Entalpie, entropie a druhý zákon termodynamiky

Cílem je rozvinout základní pochopení následujících konceptů:

• Vnitřní energie a první zákon termodynamiky

• Cyklický a libovolný proces systému

• Reverzibilita a ireverzibilita

• Entropie a entalpie

• Druhý zákon termodynamiky

Vnitřní energie a první zákon termodynamiky

Když je energie molekuly v rámci systému spojena s vlastnostmi systému, pak se nazývá vnitřní energie (u).
Energie se nemůže vytvořit ani zničit a na základě tohoto principu se vnitřní energie systému (u) mění, když energia překročí hranici systému.
První zákon termodynamiky lze tedy vyjádřit níže uvedeným způsobem, když teplo/práce interaguje s systémem.

V uvedené rovnici u znamená vnitřní energii na jednotku hmotnosti a q a w jsou teplo a práce na jednotku hmotnosti. Konvence znaménka použitá v uvedené rovnici je:
dq > 0 (považováno za kladné) ⇒ Přenos tepla do systému
dq < 0 (považováno za záporné) ⇒ Přenos tepla ze systému dw > 0 (považováno za kladné) ⇒ Práce vykonaná systémem
dw < 0 (považováno za záporné) ⇒ Práce vykonaná na systém

Cyklický a libovolný proces systému

Jedna z důležitých forem prvního zákona termodynamiky je získána, když

Integrujeme výše uvedenou rovnici pro cyklický proces.

Systém se považuje za cyklický, když po podrobení náhodným změnám na základě tepla/práce se vrátí do svého původního stavu.

Body k zamyšlení jsou:

1. Integrace diferenciálu jakékoli stavové vlastnosti je rozdíl jejích mezí.

2. Koncový stav je stejný jako původní stav a není žádná změna vnitřní energie systému.

Takže když

Počáteční a konečný stav vnitřní energie v uvedené rovnici je reprezentován i a f. Dosazením výše do rovnice (1), pak,

Rovnice (2) je reprezentací integrálu všech prací vykonaných systémem nebo neto práce vykonané systémem je rovna integrálu všech přenesených tepel do systému. Inženýrská termodynamika dále zkoumá koncepty systémů a procesů.

Libovolný proces systému

Je to výsledek prvního zákona termodynamiky a je spojeno s rovnicí (1), pokud systém zahrnuje libovolný proces.

V této rovnici jsou q a w celkové přenesené teplo a celková práce pro proces, zatímco uf a ui jsou konečné a počáteční hodnoty vnitřní energie (u). V pevném a izolovaném adiabatickém systému (w = 0, q = 0) pak jeho vnitřní energie (u) zůstává nezměněná. Pak z rovnice (2) cyklického procesu.

Reverzibilita a ireverzibilita

Říká se, že systém prochází procesem, když jeho počáteční stav se mění na konečný stav. Vlastnosti jako tlak, objem, entalpie, teplota, entropie atd. se mění během termodynamického procesu. Druhý zákon termodynamiky kategorizuje procesy do dvou skupin

• Ideální nebo reverzní procesy

• Přirozené nebo ireverzní procesy

Pokud jsou změny teploty (t) a tlaku (p) v systému, který prochází procesem, nekonečně malé, pak se proces může označit jako blízký rovnovážným stavy nebo blížící se k reverzibilnímu stavu.
Proces se říká, že je reverzní interně, pokud je původní stav obnoven v opačném směru.
Proces se říká, že je externě reverzní, pokud lze změnu provázejícího prostředí také obrátit v posloupnosti.
Reverzní proces je ten, který je reverzní jak interně, tak externě.
Aby bylo možné měřit úspěch skutečných procesů, odborníci používají reverzní proces jako míru pro porovnání a přibližení skutečných a skutečných procesů k reverzibilitě snížením ztrát, aby zvýšili efektivitu procesů.

Ireverzibilita

Když skutečné procesy nesplňují požadavky na reverzibilitu, pak se proces označuje jako ireverzní.
Při ireverzním procesu nelze původní stav systému a okolí vrátit z konečného stavu zpět do počátečního stavu. Entropie systému při ireverzním procesu prudce roste a hodnota se nedá vrátit z konečné hodnoty zpět na počáteční hodnotu.
Ireverzibilita trvá kvůli změnám tlaku, složení, teploty, složení, hlavně způsobených přenosem tepla, třením v tuhých a kapalných látkách, chemickými reakcemi. Odborníci se snaží snížit dopady ireverzibility v procesech a mechanismech.

Entropie a entalpie

Stejně jako vnitřní energie, entropie a entalpie jsou termodynamické vlastnosti. Entropie je reprezentována symbolem s a změna entropie Δs v kJ/kg-K. Entropie je stavem neuspořádanosti. Entropie je předmětem druhého zákona termodynamiky, který popisuje změnu entropie v systému a okolí vzhledem k vesmíru.
Entropie je definována jako poměr přeneseného tepla k absolutní teplotě v systému pro reverzní termodynamickou cestu.

Kde, qrev označuje přenos tepla po reverzní cestě.
Entalpie (h) je vlastnost stavu a je definována jako,

Kde, h je specifická entalpie, u je specifická vnitřní energie, v je specifický objem, p je tlak.
Z rovnice (1)

Proto

Derivací rovnice (4) a dosazením do výše uvedené rovnice, pak

Obě výše uvedené rovnice jsou spojeny se změnami entropie pro reverzní procesy v důsledku změn vnitřní energie a objemu v první rovnici a změn entalpie a tlaku v druhé rovnici.
Jelikož všechny veličiny v těchto dvou rovnicích jsou stavové vlastnosti, entropie je také termodynamickou vlastností.

Druhý zákon termodynamiky

Druhý zákon termodynamiky je známý tím, že popisuje své limity na vesmír v tom, co může vesmír udělat. 2nd Zákon se více zabývá ineffektivitami, degradací a degenerací.
V našem každodenním životě provádíme činnosti, které jsou podstatou ineffektivní a ireverzní procesy.
2. zákon termodynamiky lze lépe vyjádřit vzhledem k entropii:
Entropie je definována jako infinitesimální změna entropie systému (dS) je poměr měřeného množství tepla, které vstoupilo do uzavřeného systému (dqrev) a společná teplota (T) v bodě, kde došlo k přenosu tepla.

Druhý zákon termodynamiky stanovuje, že "Změna entropie se považuje za nezápornou".
NEBO
Energie vesmíru se postupně přibližuje stavu neuspořádanosti

Prohlášení: Respektujte původ, dobaře napsané