Ενθαλπία, Εντροπία και η Δεύτερη Νόμος της Θερμοδυναμικής
Ο στόχος είναι να αναπτυχθεί μια βασική κατανόηση των παρακάτω έννοιων:
Εσωτερική Ενέργεια και Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής
Το κυκλικό και τυχαίο διαδικαστικό ενός συστήματος
Αναστρεψιμότητα και Μη-Αναστρεψιμότητα
Εντροπία και Ενθαλπία
Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής
Εσωτερική Ενέργεια και Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής
Όταν η ενέργεια ενός μόριου εντός ενός συστήματος συνδέεται με την ιδιότητα του συστήματος, τότε ορίζεται ως Εσωτερική Ενέργεια (u).
Η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί και, με βάση αυτή την αρχή, η εσωτερική ενέργεια (u) του συστήματος αλλάζει όταν η ενέργεια διασχίζει τα σύνορα του συστήματος.
Έτσι, ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής μπορεί να εκφραστεί όπως ακολουθεί όταν η θερμότητα/εργασία αλληλεπιδρά με το σύστημα.
Στην παραπάνω εξίσωση, u είναι η εσωτερική ενέργεια ανά μονάδα μάζης και q και w είναι η θερμότητα και η εργασία ανά μονάδα μάζης αντίστοιχα. Η σύμβαση σημάτων που χρησιμοποιείται στην παραπάνω εξίσωση είναι:
dq > 0 (θεωρείται θετικό) ⇒ Μεταφορά θερμότητας προς το σύστημα
dq < 0 (θεωρείται αρνητικό) ⇒ Μεταφορά θερμότητας από το σύστημα dw > 0 (θεωρείται θετικό) ⇒ Εργασία που εκτελείται από το σύστημα
dw < 0 (θεωρείται αρνητικό) ⇒ Εργασία που εκτελείται στο σύστημα
Κυκλικό και Τυχαίο Διαδικαστικό ενός Συστήματος
Μια από τις σημαντικές μορφές του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής προκύπτει όταν
Ολοκληρώνουμε την παραπάνω εξίσωση για ένα κυκλικό διαδικαστικό.
Ένα σύστημα λέγεται ότι βρίσκεται σε κυκλικό διαδικαστικό, όταν, μετά την υποστολή τυχαίων αλλαγών λόγω θερμότητας/εργασίας, επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση.
Σημεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη:
Το ολοκλήρωμα της διαφορικής οποιασδήποτε ιδιότητας κατάστασης είναι η διαφορά των ορίων της.
Η τελική κατάσταση είναι η ίδια με την αρχική και δεν υπάρχει αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια του συστήματος.
Έτσι, όταν
Η αρχική και τελική κατάσταση της εσωτερικής ενέργειας στην παραπάνω εξίσωση αντιπροσωπεύεται από i και f. Αντικαθιστώντας τα παραπάνω στην εξίσωση (1), τότε,
Η εξίσωση (2) είναι η αναπαράσταση του ολοκληρώματος όλης της εργασίας που εκτελείται από το σύστημα ή της συνολικής εργασίας που εκτελείται από το σύστημα είναι ίση με το ολοκλήρωμα όλης της μεταφοράς θερμότητας προς το σύστημα. Μηχανική θερμότητας εξετάζει περαιτέρω τις έννοιες των συστημάτων και των διαδικασιών.
Τυχαίο Διαδικαστικό ενός Συστήματος
Είναι το αποτέλεσμα του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής και σχετίζεται με την εξίσωση (1) αν ένα σύστημα περιλαμβάνει ένα τυχαίο διαδικαστικό.
Σε αυτή την εξίσωση, q και w είναι η συνολική μεταφορά θερμότητας και η συνολική εργασία για τη διαδικασία αντίστοιχα, ενώ uf και ui είναι οι τελικές και αρχικές τιμές της εσωτερικής ενέργειας (u). Σε ένα στερεό και απομονωμένο αδιάβατο σύστημα (w = 0, q = 0), τότε η εσωτερική ενέργεια (u) παραμένει αναλλοίωτη. Τότε, από την εξίσωση (2) ενός κυκλικού διαδικαστικού.
Αναστρεψιμότητα και Μη-Αναστρεψιμότητα
Ένα σύστημα λέγεται ότι υποστηρίζει ένα διαδικαστικό όταν η αρχική του κατάσταση αλλάζει σε τελική κατάσταση. Ιδιότητες όπως πίεση, όγκος, ενθαλπία, θερμοκρασία, εντροπία κλπ. αλλάζουν κατά τη διάρκεια ενός θερμοδυναμικού διαδικαστικού. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής κατηγοριοποιεί τις διαδικασίες σε δύο κεφάλαια
Ιδεώδεις ή αναστρέψιμες διαδικασίες
Φυσικές ή μη-αναστρέψιμες διαδικασίες
Αν οι μεταβολές της θερμοκρασίας (t) και της πίεσης (p) είναι ελάχιστες σε ένα σύστημα, το οποίο υποστηρίζει ένα διαδικαστικό, τότε το διαδικαστικό μπορεί να ονομαστεί ως καταστάσεις κοντά στην ισορροπία ή πλησιάζουν την αναστρεψιμότητα.
Το διαδικαστικό λέγεται ότι είναι εσωτερικά αναστρέψιμο αν η αρχική κατάσταση επαναφέρεται στην αντίστροφη κατεύθυνση.
Το διαδικαστικό λέγεται ότι είναι εξωτερικά αναστρέψιμο αν η περιβάλλουσα αλλαγή που συνοδεύει την αλλαγή μπορεί επίσης να επαναφερθεί σε ακολουθία.
Το αναστρέψιμο διαδικαστικό είναι εκείνο που είναι αναστρέψιμο και εσωτερικά και εξωτερικά.
Για να μετρηθεί η επιτυχία των πραγματικών διαδικασιών, οι επαγγελματίες χρησιμοποιούν το αναστρέψιμο διαδικαστικό ως μέτρο για σύγκριση και φέρνουν τις πραγματικές και πραγματικές διαδικασίες πιο κοντά στην αναστρεψιμότητα, μειώνοντας τις απώλειες προκειμένου να αυξηθεί η απόδοση των διαδικασιών.
Μη-Αναστρεψιμότητα
Όταν οι πραγματικές διαδικασίες αποτυγχάνουν να συμβαδίσουν με τις απαιτήσεις της αναστρεψιμότητας, τότε οι διαδικασίες ονομάζονται μη-αναστρέψιμες.
Σε μη-αναστρέψιμη διαδικασία, η αρχική κατάσταση του συστήματος και της περιβάλλουσας δεν μπορεί να επιστρέψει στην αρχική κατάσταση από την τελική. Η εντροπία του συστήματος αυξάνεται απότομα σε μη-αναστρέψιμη διαδικασία και η τιμή δεν μπορεί να επιστρέψει στην αρχική της τιμή από την τελική.
Η μη-αναστρεψιμότητα συνεχίζεται λόγω των μεταβολών στην πίεση, τη σύνθεση, τη θερμοκρασία, τη σύνθεση, κυρίως λόγω της μεταφοράς θερμότητας, της τριβής σε στερεά κ
