Enthalpi, Entropi, og Anden Hovedlov i Termodynamik

Formålet er at udvikle en grundlæggende forståelse af følgende koncepter:

• Indre Energi og Første Termodynamikken Lov

• Systemets cykliske og vilkårlige proces

• Omvendelighed og uigenkaldelighed

• Entropi og entalpi

• Anden Termodynamikkens Lov

Indre Energi og Første Termodynamikkens Lov

Når energien i et molekyl inden for et system forbinder med systemets egenskaber, kaldes det for indre energi (u).
Energi kan hverken oprettes eller destrueres, og baseret på dette princip ændrer systemets indre energi (u) sig, når energi krydser systemets grænse.
Således kan første lov om termodynamik udtrykkes som nedenfor, når varme/arbog interagerer med systemet.

I ovenstående ligning er u den indre energi pr. masseenhed, og q og w er varme og arbejde pr. massehenhed henholdsvis. Konventionen vedrørende fortegn i ovenstående ligning er:
dq > 0 (beregnes som positivt) ⇒ Varmetransfer til systemet
dq < 0 (beregnes som negativt) ⇒ Varmetransfer fra systemet dw > 0 (beregnes som positivt) ⇒ Arbejde udført af systemet
dw < 0 (beregnes som negativt) ⇒ Arbejde udført på systemet

Cyklisk og vilkårlig proces i et system

En af de vigtige former for første lov om termodynamik opnås, når

Vi integrerer ovenstående ligning for en cyklisk proces.

Et system siges at være i en cyklisk proces, når det efter at have gennemgået tilfældige ændringer pga. varme/arbog returnerer til dets oprindelige tilstand.

Punkter at overveje er:

1. Integration af differentialer for enhver tilstands egenskab er forskellen mellem dens grænser.

2. Den endelige tilstand er den samme som den oprindelige tilstand, og der er ingen ændring i systemets indre energi.

Således, når

Den indledende og den endelige tilstand af den indre energi i ovenstående ligning repræsenteres af i og f. Ved at indsætte ovenstående i ligning (1), så,

Ligning (2) er repræsentationen af integralet af alt arbejde udført af systemet eller netværket udført af systemet, der er lig med integralet af alle varmetransfer ind i systemet. Ingeniørtermodynamik undersøger yderligere koncepterne om systemer og processer.

Vilkårlig proces i et system

Det er resultatet af første lov om termodynamik og relateret til ligning (1), hvis et system involverer en vilkårlig proces.

I denne ligning er q og w det netto overførte varme og det netto arbejde for processen henholdsvis, mens uf og ui er slut- og begyndelsesværdierne for den indre energi (u). I et rigidt og isoleret adiabatisk system (w = 0, q = 0) forbliver dets indre energi (u) uændret. Så fra ligning (2) for en cyklisk proces.

Omvendelighed og Uigenkaldelighed

Et system siges at gennemgå en proces, når dets indledende tilstand ændres til den endelige tilstand. Egenskaber som tryk, volumen, entalpi, temperatur, entropi osv. ændres under en termodynamisk proces. anden lov om termodynamik kategoriserer processerne under to overskrifter

• Ideelle eller omvendelige processer

• Naturlige eller uigenkaldelige processer

Hvis temperatur (t) og tryk (p) variationer er infinitesimale i et system, der gennemgår en proces, kan processen betegnes som nær ligevægtsstater eller nær omvendelighed.
Processen siges at være intern omvendelig, hvis den oprindelige tilstand genoprettes i omvendt retning.
Processen siges at være ekstern omvendelig, hvis miljøet, der ledsager ændringen, også kan omvendes i sekvens.
Omvendelig proces er en, der er omvendelig både internt og ekstern.
I forhold til at måle succesen af reelle processer, bruger professionelle omvendelige processer som målestok for at sammenligne og bringe de reelle og faktiske processer tættere på omvendelighed ved at nedbringe tab for at øge effektiviteten af processerne.

Uigenkaldelighed

Når reelle processer ikke opfylder kravene til omvendelighed, kaldes processen for uigenkaldelig.
I uigenkaldelige processer kan den indledende tilstand af systemet og omgivelserne ikke bringes tilbage til den indledende tilstand fra den endelige tilstand. Systemets entropi stiger skarpt i uigenkaldelige processer, og værdien kan ikke bringes tilbage til den indledende værdi fra den endelige værdi.
Uigenkaldelighed findes på grund af variationer i tryk, sammensætning, temperatur, sammensætning hovedsageligt forårsaget af varmetransfer, friktion i faste og flydende stoffer, kemiske reaktioner. Professionelle er travlt optaget af at sætte deres anstrengelser for at reducere effekten af uigenkaldelighed i processer og mekanismer.

Entropi og entalpi

Ligesom den indre energi er entropi og entalpi termodynamiske egenskaber. Entropi repræsenteres af symbol s, og ændring i entropi Δs i kJ/kg-K. Entropi er en tilstand af uorden. Entropi er emnet for anden lov om termodynamik, der beskriver entropiændringer i system og omgivelser i forhold til universet.
Entropi defineres som forholdet mellem varmetransfer til absoluttemperaturen i et system for en omvendelig termodynamisk vej.

Hvor, qrev angiver varmetransfer langs en omvendelig vej.
Enthalpi (h) er en egenskab for tilstand og defineres som,

Hvor, h er specifik entalpi, u er specifik indre energi, v er specifik volumen, p er trykket.
Fra ligning (1)

Derfor

Ved at differentiere ligning (4) og indsætte den i ovenstående ligning, så

Både ovenstående ligninger er relaterede til ændringer i entropi for omvendelige processer på grund af ændringer i indre energi og volumen i den første og til ændring i entalpi og tryk i den sidste ligning.
Efter at alle størrelser i disse to ligninger er tilstands egenskaber, er entropi også en termodynamisk egenskab.

Anden lov om termodynamik

anden lov om termodynamik er kendt for at beskrive dets grænser for universet i forhold til, hvad universet kan gøre. 2nde lov handler mere om ineffektivitet, nedbrydning og degeneration.
Vi udfører aktiviteter i vores daglige liv, der af naturen involverer ineffektive og uigenkaldelige processer.
2. lov om termodynamik kan mere bekvemt udtrykkes med hensyn til entropi:
Entropi defineres som infinitesimal ændring i entropi af et system (dS) er forholdet mellem mængden af målt varme, der har trængt ind i det lukkede system (dqrev) og den almindelige temperatur (T) ved det punkt, hvor varmetransfer fandt sted.

Anden lov om termodynamik siger, at "Ændringen i entropi betragtes som ikke-negativ".
ELLER
Universets energi bevæger sig gradvist mod en tilstand af uorden

Erklæring: Respektér originaliteten, godt artikel fortjener at deles, hvis der sker overskridelse bedes kontakt slettes.