Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы




Скачать 78.68 Kb.
НазваниеЛекция №9 Обратимые и необратимые процессы
Дата конвертации28.12.2012
Размер78.68 Kb.
ТипЛекция
Лекция №9

Обратимые и необратимые процессы



Обратимыми называются термодинамические процессы, осуществление которых возможно в прямом и обратном направлениях, при том так, что в обратном процессе термодинамическая система проходит через те же равновесные промежуточные состояния, что и в прямом процессе, но только в обратной последовательности. Обязательным условием для протекания обратимых процессов является соблюдение механического равновесия (равенство давлении), теплового равновесия (равенство температур), и отсутствие трения.

Неравновесные процессы, осуществляемые при конечных разностях давлении (отсутствует механическое равновесие) и при наличии трения, являются процессами необратимыми. В результате совершения необратимого процесса, система проходит совокупность неравновесных состоянии, и, как следствие, необратимые процессы невозможно осуществить в обратном направлении до полного возвращения термодинамической системы в исходное состояние без дополнительных затрат энергии извне.

Величина этого дополнительного энергетического воздействия может служить мерой необратимости совершенного процесса.


Аналитическое выражение первого и второго законов термодинамики для обратимых и необратимых процессов.


Первый закон термодинамики для обратимых процессов имеет вид





Энергетический баланс для элементарного необратимого процесса примет вид





Но а

Т.к. из-за необратимости часть работы перейдет в теплоту и частично пойдет на увеличение внутренней энергии газа, а частично на совершение работы.

Форма первого закона теплодинамики для обоих случаев одинакова, различие состоит только в численном перераспределении энергии между составляющими энергетического баланса, вследствие наличия в действительных процессах не обратимых явлении.

Аналитическое выражение второго закона термодинамики обычно связывают с термодинамической функцией состояния – энтропией, которая согласно рассмотренному выше принципу Карно-Клаузиуса имеет дифференциальную форму.





Изменения энтропии в бесконечно малом обратимом процессе будет





В необратимом процессе из-за наличия трения




Следовательно



на величину


Могут представиться два частных случая:

  1. термодинамический процесс будет адиабатным, т.е.

  2. осуществляется теплообмен между телами без совершения работы расширения или сжатия.

Покажем, что в этих случаях будет иметь место неравенство





Обратимый адиабатный процесс будет изоэнтропийный () , т.е. .

Необратимый адиабатный процесс не является изоэнтропийный, поскольку





- будет всегда величиной положительной и отличной от нуля, следовательно, для адиабатных процессов справедливо неравенство





Обратимый процесс теплообмена между телами будет изоэнтропийный, поскольку условием обратимого теплообмена является тепловое равновесие, т.е. равенство температур. В результате при отсутствии разности температур dq = P, то dS = 0, а S = const, т.е. изменение энтропии отсутствует. Неравновесный процесс передачи теплоты dq будет сопровождаться уменьшением энтропии теплоотдатчика на величину - и возрастанием энтропии теплоприемника на несколько большую величину , поскольку .

Очевидно, что необратимый теплообмен, в целом также будет сопровождаться увеличением энтропии с учетом вышесказанного аналитическое выражение второго начала термодинамики записывают





Знак = относится к обратимым процессам, а знак неравенства к необратимым или для адиабатных процессов .


Приложения второго закона термодинамики.


Диаграмма T-S


В 1872 г. Бельпером была предложена плоская система термодинамического анализа термодинамических процессов.


T

1





T 2



0 S

dS


Величина количества теплоты элементарного процесса аb, будет эквивалентна элементарной площадке , т.е. произведению ТdS, т.к. dq = TdS – согласно аналитическому выражению второго начала термодинамики.

Общее количество теплоты подводимое (отводимое) в процессе 1-2, эквивалентно площади под линией данного процесса, поскольку





поэтому часто диаграмма Т-S называется «тепловой диаграммой».

На T-S диаграмме видно, в каком процессе теплота подводиться, а в каком отводится. Процесс 1-2 сопровождается подводом теплоты, поскольку энтропия в процессе 1-2 возрастает, а согласно аналитическому выражению второго начала термодинамики знаки изменения энтропии и теплоты совпадают , т.к. абсолютная температура имеет всегда положительное значение.


Термодинамические процессы в системе координат Т-S.


Изображение процесса в тепловой системе координат определяется конкретным для данного термодинамического процесса значением функциональной зависимости Т = f(S). Вид процесса в координатах Т-S характеризуется величиной производной , которая согласно второму закону и определению истинной теплоемкости в любой точке процесса будет равна





Эту зависимость примем за основу для исследования термодинамических процессов в тепловой системе координат.


Изохорный процесс


Угловой коэффициент для изохоры (V=const) принимаем следующий вид

T n=k n=

n=0

n=1 A n=1

n=0

n=

n=k

S


т.е. с увеличением температуры возрастает.

Следовательно, изохора в T-S координатах кривая, обращенная своей выпуклостью вниз. Площадь под изохорой эквивалентна изменению внутренней энергии , которым сопровождается изохорный процесс. Изменение внутренней энергии за счет подвода или отвода теплоты. Рассмотрим семейство изохор. Расстояние по горизонтали (Т=idem) между изохромами различных объемов согласно формуле


- из раздела вычисления энтропии

T




1 2






S







т.е. изохоры и являются эквидистантными линиями. При этом угловые коэффициенты изохор в соответствующих точках (Т=idem) будут одинаковы, поскольку при T=idem и . Изохоры больших удельных объемов располагаются дальше от оси ординат, т.к. при изменение энтропии, положительное, а при - отрицательное.


Изобарный процесс


Угловой коэффициент изобары (Р=const) в координатах Т-S будет




T







1






S







T





A


S




Через т.А проведены изохора и изобара. Изобара является более пологой линией, чем изохора, что объясняется различием угловых коэффициентов этих линий при Т=idem




поскольку Ср>Cv. Это различие показано графически отрезками подкасательных изобар Ср и изохоры Сv в точке А.

Расстояние по горизонтали (Т=idem) между изобарами и cогласно уравнению составит величину


- из раздела вычисления энтропии





это значит, что изобары являются эквидистантными линиями. Изобары больших давлении располагаются ближе к оси координат, , соответствует убыванию энтропии, а - возрастание энтропии.

Изотермический процесс.

Изотерме (Т=const) соответствует нулевое значение углового коэффициента, поскольку это процесс с бесконечно большим значением теплоемкости. Семейство изотерм параллельно оси абсцисс. Площадь под изотермой эквивалентна количеству тепла, подводимому в процессе 1-2 (или отводимому) площадь может быть представлена произведением


и

T

или

1 2




S


Адиабатный процесс.





T 1




2


S S

Адиабате соответствует нулевое значение теплоемкости(dq=0)

Адиабаты – обратимые являются изоэнтропами (S=const).

Процесс 1-2 – обратимый – идет без теплообмена с окружающей средой.

Необратимый адиабатный процесс .

Сопровождается внутренним тепловыделением (), поэтому он не будет изоэнтропийным. Площадь под - эквивалентна внутреннему тепловыделению , которое приводит к увеличению энтропии газа на величину .


Политропный процесс.

Угловой коэффициент политропного процесса в системе координат T-S определяется из зависимости:

,


n-показатель политропы, если подставлять различные значения n от 0 до , то получается угловые коэффициенты всевозможных газовых процессов, в том числе и рассмотренные выше.

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconКалендарно-тематический план лекций на I семестр
Основы химической термодинамики. Термодинамика химического равновесия. Процессы обратимые и необратимые

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconКонтрольная работа №1 Термодинамика. Гетерогенное равновесие. Растворы
Основные понятия термодинамики: система, виды систем (изолированная, закрытая, открытая), функция процесса, функция состояния, самопроизвольные...

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconКафедра естествознания Авторская работа Тема: “Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Принцип Ле Шателье
Цель работы: 1 Изучение особенностей и закономерностей течения химических реакций, как продолжение формирования представлений о различных...

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconЗакон термодинамики. Формулировки, математическая запись. Смысл понятий «внутренняя энергия», «работа», «теплота». Обратимые и необратимые (в термодинамическом смысле)
Первый закон термодинамики. Формулировки, математическая запись. Смысл понятий «внутренняя энергия», «работа», «теплота»

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconЛекция почвообразовательный процесс (2 часа)
Почвообразовательные процессы – это процессы, приводящие к образованию почв из горных пород и органических остатков, а также процессы,...

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconЛекция Модуль «Информационные процессы»
Поиск, отбор, хранение, передача, обработка информации – основные информационные процессы

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconЛекция 20. 11. 09, Им,АТ,эп-05, лекция 30. 11. 09. Тема: «Социальная стратификация и социальная мобильность»
Лекционные потоки: фаи – 08, лекция 20. 11. 09, Р- 09, лекция 24. 11. 09, Эм- 07, лекция 23. 11. 09, Исф- 07, лекция 02. 12. 09,...

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconАктуальность изучения процессов загрязнения призабойной зоны пласта нагнетательных скважин
Как правило, проницаемость призабойной зоны пласта существенно ниже. Уже на стадии бурения во время первичного вскрытия продуктивного...

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconЛекция наука метеорология и климатология
Эти явления и процессы совершаются в атмосфере не изолировано, а в тесном взаимодействии с процессами, происходящими в верхних слоях...

Лекция №9 Обратимые и необратимые процессы iconЛекция I 11 проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое строение лекция III 51 развитие значения слов в онтогенезе лекция IV 67 развитие понятий и методы их исследования лекция V 91 «семантические поля»
...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница