في هذه المقالة سننظر في العمليات الديناميكية الحرارية. دعنا نتعرف على أنواعها وخصائصها النوعية ، وكذلك ندرس ظاهرة العمليات الدائرية التي لها نفس المعلمات في النقاط الأولية والنهائية.
مقدمة
العمليات الديناميكية الحرارية هي ظواهر يحدث فيها تغير مجهري في الديناميكا الحرارية للنظام بأكمله. يُطلق على وجود اختلاف بين الحالة الأولية والنهائية عملية أولية ، لكن من الضروري أن يكون هذا الاختلاف صغيرًا للغاية. تسمى مساحة الفضاء التي تحدث فيها هذه الظاهرة بجسم العمل.
بناءً على نوع الاستقرار ، يمكن للمرء التمييز بين التوازن وعدم التوازن. آلية التوازن هي عملية ترتبط فيها جميع أنواع الحالات التي يتدفق النظام من خلالها بحالة التوازن. يحدث تنفيذ مثل هذه العمليات عندما يستمر التغيير ببطء نوعًا ما ، أو بعبارة أخرى ، تكون الظاهرة ذات طبيعة شبه ثابتة.
ظواهريمكن تقسيم النوع الحراري إلى عمليات ديناميكية حرارية قابلة للعكس وغير قابلة للعكس. الآليات العكسية هي تلك التي يتم فيها إدراك إمكانية تنفيذ العملية في الاتجاه المعاكس ، باستخدام نفس الحالات الوسيطة.
نقل الحرارة Adiabatic
الطريقة الأديباتية لنقل الحرارة هي عملية ديناميكية حرارية تحدث على مقياس الكون. سمة أخرى هي قلة التبادل الحراري مع الفضاء المحيط.
يعود البحث على نطاق واسع في هذه العملية إلى بداية القرن الثامن عشر.
أنواع العمليات الأديباتية هي حالة خاصة من الشكل متعدد الاتجاهات. هذا يرجع إلى حقيقة أن السعة الحرارية للغاز في هذا الشكل تساوي صفرًا ، مما يعني أنها قيمة ثابتة. لا يمكن عكس هذه العملية إلا إذا كانت هناك نقطة توازن لجميع اللحظات في الوقت المناسب. لا يتم ملاحظة التغييرات في مؤشر الانتروبيا في هذه الحالة أو المضي قدمًا ببطء شديد. هناك عدد من المؤلفين الذين يتعرفون على العمليات الثابتة فقط في العمليات القابلة للعكس.
العملية الديناميكية الحرارية لغاز من النوع المثالي في شكل ظاهرة ثابتة الحرارة تصف معادلة بواسون.
نظام Isochoric
الآلية المتساوية هي عملية ديناميكية حرارية تعتمد على حجم ثابت. يمكن ملاحظته في الغازات أو السوائل التي تم تسخينها بدرجة كافية في وعاء بحجم ثابت.
عملية ديناميكية حرارية لغاز مثالي في شكل متساوي الصدور ، تسمح للجزيئاتالحفاظ على النسب بالنسبة لدرجة الحرارة. هذا بسبب قانون تشارلز. بالنسبة للغازات الحقيقية ، لا تنطبق عقيدة العلم هذه.
نظام Isobar
يتم تقديم النظام متساوي الضغط كعملية ديناميكية حرارية تحدث في وجود ضغط ثابت بالخارج. تدفق IP بوتيرة بطيئة بدرجة كافية ، مما يسمح للضغط داخل النظام بأن يعتبر ثابتًا ويتوافق مع الضغط الخارجي ، يمكن اعتباره قابلاً للانعكاس. تشمل هذه الظواهر أيضًا الحالة التي يتم فيها التغيير في العملية المذكورة أعلاه بمعدل منخفض ، مما يجعل من الممكن اعتبار ثابت الضغط.
أداء I.p. ممكن في نظام يتم توفيره (أو إزالته) من الحرارة dQ. للقيام بذلك ، من الضروري توسيع العمل Pdv وتغيير النوع الداخلي للطاقة dU ، T.
e.dQ ،=Pdv + dU=TdS
التغييرات في مستوى الكون - dS ، T - القيمة المطلقة لدرجة الحرارة.
تحدد العمليات الديناميكية الحرارية للغازات المثالية في نظام متساوي الضغط تناسب الحجم مع درجة الحرارة. سوف تستخدم الغازات الحقيقية كمية معينة من الحرارة لإجراء تغييرات في متوسط نوع الطاقة. عمل مثل هذه الظاهرة يساوي ناتج الضغط الخارجي والتغيرات في الحجم
ظاهرة متساوية الحرارة
واحدة من العمليات الرئيسية في الديناميكا الحرارية هو شكلها متساوي الحرارة. يحدث في الأنظمة الفيزيائية ، مع درجة حرارة ثابتة.
ليدرك هذه الظاهرةيتم نقل النظام ، كقاعدة عامة ، إلى ترموستات ، مع توصيل حراري ضخم. يستمر التبادل الحراري المتبادل بمعدل كافٍ لتجاوز معدل العملية نفسها. لا يمكن تمييز مستوى درجة حرارة النظام تقريبًا عن قراءات منظم الحرارة.
من الممكن أيضًا تنفيذ عملية الطبيعة المتساوية باستخدام أحواض الحرارة و (أو) المصادر ، والتحكم في ثبات درجة الحرارة باستخدام موازين الحرارة. أحد الأمثلة الأكثر شيوعاً لهذه الظاهرة هو غليان السوائل تحت ضغط ثابت.
ظاهرة متساوية الخواص
يستمر الشكل المتساوي للعمليات الحرارية في ظل ظروف الانتروبيا الثابتة. يمكن الحصول على آليات ذات طبيعة حرارية باستخدام معادلة كلاوزيوس للعمليات القابلة للعكس.
فقط العمليات الحافظة للحرارة القابلة للعكس يمكن أن تسمى متوازنة. تنص عدم المساواة Clausius على أنه لا يمكن تضمين أنواع لا رجعة فيها من الظواهر الحرارية هنا. ومع ذلك ، يمكن أيضًا ملاحظة ثبات الانتروبيا في ظاهرة حرارية لا رجعة فيها ، إذا تم العمل في العملية الديناميكية الحرارية على الانتروبيا بطريقة يتم إزالتها على الفور. بالنظر إلى المخططات الديناميكية الحرارية ، يمكن الإشارة إلى الخطوط التي تمثل العمليات المتجانسة باسم adiabats أو isentropes. غالبًا ما يلجأون إلى الاسم الأول ، والذي ينتج عن عدم القدرة على تصوير الخطوط بشكل صحيح على الرسم التخطيطي الذي يميز العملية ذات الطبيعة التي لا رجعة فيها. التفسير والاستغلال الإضافي للعمليات المتناحرة لهما أهمية كبيرة.القيمة ، حيث تستخدم غالبًا في تحقيق الأهداف والمعرفة العملية والنظرية.
نوع Isenthalpy للعملية
عملية Isenthalpy هي ظاهرة حرارية تُلاحظ في وجود المحتوى الحراري الثابت. يتم إجراء حسابات مؤشرها بفضل الصيغة: dH=dU + d (pV).
Enthalpy هي معلمة يمكن استخدامها لتوصيف نظام لا يتم فيه ملاحظة التغييرات عند العودة إلى الحالة العكسية للنظام نفسه ، وبالتالي ، تساوي الصفر.
يمكن لظاهرة انتقال الحرارة المتساوية ، على سبيل المثال ، أن تظهر نفسها في العملية الديناميكية الحرارية للغازات. عندما جزيئات ، على سبيل المثال ، الإيثان أو البوتان ، "تضغط" من خلال قسم به بنية مسامية ، ولا يتم ملاحظة التبادل الحراري بين الغاز والحرارة المحيطة. يمكن ملاحظة ذلك في تأثير جول-طومسون المستخدم في عملية الحصول على درجات حرارة شديدة الانخفاض. تعتبر عمليات Isenthalpy ذات قيمة لأنها تجعل من الممكن خفض درجة الحرارة داخل البيئة دون إهدار الطاقة.
شكل متعدد الاتجاهات
من سمات عملية متعددة الاتجاهات قدرتها على تغيير المعلمات الفيزيائية للنظام ، مع ترك مؤشر السعة الحرارية (C) ثابتًا. تسمى المخططات التي تعرض العمليات الديناميكية الحرارية في هذا الشكل متعددة الاتجاهات. ينعكس أحد أبسط أمثلة الانعكاس في الغازات المثالية ويتم تحديده باستخدام المعادلة: pV =const. P - مؤشرات الضغط ، V - القيمة الحجمية للغاز.
حلقة العملية
يمكن للأنظمة والعمليات الديناميكية الحرارية أن تشكل دورات ذات شكل دائري. لديهم دائمًا مؤشرات متطابقة في المعلمات الأولية والنهائية التي تقيم حالة الجسم. تشمل هذه الخصائص النوعية مراقبة الضغط والنتروبيا ودرجة الحرارة والحجم.
تجد الدورة الديناميكية الحرارية نفسها في التعبير عن نموذج لعملية تحدث في الآليات الحرارية الحقيقية التي تحول الحرارة إلى عمل ميكانيكي.
جسم العمل هو جزء من مكونات كل آلة.
يتم تقديم العملية الديناميكية الحرارية العكسية كدورة ، لها مسارات للأمام والخلف. موقعها يكمن في نظام مغلق. لا يتغير المعامل الكلي لنتروبيا النظام مع تكرار كل دورة. بالنسبة للآلية التي يحدث فيها انتقال الحرارة فقط بين جهاز التسخين أو التبريد والسائل العامل ، فإن الانعكاس ممكن فقط مع دورة كارنو.
هناك عدد من الظواهر الدورية الأخرى التي لا يمكن عكسها إلا عند الوصول إلى خزان إضافي للحرارة. تسمى هذه المصادر بالمولدات.
يوضح تحليل العمليات الديناميكية الحرارية التي يحدث خلالها التجديد أنها كلها شائعة في دورة Reutlinger. لقد ثبت من خلال عدد من الحسابات والتجارب أن الدورة العكسية لديها أعلى درجة من الكفاءة.
