Entalpija Entropija i Drugi zakon termodinamike

Cilj je razviti temeljno razumijevanje sljedećih koncepta:

• Unutarnja energija i Prvi zakon termodinamike

• Ciklični i proizvoljni proces sustava

• Reverzibilnost i ireverzibilnost

• Entropija i entalpija

• Drugi zakon termodinamike

Unutarnja energija i Prvi zakon termodinamike

Kada se energija molekula unutar sustava povezuje s svojstvima sustava, tada se to naziva unutarnja energija (u).
Energija se ne može stvoriti niti uništiti, i na temelju tog principa, unutarnja energija (u) sustava mijenja se kad energija prelazi granicu sustava.
Tako se Prvi zakon termodinamike može izraziti kao ispod kada toplina/rad interagira s sustavom.

U gornjoj jednadžbi u predstavlja unutarnju energiju po jedinici mase, a q i w su toplina i rad po jedinici mase redom. Konvencija oznaka prihvaćena u gornjoj jednadžbi je:
dq > 0 (smatra se pozitivnim) ⇒ Prijenos topline u sustav
dq < 0 (smatra se negativnim) ⇒ Prijenos topline iz sustava dw > 0 (smatra se pozitivnim) ⇒ Rad izvršen od strane sustava
dw < 0 (smatra se negativnim) ⇒ Rad izvršen na sustav

Ciklični i proizvoljni proces sustava

Jedna od važnih oblika Prvog zakona termodinamike dobiva se kada

Integriramo gornju jednadžbu za ciklični proces.

Kaže se da sustav prolazi cikličnim procesom kada, nakon podvrgnutosti nasumičnim promjenama zbog topline/rada, vrati se u svoje originalno stanje.

Točke za razmatranje su:

1. Integracija diferencijala bilo kojeg stanja svojstva jest razlika njegovih granica.

2. Završno stanje je isto kao i originalno stanje, a unutarnja energija sustava se nije promijenila.

Tako kada

Početno i završno stanje unutarnje energije u gornjoj jednadžbi predstavljaju i i f. Uvrštavanjem gornjeg u jednadžbu (1), onda,

Jednadžba (2) predstavlja integral svih radova izvršenih od strane sustava ili neto rad izvršen od strane sustava jednak je integralu svih prijenosa topline u sustav. Inženjerska termodinamika dalje istražuje koncepte sustava i procesa.

Proizvoljni proces sustava

To je rezultat Prvog zakona termodinamike i vezano je za jednadžbu (1) ako sustav uključuje proizvoljni proces.

U ovoj jednadžbi q i w su neto prijenos topline i neto rad za proces, dok su uf i ui konačne i početne vrijednosti unutarnje energije (u). U tvrdom i izoliranom adijabatskom sustavu (w = 0, q = 0), njegova unutarnja energija (u) ostaje nepromijenjena. Tada iz jednadžbe (2) cikličnog procesa.

Reverzibilnost i ireverzibilnost

Kaže se da sustav prolazi procesom kada njegovo početno stanje mijenja se u završno stanje. Svojstva poput tlaka, volumena, entalpije, temperature, entropije itd. mijenjaju se tijekom termodinamičkog procesa. Drugi zakon termodinamike kategorizira procese pod dvije glave

• Idealni ili reverzibilni procesi

• Prirodni ili ireverzibilni procesi

Ako su varijacije temperature (t) i tlaka (p) beskonačno male u sustavu koji prolazi procesom, tada se proces može nazvati blizu ravnotežnih stanja ili približan reverzibilnosti.
Proces se smatra reverzibilnim internim ako se originalno stanje vraća u suprotnom smjeru.
Proces se smatra eksternim reverzibilnim ako se okruženje koje prati promjenu također može vratiti u niz.
Reverzibilni proces je onaj koji je reverzibilan i interni i eksterni.
Kako bi se mjerila uspjeh realnih procesa, stručnjaci koriste reverzibilni proces kao mjerilo za usporedbu i približavanje realnih i stvarnih procesa reverzibilnosti smanjenjem gubitaka kako bi se povećala učinkovitost procesa.

Ireverzibilnost

Kada stvarni procesi ne ispunjavaju zahtjeve reverzibilnosti, tada se procesi nazivaju ireverzibilnim.
U ireverzibilnom procesu početno stanje sustava i okruženja se ne može vratiti u početno stanje iz konačnog stanja. Entropija sustava značajno poraste u ireverzibilnom procesu, a vrijednost se ne može vratiti na početnu vrijednost iz konačne vrijednosti.
Ireverzibilnost postoji zbog varijacija tlaka, sastava, temperature, sastava uglavnom uzrokovanih prijenosom topline, trenjem u čvrstim i tekućim tijelima, kemijskim reakcijama. Stručnjaci se trude smanjiti učinke ireverzibilnosti u procesima i mehanizmima.

Entropija i entalpija

Poput unutarnje energije, entropija i entalpija su termodinamička svojstva. Entropija je predstavljena simbolom s, a promjena entropije Δs u kJ/kg-K. Entropija je stanje poremećaja. Entropija je predmet drugog Zakona termodinamike koji opisuje promjene entropije u sustavu i okruženju s obzirom na svemir.
Entropija je definirana kao omjer prijenosa topline apsolutnoj temperaturi u sustavu za reverzibilni termodinamički put.

Gdje, qrev označava prijenos topline duž reverzibilnog puta.
Entalpija (h) je svojstvo stanja i definirana je kao,

Gdje, h je specifična entalpija, u je specifična unutarnja energija, v je specifični volumen, p je tlak.
Iz jednadžbe (1)

Stoga

Diferenciranjem jednadžbe (4) i uvrštavanjem u gornju jednadžbu, onda

Obje gornje jednadžbe su vezane za promjene entropije za reverzibilne procese zbog promjena unutarnje energije i volumena u prvoj, a promjena entalpije i tlaka u drugoj jednadžbi.
Budući da su sve količine u ovim dvjema jednadžbama svojstva stanja, entropija je također termodinamičko svojstvo.

Drugi zakon termodinamike

Drugi zakon termodinamike poznat je po opisu njegovih ograničenja na svemir u smislu što svemir može učiniti. 2nd Zakon više ima veze s neefikasnošću, raspadom i degeneracijom.
U našim dnevno aktivnostima, koje su po prirodi neefikasne i ireverzibilne procese.
Drugi zakon termodinamike može se udobnije izraziti s obzirom na entropiju:
Entropija definirana je kao infinitezimalna promjena entropije sustava (dS) kao omjer mjerene količine topline koja je ušla u zatvoreni sustav (dqrev) i zajedničke temperature (T) na mjestu gdje se dogodio prijenos topline.

Drugi zakon termodinamike kaže da "Promjena entropije smatra se nenegativnom".
ILI
Energijska univerzuma postepeno teži prema stanju poremećaja

Izjava: Poštujte original, dobre članke vrijedi podijeliti, ukoliko postoji kršenje autorskih prava kontaktirajte za brisanje.