Αναστρέψιμη διαδικασία.

Όπως ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής εισάγει μια συνάρτηση κατάστασης - εσωτερική ενέργεια, ο δεύτερος νόμος εισάγει μια συνάρτηση κατάστασης που ονομάζεται εντροπία (S) (από το ελληνικό εντροπία– στροφή, μεταμόρφωση). Η εξέταση των αλλαγών σε αυτή τη λειτουργία οδήγησε στη διαίρεση όλων των διεργασιών σε δύο ομάδες: αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες (αυθόρμητες) διαδικασίες.

Η διαδικασία ονομάζεται αναστρεπτός, εάν μπορεί να πραγματοποιηθεί πρώτα προς τα εμπρός και μετά προς την αντίθετη κατεύθυνση και με τέτοιο τρόπο ώστε ούτε στο σύστημα ούτε στο περιβάλλοδεν θα μείνουν αλλαγές. Εντελώς αναστρέψιμη διαδικασία - αφαίρεση, αλλά πολλές διεργασίες μπορούν να πραγματοποιηθούν υπό τέτοιες συνθήκες που η απόκλιση από την αναστρεψιμότητα είναι πολύ μικρή. Για αυτό είναι απαραίτητο σε κάθε απειροελάχιστο στάδιο η κατάσταση του συστήματος στο οποίο συμβαίνει αυτή η διαδικασία να αντιστοιχεί σε μια κατάσταση ισορροπίας.

Κατάσταση ισορροπίας- μια ειδική κατάσταση ενός θερμοδυναμικού συστήματος στην οποία διέρχεται ως αποτέλεσμα αναστρέψιμων ή μη αναστρέψιμων διεργασιών και μπορεί να παραμείνει εκεί επ' αόριστον. Οι πραγματικές διεργασίες μπορούν να προσεγγίσουν αναστρέψιμες, αλλά για αυτό πρέπει να συμβούν αργά.

Η διαδικασία ονομάζεται μη αναστρέψιμο (φυσικό, αυθόρμητο, αυθόρμητο), εάν συνοδεύεται από απαγωγή ενέργειας, δηλαδή ομοιόμορφη κατανομή μεταξύ όλων των σωμάτων του συστήματος ως αποτέλεσμα της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας.

Τα ακόλουθα μπορούν να αναφερθούν ως παραδείγματα μη αναστρέψιμων διεργασιών:

κατάψυξη υπερψυγμένου υγρού.

διαστολή αερίου στον εκκενωμένο χώρο.

διάχυση στην αέρια φάση ή υγρό.

Ένα σύστημα στο οποίο έχει συμβεί μια μη αναστρέψιμη διαδικασία μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, αλλά για να γίνει αυτό, πρέπει να γίνει δουλειά στο σύστημα.

Οι μη αναστρέψιμες διεργασίες περιλαμβάνουν τις περισσότερες πραγματικές διεργασίες, καθώς συνοδεύονται πάντα από εργασία ενάντια στις δυνάμεις τριβής, με αποτέλεσμα την άχρηστη κατανάλωση ενέργειας, συνοδευόμενη από απαγωγή ενέργειας.

Για να επεξηγήσετε τις έννοιες, σκεφτείτε ένα ιδανικό αέριο που βρίσκεται σε έναν κύλινδρο κάτω από ένα έμβολο. Αφήστε την αρχική πίεση αερίου P 1 με τον όγκο του V 1 (Εικ. 4.1).

Η πίεση του αερίου εξισορροπείται από την άμμο που χύνεται πάνω στο έμβολο. Το σύνολο των καταστάσεων ισορροπίας περιγράφεται από την εξίσωση pV = const και παριστάνεται γραφικά με μια ομαλή καμπύλη (1).

Εάν αφαιρεθεί μια ορισμένη ποσότητα άμμου από το έμβολο, η πίεση του αερίου πάνω από το έμβολο θα πέσει απότομα (από Α σε Β), μόνο μετά την οποία ο όγκος του αερίου θα αυξηθεί σε μια τιμή ισορροπίας (από Β σε C). Η φύση αυτής της διαδικασίας είναι η διακεκομμένη γραμμή 2. Αυτή η γραμμή χαρακτηρίζει την εξάρτηση P= φά (V) σε μια μη αναστρέψιμη διαδικασία.

Ρύζι. 4.1. Εξάρτηση της πίεσης του αερίου από τον όγκο του κατά τις αναστρέψιμες (1) και μη αναστρέψιμες διεργασίες (2, 3).

Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι κατά τη διάρκεια μιας αναστρέψιμης διαστολής ενός αερίου, το έργο που κάνει (η περιοχή κάτω από την ομαλή καμπύλη 1) είναι μεγαλύτερη από ό,τι κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε μη αναστρέψιμης διαστολής.

Έτσι, οποιαδήποτε θερμοδυναμική διεργασία χαρακτηρίζεται από το μέγιστο δυνατό ποσό εργασίας εάν συμβαίνει σε αναστρέψιμο τρόπο. Ένα παρόμοιο συμπέρασμα μπορεί να καταλήξουμε αν εξετάσουμε τη διαδικασία συμπίεσης αερίου. Απλώς έχετε υπόψη σας ότι σε αυτήν την περίπτωση η ποσότητα εργασίας είναι αρνητική τιμή (Εικ. 4.1, διακεκομμένη γραμμή 3).

1. Μια αναστρέψιμη θερμοδυναμική διαδικασία είναι μια θερμοδυναμική διαδικασία που επιτρέπει στο σύστημα να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση χωρίς να παραμένουν αλλαγές στο περιβάλλον.


Απαραίτητη και επαρκής προϋπόθεση για την αναστρεψιμότητα μιας θερμοδυναμικής διαδικασίας είναι η ισορροπία της.
 2. Μη αναστρέψιμη θερμοδυναμική διαδικασία είναι μια θερμοδυναμική διαδικασία που δεν επιτρέπει στο σύστημα να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση χωρίς να παραμείνουν αλλαγές στο περιβάλλον.
Όλες οι πραγματικές διεργασίες συμβαίνουν με πεπερασμένη ταχύτητα. Συνοδεύονται από τριβή, διάχυση και μεταφορά θερμότητας σε πεπερασμένη διαφορά μεταξύ των θερμοκρασιών του συστήματος και

εξωτερικό περιβάλλον . Κατά συνέπεια, είναι όλα μη ισορροπημένα και μη αναστρέψιμα.
Η μη αναστρεψιμότητα εμφανίζεται μόνο εάν υπάρχουν πολλά σωματίδια. Αν έχουμε ένα σύστημα

· Με τη θερμοδυναμική μέθοδο, η σύνθεση δεν είναι σημαντική. Είναι σημαντικό πώς αλλάζει το σύστημα όταν γίνεται πράξη. Η εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας και η εξίσωση Mendeleev-Clapeyron πέτυχαν αυτήν την προσέγγιση. Το αλγεβρικό άθροισμα όλων των ποσοτήτων θερμότητας (που απορροφάται και απελευθερώνεται) σε ένα θερμικά μονωμένο σύστημα είναι ίσο με μηδέν. Q1+ Q2+…+ Qn= 0, όπου n είναι ο αριθμός των σωμάτων στο σύστημα. Q = сm(t2 – t1), όπου m – σωματικό βάρος, kg; (t2 – t1) – διαφορά θερμοκρασίας σώματος, ° C (ή K); με - ειδική θερμότητατην ουσία από την οποία αποτελείται το σώμα. Η θερμοδυναμική είναι μια περιγραφική επιστήμη που μας επιτρέπει να αποκλείσουμε αδύνατα σενάρια ανάπτυξης σε ένα σύστημα.

· Στατική φυσική. P=nkT, όπου k είναι η σταθερά του Boltzmann. (pV=nRt) Η πίεση στο αέριο εξηγείται από ελαστικές συγκρούσεις μορίων με τα τοιχώματα του αγγείου - ώθηση. Η στατιστική προσέγγιση μας επιτρέπει να κατανοήσουμε τι είναι η πίεση και η απόλυτη θερμοκρασία. Απόλυτη θερμοκρασία 0 - κάθε μοριακή κίνηση σταματά. - Η κινητική ενέργεια σχετίζεται με τη θερμοκρασία. Τα μόρια έχουν διαφορετικές ταχύτητες. Αν η ταχύτητα ήταν 0, ολόκληρη η ατμόσφαιρα θα βρισκόταν στη Γη. Αν οι ταχύτητες των μορίων ήταν περιορισμένες, τότε η ατμόσφαιρα θα τελείωνε . Η ατμόσφαιρα αλλάζει σταδιακά, η πίεση μειώνεται με το υψόμετρο. Η συγκέντρωση των μορίων και η πίεση στην ατμόσφαιρα θα γίνει ίσο με μηδένμόνο σε άπειρο ύψος. Εάν υπάρχουν μόρια διαφορετικής μάζας: τα ελαφρύτερα θα πετάξουν ευκολότερα. Σχεδόν όλο το υδρογόνο έχει διαφύγει από την ατμόσφαιρα. Τα βαριά μόρια είναι πιο κοντά στη Γη. Το g είναι σταθερό μόνο σε μικρές αποστάσεις από τη Γη. Εάν η απόσταση είναι μεγαλύτερη, χρησιμοποιήστε . ; . Το πώς συμπεριφέρεται η ατμόσφαιρα εξαρτάται από τη μάζα του πλανήτη. Τα μικρά χάνουν την ατμόσφαιρά τους πιο γρήγορα. Οι μοριακές ταχύτητες κυμαίνονται από το μηδέν έως το άπειρο. Κατά τη χαοτική κίνηση, μπορεί να προσδιοριστεί η κατανομή των μοριακών ταχυτήτων (που προκύπτει από τον Maxwell).

· Συνάρτηση κατανομής Maxwell. Ας υπάρχει nπανομοιότυπα μόρια σε κατάσταση τυχαίας θερμικής κίνησης σε μια ορισμένη θερμοκρασία. Μετά από κάθε πράξη σύγκρουσης μεταξύ μορίων, οι ταχύτητες τους αλλάζουν τυχαία. Ως αποτέλεσμα ενός αφάνταστα μεγάλου αριθμού συγκρούσεων, δημιουργείται μια σταθερή κατάσταση ισορροπίας, όταν ο αριθμός των μορίων σε μια δεδομένη περιοχή ταχύτητας παραμένει σταθερός. Ως αποτέλεσμα κάθε σύγκρουσης, οι προβολές ταχύτητας των μορίων υφίστανται μια τυχαία αλλαγή κατά Δυ x, Δυ y, Δυ z, και οι αλλαγές σε κάθε προβολή ταχύτητας είναι ανεξάρτητες η μία από την άλλη. Θα υποθέσουμε ότι τα πεδία δύναμης δεν δρουν στα σωματίδια. Ας βρούμε κάτω από αυτές τις συνθήκες ποιος είναι ο αριθμός των σωματιδίων d nαπό το σύνολο nέχει ταχύτητα στην περιοχή από υ έως υ+Δυ. Η ταχύτητα είναι μια διανυσματική ποσότητα. Για προβολή της ταχύτητας στον άξονα x ( xου συνιστώσα της ταχύτητας) από έχουμε , τότε . Η πιθανότητα ένα μόριο να έχει ταχύτητα στο διάστημα (Vx;Vx+dVx) θα είναι ίση με Ο αριθμός των μορίων είναι πεπερασμένος, αλλά οι ταχύτητες είναι άπειρες. - αριθμός μορίων με ταχύτητα στην περιοχή (Vx;Vx+dVx). Η πιθανότητα η ταχύτητα ενός μορίου να ικανοποιεί ταυτόχρονα τρεις συνθήκες: το x-συστατικό της ταχύτητας βρίσκεται στην περιοχή από υ x έως υ x + dυ x. y-συστατικό, στην περιοχή από υ y έως υ y +dυ y; z-συνιστώσα, στο διάστημα από υ z έως υ z +dυ z θα είναι ίσο με το γινόμενο των πιθανοτήτων καθεμιάς από τις συνθήκες (γεγονότα) χωριστά: , όπου (Vx; Vx+dVx) ; (Vy;Vy+dVy) ; (Vz; Vz+dVz) – ο αριθμός των μορίων που έχουν ταυτόχρονα ταχύτητα στα διαστήματα.

Η θερμοδυναμική διαδικασία ονομάζεται αναστρεπτός, αν μπορεί να περάσει και εμπρός και πίσω. Επιπλέον, αφού το σύστημα επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, δεν συμβαίνουν αλλαγές στο περιβάλλον και στο ίδιο το σύστημα.

R ισορροπία(οιονεί στατική) διαδικασία είναι μια συνεχής ακολουθία καταστάσεων ισορροπίας. Οποιοδήποτε σημείο σε μια τέτοια διαδικασία είναι μια κατάσταση ισορροπίας, από την οποία το σύστημα μπορεί να πάει τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω. Από αυτό προκύπτει ότι οποιαδήποτε διεργασία ισορροπίας είναι αναστρέψιμη.

Μόνο οι διαδικασίες θερμοδυναμικής ισορροπίας μπορούν να απεικονιστούν γραφικά, επειδή για ένα σύστημα μη ισορροπίας η τιμή των παραμέτρων, για παράδειγμα, θερμοκρασία ή συγκέντρωση, δεν είναι η ίδια για τον όγκο και για ολόκληρο το σύστημα είναι μια αβέβαιη τιμή. Οι διεργασίες που συμβαίνουν σε τέτοια συστήματα μπορούν να απεικονιστούν γραφικά μόνο κατά προσέγγιση, χρησιμοποιώντας μέσες τιμές παραμέτρων.

Μπορεί να δοθεί ένα παράδειγμα μιας αναστρέψιμης διαδικασίας από τη μηχανική - μια απολύτως ελαστική σύγκρουση. Αν αντικαταστήσουμε τη μεταβλητή χρόνου tστις – t, τότε με απόλυτα ελαστική κρούση οι αρχικές και τελικές ταχύτητες των σωμάτων απλώς ανταλλάσσουν ρόλους. Οι νόμοι του Νεύτωνα είναι αναστρέψιμοι.

Αναστρέψιμες διεργασίες – εξιδανίκευση. Όλες οι πραγματικές διεργασίες είναι μη αναστρέψιμες στον ένα ή τον άλλο βαθμό λόγω της τριβής, της διάχυσης και της θερμικής αγωγιμότητας. Όλα τα μεταγραφικά φαινόμενα - μη αναστρέψιμες διαδικασίες. Η θερμότητα μπορεί να μετακινηθεί μόνο μόνη της από το ζεστό στο κρύο, αλλά ποτέ το αντίστροφο. Ένα άλλο παράδειγμα μη αναστρέψιμης διαδικασίας: μια εντελώς ανελαστική σύγκρουση, κατά την οποία η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται μερικώς ή πλήρως σε θερμότητα.

Οι αναστρέψιμες διεργασίες είναι οι πιο οικονομικές κατά τη διάρκεια τέτοιων διαδικασιών, το σύστημα εκτελεί τη μέγιστη εργασία και η απόδοση είναι μέγιστη.

9) Κύκλος Carnot. Θεώρημα Carnot.

Ας προσπαθήσουμε να δημιουργήσουμε μια θερμική μηχανή που χρησιμοποιεί μόνο αναστρέψιμες διαδικασίες.

Μια αδιαβατική διαδικασία μπορεί να είναι αναστρέψιμη - δεν υπάρχει καθόλου μεταφορά θερμότητας. το έργο των εξωτερικών δυνάμεων πηγαίνει προς την αύξηση της εσωτερικής ενέργειας ή αντίστροφα, το έργο του συστήματος επιτυγχάνεται λόγω της μείωσης της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος και αυτές οι διαδικασίες είναι αναστρέψιμες.

Αλλά η μεταφορά θερμότητας από τη θερμάστρα πρέπει με κάποιο τρόπο να πραγματοποιηθεί, διαφορετικά σε βάρος της θερμικής ενέργειας που θα λάβουμε χρήσιμη εργασία? Η αναστρέψιμη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας μεταξύ δύο σωμάτων μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μια ισοθερμική διαδικασία εάν η θερμοκρασία και των δύο σωμάτων είναι ίση. Τότε δεν έχει σημασία προς ποια κατεύθυνση ρέει η ροή της θερμότητας. Αλλά μια τέτοια διαδικασία θα είναι επίσης απείρως αργή.

Στον κύκλο Carnot (Εικ. 8.10 και 8.11), ένα ιδανικό αέριο διέρχεται από έναν κύκλο που αποτελείται από δύο adiabats (2-3 και 4-1) και δύο ισόθερμες (1-2 και 3-4).

1-2 – ισοθερμική διαστολή από όγκο V 1 έως V 2 ; σε αυτή την περίπτωση το αέριο έρχεται σε επαφή με τη θερμάστρα σε θερμοκρασία Τ 1 ;

2-3 – αδιαβατική διαστολή από όγκο V 2 έως V 3; η τελική θερμοκρασία του αερίου είναι ίση με τη θερμοκρασία του ψυκτικού Τ 2 ;

3-4 – ισοθερμική συμπίεση από όγκο V 3 έως V 4 ; το αέριο έρχεται σε επαφή με το ψυκτικό σε θερμοκρασία Τ 2 ;

4-1 – αδιαβατική συμπίεση από όγκο V 4 έως V 1 ; η τελική θερμοκρασία του αερίου είναι ίση με τη θερμοκρασία του θερμαντήρα Τ 1 .

Για ισοθερμικές διεργασίες:

Για αδιαβατικές διεργασίες:

;

.

Τότε από τις δύο τελευταίες ισότητες:

Τότε η απόδοση του κύκλου Carnot είναι:

.

Το πρώτο μέρος του θεωρήματος του Carnot έχει αποδειχθεί:

1) Η απόδοση του κύκλου Carnot δεν εξαρτάται από τη φύση του ρευστού εργασίας και καθορίζεται μόνο από τις θερμοκρασίες του θερμαντήρα και του ψυγείου:

Ας διατυπώσουμε τα άλλα δύο μέρη του θεωρήματος του Carnot και ας τα αποδείξουμε αργότερα.

2)Η απόδοση οποιουδήποτε αναστρέψιμου κύκλου δεν είναι μεγαλύτερη από την απόδοση του κύκλου Carnot με τις ίδιες θερμοκρασίες θερμαντήρα και χαμηλότερες θερμοκρασίες:

. (8.39)

3)Η απόδοση οποιουδήποτε μη αναστρέψιμου κύκλου είναι μικρότερη από την απόδοση ενός κύκλου Carnot με τις ίδιες θερμοκρασίες θερμαντήρα και χαμηλότερες θερμοκρασίες:

. (8.40)

Εντροπία.

Ορισμός της εντροπίας

Η έννοια της εντροπίας εισήχθη από τον Clausius. Η εντροπία είναι μια από τις συναρτήσεις της κατάστασης ενός θερμοδυναμικού συστήματος. Συνάρτηση κατάστασης είναι μια ποσότητα της οποίας οι τιμές καθορίζονται μοναδικά από την κατάσταση του συστήματος και η αλλαγή στη συνάρτηση κατάστασης όταν το σύστημα μεταβαίνει από τη μια κατάσταση στην άλλη καθορίζεται μόνο από τις αρχικές και τελικές καταστάσεις του συστήματος και κάνει δεν εξαρτώνται από τη διαδρομή μετάβασης.

Εσωτερική ενέργεια U– κρατική λειτουργία. Η εσωτερική ενέργεια ενός ιδανικού αερίου είναι ίση με , και η μεταβολή του καθορίζεται μόνο από τις αρχικές και τελικές θερμοκρασίες: . Η ποσότητα είναι η μοριακή θερμοχωρητικότητα ενός ιδανικού αερίου σε σταθερό όγκο.

Ποσότητα θερμότητας Qκαι δουλειά ΕΝΑδεν είναι συναρτήσεις κατάστασης: εξαρτώνται από τη διαδρομή μετάβασης του συστήματος από την αρχική κατάσταση στην τελική κατάσταση. Για παράδειγμα, αφήστε ένα ιδανικό αέριο να περάσει από την κατάσταση 1 στην κατάσταση 2, ολοκληρώνοντας διαδοχικά πρώτα μια ισοβαρική διαδικασία και μετά μια ισοχωρική (Εικ. 8.12, ΕΝΑ). Τότε η εργασία που γίνεται κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας είναι ίση με . Ας περάσει τώρα ένα ιδανικό αέριο από το 1 στο 2, ολοκληρώνοντας πρώτα μια ισοχωρική διαδικασία και μετά μια ισοβαρική (Εικ. 8.12, σι). Η εργασία που γίνεται κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας μετάβασης είναι ίση με . Προφανώς, . Ο όγκος της εργασίας αποδείχθηκε διαφορετικός, αν και η αρχική και η τελική κατάσταση είναι ίδιες. Δεδομένου ότι, σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, η ποσότητα θερμότητας που μεταδίδεται στο σύστημα πηγαίνει για να αυξήσει την εσωτερική ενέργεια και να λειτουργήσει το σύστημα ενάντια σε εξωτερικές δυνάμεις: , τότε η θερμότητα που λαμβάνει το σύστημα στις διεργασίες έναΚαι σι, θα είναι επίσης διαφορετική, δηλαδή, η θερμότητα δεν είναι επίσης συνάρτηση κατάστασης.

Από την άποψη των μαθηματικών, μικρές προσαυξήσεις μεγεθών που δεν είναι συναρτήσεις κατάστασης δεν θα είναι πλήρεις διαφορικές και γι' αυτές πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον συμβολισμό: και . Αποδεικνύεται ότι για τη θερμότητα ο συντελεστής ολοκλήρωσης είναι η αντίστροφη θερμοκρασία: , και η τιμή ίση με τον λόγο της θερμότητας που λαμβάνει το σύστημα προς την απόλυτη θερμοκρασία είναι η συνολική διαφορά - αυτή είναι η μειωμένη θερμότητα: . Σύμφωνα με τον ορισμό του Clausius, η συνάρτηση κατάστασης ενός συστήματος του οποίου το διαφορικό σε μια αναστρέψιμη διεργασία ισούται με τη μειωμένη θερμότητα είναι η εντροπία:

Ιδιότητες της εντροπίας

1) Η εντροπία είναι συνάρτηση της κατάστασης του συστήματος, δηλαδή, σε ένα κλειστό σύστημα σε μια αναστρέψιμη διαδικασία, όταν το σύστημα επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, η συνολική αλλαγή στην εντροπία είναι μηδέν:

. (8.42)

2) Η εντροπία είναι προσθετική, δηλαδή η εντροπία ενός συστήματος είναι ίση με το άθροισμα των εντροπιών όλων των μερών του.

3) Η εντροπία ενός κλειστού συστήματος δεν μειώνεται:

τόσο για αναστρέψιμες διαδικασίες όσο και για μη αναστρέψιμες.

Η σχέση (8.43) ονομάζεται Clausius ανισότητα και είναι ένα από τα σκευάσματα δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής: Η εντροπία ενός κλειστού συστήματος παραμένει σταθερή εάν συμβαίνουν μόνο αναστρέψιμες διεργασίες σε αυτό και αυξάνεται στην περίπτωση μη αναστρέψιμων διεργασιών.

Ας εξετάσουμε ένα κλειστό σύστημα που αποτελείται από δύο σώματα με θερμοκρασίες και . Έστω η ποσότητα θερμότητας που δέχεται το δεύτερο σώμα από το πρώτο. Τότε η ποσότητα θερμότητας που δέχεται το πρώτο σώμα είναι αρνητική και ίση με . Η συνολική αύξηση της εντροπίας ενός συστήματος δύο σωμάτων στη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας είναι ίση με το άθροισμα των μεταβολών στις εντροπίες των δύο σωμάτων.

Αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες διεργασίες, τρόποι αλλαγής της κατάστασης ενός θερμοδυναμικού συστήματος. Μια διεργασία ονομάζεται αναστρέψιμη εάν επιτρέπει στο εξεταζόμενο σύστημα να επιστρέψει από την τελική κατάσταση στην αρχική μέσω της ίδιας ακολουθίας ενδιάμεσων καταστάσεων όπως στην άμεση διαδικασία, αλλά που διασχίζεται με αντίστροφη σειρά. Σε αυτή την περίπτωση, όχι μόνο το σύστημα, αλλά και το περιβάλλον επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση. Μια αναστρέψιμη διεργασία είναι δυνατή εάν συμβαίνει σε ισορροπία τόσο στο σύστημα όσο και στο περιβάλλον. Υποτίθεται ότι υπάρχει ισορροπία μεταξύ των επιμέρους τμημάτων του υπό εξέταση συστήματος και στα σύνορα με το περιβάλλον. Μια αναστρέψιμη διαδικασία είναι μια εξιδανικευμένη περίπτωση, που μπορεί να επιτευχθεί μόνο με μια απείρως αργή αλλαγή θερμοδυναμικές παραμέτρους. Ο ρυθμός με τον οποίο επιτυγχάνεται η ισορροπία πρέπει να είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό της υπό εξέταση διαδικασίας. Εάν είναι αδύνατο να βρεθεί τρόπος να επιστρέψουν τόσο το σύστημα όσο και τα σώματα στο περιβάλλον στην αρχική τους κατάσταση, η διαδικασία αλλαγής της κατάστασης του συστήματος ονομάζεται μη αναστρέψιμη.

Οι μη αναστρέψιμες διεργασίες μπορούν να συμβούν αυθόρμητα μόνο προς μία κατεύθυνση. αυτά είναι η ιξώδης ροή και άλλα. Για χημική αντίδρασηεφαρμόστε τις έννοιες της θερμοδυναμικής και της κινητικής αντιστρεψιμότητας, οι οποίες συμπίπτουν μόνο σε κοντινή απόσταση από την κατάσταση ισορροπίας. R-tion A + B C + D καλείται. κινητικά αναστρέψιμο ή αμφίδρομο, εάν υπό δεδομένες συνθήκες τα προϊόντα C και D μπορούν να αντιδράσουν μεταξύ τους για να σχηματίσουν τις αρχικές ουσίες Α και Β. Στην περίπτωση αυτή, οι ρυθμοί των προς τα εμπρός και αντίστροφων αντιδράσεων, αντίστοιχα. , όπου και είναι οι σταθερές ρυθμού, [A], [B], [C], [D] είναι τρέχουσες (δραστηριότητες), γίνονται ίσες με την πάροδο του χρόνου και αρχίζει, στην οποία - σταθερά ισορροπίας,εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Κινητικά μη αναστρέψιμες (μονόπλευρες) αντιδράσεις είναι συνήθως εκείνες στις οποίες τουλάχιστον ένα από τα προϊόντα απομακρύνεται από τη ζώνη αντίδρασης (κατακρημνίζεται, εξατμίζεται ή απελευθερώνεται με τη μορφή μιας ελαφρώς διαχωρισμένης ένωσης), καθώς και αντιδράσεις που συνοδεύονται από απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας.

Στην πράξη, συναντάμε συχνά συστήματα που βρίσκονται σε μερική ισορροπία, δηλ. σε ισορροπία ως προς ορισμένους τύπους διεργασιών, ενώ το σύστημα ως σύνολο δεν είναι ισορροπημένο. Για παράδειγμα, ένα δείγμα σκληρυμένου χάλυβα έχει χωρική ετερογένεια και είναι ένα σύστημα μη ισορροπημένο σε σχέση με, ωστόσο, κύκλοι ισορροπίας μηχανικής παραμόρφωσης μπορούν να συμβούν σε αυτό το δείγμα, καθώς οι χρόνοι διάχυσης διαφέρουν κατά δεκάδες τάξεις μεγέθους. Κατά συνέπεια, διεργασίες με σχετικά μεγάλη ώρααναστέλλονται κινητικά και μπορεί να μην λαμβάνονται υπόψη στη θερμοδυναμική. ανάλυση ταχύτερων διαδικασιών.

Οι μη αναστρέψιμες διεργασίες συνοδεύονται από διασκορπιστικά αποτελέσματα, η ουσία των οποίων είναι η παραγωγή (παραγωγή) στο σύστημα ως αποτέλεσμα της εμφάνισης της εν λόγω διαδικασίας. Η απλούστερη έκφραση του νόμου της διάχυσης είναι:

που είναι η μέση θερμοκρασία, d i S-παραγωγή εντροπίας, - το λεγόμενο. μη αντισταθμισμένη θερμότητα Clausius (θερμότητα διάχυσης).

Οι αναστρέψιμες διεργασίες, όντας εξιδανικευμένες, δεν συνοδεύονται από διαλυτικά αποτελέσματα. Η μικροσκοπική θεωρία των αναστρέψιμων και μη αναστρέψιμων διεργασιών αναπτύσσεται στη στατιστική θερμοδυναμική. Τα συστήματα στα οποία συμβαίνουν μη αναστρέψιμες διεργασίες μελετώνται από τη θερμοδυναμική των μη αναστρέψιμων διεργασιών.

Αναμμένο.βλέπε στο άρθρο. Χημική θερμοδυναμική. E. P. Ageee.

Επιλέξτε το πρώτο γράμμα στον τίτλο του άρθρου:

Μονάδα λέβητα

Η έννοια της λέξης "Boiler"

μονάδα λέβητα,μονάδα λέβητα, δομικά συνδυασμένη σε ένα ενιαίο ολόκληρο σύμπλεγμα συσκευών για την παραγωγή ατμού ή ατμού υπό πίεση ζεστό νερόλόγω καύσης καυσίμου. Το κύριο μέρος του θαλάμου καύσης είναι ο θάλαμος καύσης και οι αγωγοί αερίων, οι οποίοι περιέχουν θερμαντικές επιφάνειες που λαμβάνουν θερμότητα από προϊόντα καύσης καυσίμου (υπερθερμαντήρας ατμού, εξοικονομητής νερού, θερμαντήρας αέρα). Τα στοιχεία K στηρίζονται σε πλαίσιο και προστατεύονται από την απώλεια θερμότητας με επένδυση και μόνωση. Κ. χρησιμοποιούνται επί θερμοηλεκτρικούς σταθμούς για την παροχή ατμού σε τουρμπίνες. σε βιομηχανικά και λεβητοστάσια θέρμανσης για παραγωγή ατμού και ζεστού νερού για τεχνολογικές ανάγκες και ανάγκες θέρμανσης. σε λεβητοστάσια πλοίων. Ο σχεδιασμός ενός λέβητα εξαρτάται από τον σκοπό του, τον τύπο του καυσίμου που χρησιμοποιείται και τη μέθοδο καύσης, την παραγωγή ατμού μονάδας, καθώς και την πίεση και τη θερμοκρασία του παραγόμενου ατμού.

Μια αναστρέψιμη διεργασία (δηλαδή ισορροπία) είναι μια θερμοδυναμική διεργασία που μπορεί να συμβεί τόσο στην εμπρόσθια όσο και στην αντίστροφη κατεύθυνση, περνώντας από τις ίδιες ενδιάμεσες καταστάσεις και το σύστημα επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση χωρίς δαπάνη ενέργειας και δεν παραμένουν μακροσκοπικές αλλαγές στο περιβάλλο.

Μια αναστρέψιμη διεργασία μπορεί να γίνει ώστε να ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση ανά πάσα στιγμή αλλάζοντας οποιαδήποτε ανεξάρτητη μεταβλητή κατά ένα απειροελάχιστο ποσό.

Οι αναστρέψιμες διεργασίες παράγουν την περισσότερη δουλειά. Είναι γενικά αδύνατο να αποκτήσετε πολλή εργασία από το σύστημα. Αυτό δίνει στις αναστρέψιμες διεργασίες θεωρητική σημασία. Στην πράξη, μια αναστρέψιμη διαδικασία δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί. Ρέει απείρως αργά, και μπορείς μόνο να πλησιάσεις σε αυτό.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η θερμοδυναμική αναστρεψιμότητα της διαδικασίας διαφέρει από τη χημική αναστρεψιμότητα. Η χημική αναστρεψιμότητα χαρακτηρίζει την κατεύθυνση της διεργασίας και η θερμοδυναμική αντιστρεψιμότητα τη μέθοδο εφαρμογής της.

Οι έννοιες της κατάστασης ισορροπίας και της αναστρέψιμης διεργασίας παίζουν σημαντικό ρόλο στη θερμοδυναμική. Όλα τα ποσοτικά συμπεράσματα της θερμοδυναμικής ισχύουν μόνο για καταστάσεις ισορροπίας και αναστρέψιμες διεργασίες.

Μη αναστρέψιμη είναι μια διαδικασία που δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση μέσω όλων των ίδιων ενδιάμεσων καταστάσεων. Όλες οι πραγματικές διαδικασίες είναι μη αναστρέψιμες. Παραδείγματα μη αναστρέψιμων διεργασιών: διάχυση, θερμική διάχυση, θερμική αγωγιμότητα, ιξώδης ροή κ.λπ. Η μετάβαση της κινητικής ενέργειας της μακροσκοπικής κίνησης μέσω της τριβής σε θερμότητα, δηλαδή στην εσωτερική ενέργεια του συστήματος, είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία.

Όλες οι φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν στη φύση χωρίζονται σε δύο τύπους - αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες.

Αφήστε ένα απομονωμένο σύστημα, ως αποτέλεσμα κάποιας διαδικασίας, να μετακινηθεί από την κατάσταση Α στην κατάσταση Β και μετά να επιστρέψει στην αρχική κατάσταση. Μια διεργασία ονομάζεται αναστρέψιμη εάν είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί μια αντίστροφη μετάβαση από το Β στο Α μέσω των ίδιων ενδιάμεσων καταστάσεων, έτσι ώστε να μην παραμείνουν αλλαγές στα γύρω σώματα. Εάν μια τέτοια αντίστροφη μετάβαση δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί, εάν στο τέλος της διαδικασίας παραμείνουν κάποιες αλλαγές στο ίδιο το σύστημα ή στα γύρω σώματα, τότε η διαδικασία είναι μη αναστρέψιμη.

Οποιαδήποτε διαδικασία που συνοδεύεται από τριβή είναι μη αναστρέψιμη, γιατί κατά τη διάρκεια της τριβής, μέρος της εργασίας μετατρέπεται πάντα σε θερμότητα, η θερμότητα διαχέεται και ένα ίχνος της διαδικασίας παραμένει στα γύρω σώματα - θέρμανση, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία που περιλαμβάνει την τριβή μη αναστρέψιμη. Μια ιδανική μηχανική διαδικασία που συμβαίνει σε ένα συντηρητικό σύστημα (χωρίς τη συμμετοχή δυνάμεων τριβής) θα ήταν αναστρέψιμη. Ένα παράδειγμα μιας τέτοιας διαδικασίας είναι η ταλάντωση ενός βαριού εκκρεμούς σε μια μακρά ανάρτηση. Λόγω της χαμηλής αντίστασης του μέσου, το πλάτος των ταλαντώσεων του εκκρεμούς πρακτικά δεν αλλάζει για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ η κινητική ενέργεια του ταλαντούμενου εκκρεμούς μετατρέπεται πλήρως στη δυναμική του ενέργεια και αντίστροφα.

Το πιο σημαντικό θεμελιώδες χαρακτηριστικόΌλα τα θερμικά φαινόμενα στα οποία εμπλέκεται ένας τεράστιος αριθμός μορίων είναι η μη αναστρέψιμη φύση τους. Ένα παράδειγμα μη αναστρέψιμης διαδικασίας είναι η διαστολή ενός αερίου, ακόμη και ιδανικού, στο κενό. Ας υποθέσουμε ότι μας δίνεται ένα κλειστό δοχείο, χωρισμένο σε δύο ίσα μέρη με μια βαλβίδα (Εικόνα 1). Έστω ότι υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα αερίου στο μέρος I και ένα κενό στο μέρος II. Η εμπειρία δείχνει ότι εάν αφαιρέσετε τον αποσβεστήρα, το αέριο θα κατανεμηθεί ομοιόμορφα σε ολόκληρο τον όγκο του δοχείου (θα επεκταθεί στο κενό). Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται σαν «από μόνο του» χωρίς εξωτερική παρέμβαση. Ανεξάρτητα από το πόσο παρακολουθούμε το αέριο στο μέλλον, θα παραμένει πάντα κατανεμημένο με την ίδια πυκνότητα σε ολόκληρο το σκάφος. ανεξάρτητα από το πόσο καιρό περιμένουμε, δεν θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε ότι το αέριο που κατανέμεται σε ολόκληρο το σκάφος I + II από μόνο του, δηλαδή χωρίς εξωτερική παρέμβαση, φεύγει από το μέρος II και συγκεντρώνεται εξ ολοκλήρου στο μέρος I, γεγονός που θα μας έδινε ευκαιρία να πιέσετε ξανά τον αποσβεστήρα και έτσι να επιστρέψετε στην αρχική κατάσταση. Έτσι, είναι προφανές ότι η διαδικασία διαστολής του αερίου στο κενό είναι μη αναστρέψιμη.

Εικόνα 1. Ένα κλειστό δοχείο που περιέχει αέριο και κενό και χωρίζεται από ένα χώρισμα

Η εμπειρία δείχνει ότι τα θερμικά φαινόμενα έχουν σχεδόν πάντα την ιδιότητα της μη αναστρέψιμης. Έτσι, για παράδειγμα, εάν υπάρχουν δύο σώματα κοντά, εκ των οποίων το ένα είναι θερμότερο από το άλλο, τότε οι θερμοκρασίες τους εξισώνονται σταδιακά, δηλαδή η θερμότητα «από μόνη της» ρέει από το θερμότερο σώμα στο ψυχρότερο. Ωστόσο, η αντίστροφη μεταφορά θερμότητας από ένα ψυχρότερο σώμα σε ένα θερμαινόμενο, που μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μια ψυκτική μηχανή, δεν συμβαίνει «από μόνη της». Για να πραγματοποιηθεί μια τέτοια διαδικασία, απαιτείται η εργασία ενός άλλου φορέα, η οποία οδηγεί σε αλλαγή της κατάστασης αυτού του σώματος. Κατά συνέπεια, οι προϋποθέσεις αναστρεψιμότητας δεν πληρούνται.

Ένα κομμάτι ζάχαρης που τοποθετείται σε ζεστό τσάι διαλύεται σε αυτό, αλλά δεν συμβαίνει ποτέ από το ζεστό τσάι στο οποίο έχει ήδη διαλυθεί ένα κομμάτι ζάχαρης, το τελευταίο να διαχωρίζεται και να ξανασυναρμολογείται σε μορφή κομματιού. Φυσικά, μπορείτε να πάρετε ζάχαρη εξατμίζοντάς την από διάλυμα. Αλλά αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από αλλαγές στα γύρω σώματα, γεγονός που υποδηλώνει το μη αναστρέψιμο της διαδικασίας διάλυσης. Η διαδικασία διάχυσης είναι επίσης μη αναστρέψιμη. Γενικά, μπορείτε να δώσετε όσα παραδείγματα μη αναστρέψιμων διεργασιών θέλετε. Στην πραγματικότητα, οποιαδήποτε διαδικασία συμβαίνει στη φύση υπό πραγματικές συνθήκες είναι μη αναστρέψιμη.

Έτσι, στη φύση υπάρχουν βασικά δύο είδη διάφορες διαδικασίες– αναστρέψιμο και μη αναστρέψιμο. Ο M. Planck είπε κάποτε ότι η διαφορά μεταξύ αναστρέψιμων και μη αναστρέψιμων διεργασιών βρίσκεται πολύ πιο βαθιά από ό,τι, για παράδειγμα, μεταξύ μηχανικών και ηλεκτρικών διεργασιών, επομένως, με περισσότερη δικαιολογία από οποιοδήποτε άλλο χαρακτηριστικό, θα πρέπει να επιλεγεί ως η πρώτη αρχή κατά την εξέταση φυσικών φαινομένων.