Entalpio Entropio kaj la dua leĝo de termodinamiko

La celo estas disvolvi la bazan komprenon de la jenaj konceptoj:

• Interna energio kaj unua leĝo de termodinamiko

• Cikla kaj arbitra procezo de sistemo

• Revertebleco kaj nevertebleco

• Entropio kaj entalpio

• Dua leĝo de termodinamiko

Interna Energio kaj Unua Leĝo de Termodinamiko

Kiam la energio de molekulo en sistemo estas asociita kun la ecoj de la sistemo, ĝi nomiĝas interna energio (u).
Energio ne povas esti kreita aŭ malaperigita, kaj sur bazo de ĉi tiu principo, la interna energio (u) de la sistemo ŝanĝiĝas kiam energio trapasas la limon de la sistemo.
Tiel la unua leĝo de termodinamiko povas esti esprimita kiel sube, kiam varmo/laboro interagas kun la sistemo.

En la supra ekvacio u estas la interna energio per-unuo-maso, kaj q kaj w estas varmo kaj laboro per unuo maso respektive. La signa konvencio adoptita en la supra ekvacio estas:
dq > 0 (konsiderata pozitiva) ⇒ Varmotransfero al la sistemo
dq < 0 (konsiderata negativa) ⇒ Varmotransfero el la sistemo dw > 0 (konsiderata pozitiva) ⇒ Laboro farita de la sistemo
dw < 0 (konsiderata negativa) ⇒ Laboro farita sur la sistemo

Cikla kaj Arbitra Procezo de Sistemo

Unu el la gravaj formoj de la unua leĝo de termodinamiko estas akiritaj kiam

Ni integras la supran ekvacion por cikla procezo.

Sistemo diriĝas esti en cikla procezo, kiam post hazardaj ŝanĝoj pro varmo/laboro ĝi revenas al sia originala stato.

Punktoj por konsideri estas:

1. Integro de diferencialo de ajna stato-proprio estas la diferenco de ĝiaj limoj.

2. La fina stato estas sama kiel la originala stato, kaj ne estas ŝanĝo en la interna energio de la sistemo.

Tiel kiam

La komenca kaj fina stato de interna energio en la supra ekvacio estas reprezentitaj per i kaj f. Substituante supre en ekvacio (1) tiam,

Ekvacio (2) estas la reprezentado de integralo de ĉiu laboro farita de la sistemo aŭ net-laboro farita de la sistemo egalas al la integralo de ĉiu varmotransfero en la sistemon. Inĝeniera termodinamiko plue esploras la konceptojn de sistemoj kaj procezoj.

Arbitra Procezo de Sistemo

Ĝi estas la rezulto de la unua leĝo de termodinamiko kaj rilatas al ekvacio (1) se sistemo implikas arbitran procezon.

En ĉi tiu ekvacio q kaj w estas la net-varmo transdonita kaj net-laboro por la procezo respektive, dum uf kaj ui estas la finaj kaj komencaj valoroj de interna energio (u). En rigida kaj izolita adiabata sistemo (w = 0, q = 0), do ĝia interna energio (u) restas senŝanĝa. Tiam el ekvacio (2) de cikla procezo.

Revertebleco kaj Nevertebleco

Oni diras, ke sistemo subiras procezon, kiam ĝia komenca stato ŝanĝiĝas al fina stato. Ecoj kiel premo, volumeno, entalpio, temperaturo, entropio etc. ŝanĝiĝas dum termodinamika procezo. La dua leĝo de termodinamiko kategorias la procezojn sub du kapoj

• Idealaj aŭ revertiblaj procezoj

• Naturaj aŭ nevertiblaj procezoj

Se temperaturo (t) kaj premvariaĵoj estas infinitesimalaj en sistemo, kiu subiras procezon, tiam la procezo povas esti nomita proksima al ekvilibraj stato aŭ proksimanta al revertibleco.
La procezo estas dirita esti intern-revertibla, se la originala stato estas restaŭrita en inversa direkto.
La procezo estas dirita esti ekstere-revertibla, se la medio akompananta la ŝanĝon ankaŭ povas esti inversigita sekvencaje.
Revertibla procezo estas tia, kiu estas revertibla kaj interne kaj ekstere.
Por mezuri la sukceson de realaj procezoj, profesiaj uzas revertiblan procezon kiel mezuron por kompari kaj proksimiĝi la realajn kaj efektivajn procezojn al revertibleco per malaltigo de perdoj por pligrandigi la efikecon de la procezoj.

Nevertebleco

Kiam realaj procezoj ne kontentigas la postulojn de revertibleco, tiam la procezoj estas nomitaj nevertiblaj.
En nevertibla procezo la komenca stato de la sistemo kaj ĝia okolondo ne povas esti rekondukta al la komenca stato el la fina stato. La entropio de la sistemo rapide pligrandiĝas en nevertibla procezo, kaj la valoro ne povas esti rekondukta al la komenca valoro el la fina valoro.
Nevertebleco persistas pro varias de premvariaĵoj, kompono, temperaturo, kompono plejparte kaŭzita de varmotransfero, friccio en solidoj kaj likvaĵoj, kemia reakcio. Profesiaj estas okupataj meti sian penon por malaltigi la efektojn de nevertebleco en procezoj kaj mekanismoj.

Entropio kaj Enthalpio

Kiel interna energio, entropio kaj entalpio estas termodinamikaj ecoj. La entropio estas reprezentita per simbolo s kaj ŝanĝo en entropio Δs en kJ/kg-K. Entropio estas stato de malordo. Entropio estas subjekto de la dua leĝo de termodinamiko, kiu priskribas ŝanĝon en entropio en sistemo kaj ĝirlando kun respekto al Universo.
Entropio estas difinita kiel rilatumo de varmotransfero al la absoluta temperaturo en sistemo por revertibla termodinamika vojo.

Kie, qrev signifas varmotransferon laŭ revertibla vojo.
Enthalpio (h) estas eco de stato kaj estas difinita kiel,

Kie, h estas specifa entalpio, u estas specifa interna energio, v estas specifa volumeno, p estas la premvariaĵo.
El ekvacio (1)

Do

Per diferenciado de eq (4) kaj substiteco ĝin en la supra ekvacio, tiam

Ambaŭ de la supraj ekvacioj estas rilataj al ŝanĝoj en entropio pro revertiblaj procezoj pro ŝanĝoj en interna energio kaj volumeno en la antaŭa kaj pro ŝanĝoj en entalpio kaj premvariaĵo en la lasta ekvacio.
Ĉar ĉiuj kvantoj en ĉi tiuj du ekvacioj estas stato-eco, do entropio ankaŭ estas termodinamika eco.

Dua Leĝo de Termodinamiko

Dua leĝo de termodinamiko estas konata pro priskribo de ĝiaj limoj sur universo en termoj de kio universo povas fari. 2a Leĝo estas pli pri traktado de malkapableco, disfalo kaj degenerado.
Ni faras agadojn en nia tagmezuriga vivo, kiuj estas nature nekapablaj kaj nevertiblaj procezoj.
2a leĝo de termodinamiko povas pli oportune esprimiĝi rilate al entropio:
Entropio difinita kiel infinitesimala ŝanĝo en entropio de sistemo (dS) estas rilatumo de mezurita kvanto de varmo, kiu eniris en fermitan sistemon (dqrev) kaj la komuna temperaturo (T) je la punkto, kie okazis la varmotransfero.

Dua leĝo de termodinamiko statas, ke “Ŝanĝo en entropio estas konsiderata ne-negativa”.
AŬ
Universa energio graduale moviĝas al stato de malordo

Deklaro Respektu la originalon bonaj artikoloj meritas dividadi se estas krado kontaktu por forigi.