик (1976 – 1832), анализируя предложенный им термодинамически обратимый цикл (цикл Карно) на базе которого в принципе может работать термическая машина, установил, что КПД термических машин зависит только от разности температур источника тепла Т1 и холодильного устройства Т2 (в качестве которого может выступать прилегающая к РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы цилиндру воздушная атмосфера) и не находится в зависимости от природы рабочего газа

Из уравнения видно, что КПД термических машин возрастает с повышением температуры источника тепла Т1 и снижением температуры холодильного устройства Т2 (при Т1→0, →1). Открытие, изготовленное Карно, обусловило магистральное направление в развитии теплоэнергетики.

Так как в термодинамически обратимом процессе каждое РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы состояние есть состояние равновесия меж движущей силой процесса и противодействующей силой среды его также именуют сбалансированным процессом. Следует увидеть, что таким же термином обозначают состояние, которое наступает в необратимом процессе, когда его действующие силы становятся равными нулю. Такое состояние именуют состоянием термодинамического равновесия. В термодинамически обратимом процессе они РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы есть, но уравновешены. В данном случае состояние равновесия есть состояние заторможенного равновесия. С учетом этих замечаний в предстоящем термодинамически обратимый и сбалансированный процесс будем рассматривать как равнозначные. Обратимый процесс, в отличие от естественного, можно обрисовать точными физико-математическими уравнениями. Примером этого является выражение работы термодинамически обратимого изотермического расширения РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы безупречного газа. Теоретические концепции, присущие обратимым процессам, составляют базу хим термодинамики и дают возможность проведения термодинамического анализа различных физико-химических процессов, включая хим реакции.

Невзирая на необыкновенные характеристики обратимые процессы с определенной степенью отличия от теоретической модели можно выполнить экспериментально и найти для их физико-термодинамические свойства, нужные для выявления РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы базовых параметров необратимых процессов.

Как надо из сути обратимого процесса его практическая реализация вероятна только при определенной неуравновешенности движущих и противодействующих сил, различие меж которыми и определяет степень отличия параметров экспериментально выполняемого процесса от его теоретической модели. Экспериментально реализуемый обратимый процесс – это процесс, в каком каждое состояние представляет РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы собой состояние квазиравновесия* либо квазиуравновешенности меж силами системы и среды.

Таковой процесс можно именовать квазистатическим либо квазиравновесным. Главную особенность квазистатического процесса покажем на примере изотермического расширения безупречного газа. Как надо из проведенного рассмотрения, движущая сила газа, в виде давления, ориентирована на преодоление силы тяжести груза, которая синхронно миниатюризируется с снижением РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы давления. В принципе, его можно провести таким макаром, если представить, что груз состоит из частиц очень малого размера. Если груз уменьшать, снимая частичку за частичкой, расширение газа приобретет характеристики квазистатического процесса. Его путь представляет собой непрерывную совокупа точек, которая фигурально _____________________________

*квази (лат) – практически, близко

указывает, что характеристики квазистатического процесса некординально РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы отличаются от параметров безупречного (рис. 2б). А именно, на рис. 2б видно, что работа квазистатического процесса – основная его черта, фактически равна работе обратимого процесса.

Работа сбалансированного процесса, которую совершает система, не только лишь превосходит работу хоть какого необратимого процесса, она максимальна по собственному значению. Получить работу выше работы сбалансированного процесса РАЗДЕЛ Необратимые и термодинамически обратимые процессы в принципе нельзя. Это положение не находится в зависимости от типа процесса и вида работы. Подтверждение этой принципиальной закономерности базируется на соотношении, объединяющем 1-ый и 2-ой законы термодинамики.


razdel-v-formi-zayavki-dokumentaciya-o-zaprose-predlozhenij-otkritij-zapros-predlozhenij-81-ut2013.html
razdel-v-glavnejshie-vrediteli-i-bolezni-dekorativnih-rastenij.html
razdel-v-inscenirovanie-rabochaya-programma-disciplini-detskaya-literatura-s-praktikumom-po-virazitelnomu-chteniyu.html