Целта е да се разви основно разбирање за следните концепти:
Внатрешна енергија и прв закон на термодинамиката
Цикличен и произволен процес на системот
Реверзивност и ирреверзивност
Ентропија и енталпија
Вториот закон на термодинамиката
Кога енергијата на молекулите во системот е поврзана со својствата на системот, тогаш тоа се нарекува внатрешна енергија (u).
Енергијата не може да се создаде ниту да се уништи, и според овој принцип, внатрешната енергија (u) на системот се менува кога енергијата преминува преку границата на системот.
Така, првиот закон на термодинамиката може да се изрази како што е дадено подолу кога топлина/работа интеракцира со системот.
В горната равенка, u е внатрешната енергија по единична маса, а q и w се топлина и работа по единична маса соодветно. Конвенцијата за знакови прифатена во горната равенка е:
dq > 0 (сметано како позитивно) ⇒ Трансфер на топлина кон системот
dq < 0 (сметано како негативно) ⇒ Трансфер на топлина од системот dw > 0 (сметано како позитивно) ⇒ Работа извршена од системот
dw < 0 (сметано како негативно) ⇒ Работа извршена на системот
Еден од важните форми на првиот закон на термодинамиката се добива кога
Интегрираме горната равенка за цикличен процес.
Системот се вели дека е во цикличен процес, кога постапокот на случајни промени поради топлина/работа враќа системот до неговата првобитна состојба.
Понуди за размислување се:
Интеграција на било која диференцијална вредност на состојба е разликата на неговите граници.
Крајната состојба е иста како и првобитната состојба, и нема промена во внатрешната енергија на системот.
Така, кога
Почетната и крајната состојба на внатрешната енергија во горната равенка се претставени со i и f. Заменувајќи го горенаведеното во равенката (1), тогаш,
Равенката (2) е претстава на интегралот на сите работи извршени од системот или нетната работа извршена од системот е еднаква на интегралот на сите трансфери на топлина во системот. Инженерска термодинамика дополнително ги истражува концептите на системи и процеси.
Ова е резултат од првиот закон на термодинамиката и е поврзан со равенката (1) ако системот вклучува произволен процес.
В оваа равенка, q и w се сите трансфери на топлина и сите работи за процесот соодветно, додека uf и ui се крајните и почетните вредности на внатрешната енергија (u). Во тврд и изолиран адиабатски систем (w = 0, q = 0), тогаш неговата внатрешна енергија (u) останува непроменета. Тогаш, од равенката (2) на цикличен процес.
Системот се вели дека минува низ процес кога неговата почетна состојба се менува во крајна состојба. Својства како притисок, волумен, енталпија, температура, ентропија итн се менуваат во текот на термодинамички процес. Вториот закон на термодинамиката класифицира процесите под две главни категории
Идеални или реверзивни процеси
Природни или ирреверзивни процеси
Ако варијациите на температурата (t) и притисокот (p) се бесконечно малечки во системот, кој минува низ процес, тогаш процесот може да се нарече близу до равновесни состојби или приближувачки реверзивен.
Процесот се вели дека е реверзивен внатрешно ако првобитната состојба се враќа назад во обратна насока.
Процесот се вели дека е реверзивен надворешно ако околината која ја придружува промената исто така може да се врати назад во последователност.
Реверзивниот процес е онај кој е реверзивен како внатрешно, така и надворешно.
За да се мери успехот на реалните процеси, професионалците користат реверзивниот процес како мера за споредување и придвижување на реалните и актуелни процеси поблиску до реверзивността, намалувајќи ги губитките за да се зголеми ефикасноста на процесите.
Кога реалните процеси не успеат да задоволат барањата на реверзивноста, тогаш процесот се нарекува ирреверзивен.
Во ирреверзивен процес, почетната состојба на системот и околината не може да се вратат назад до почетната состојба од крајната состојба. Ентропијата на системот се зголемува стресно во ирреверзивен процес, и вредноста не може да се врати назад до почетната вредност од крајната вредност.
Ирреверзивноста се појавува поради варијации во притисок, состав, температура, состав, предизвикани од трансфер на топлина, триенje во тврдо и течно, хемиски реакции. Професионалците се трудат да намалат ефектите на ирреверзивноста во процесите и механизми.
Како внатрешна енергија, ентропијата и енталпијата се термодинамички својства. Ентропијата е претставена со симбол s, а промената во ентропијата Δs во kJ/kg-K. Ентропијата е состојба на неуред. Ентропијата е предмет на вториот закон на термодинамиката, кој опишува промената во ентропијата во системот и околината во однос на Универзумот.
Ентропијата е дефинирана како количник на трансфер на топлина на абсолютната температура во системот за реверзивна термодинамичка патека.
Каде, qrev означува трансфер на топлина по реверзивна патека.
Енталпијата (h) е својство на состојба и е дефинирана како,
Каде, h е специфична енталпија, u е специфична внатрешна енергија, v е специфичен волумен, p е притисокот.
Од равенката (1)
Значи
Диференцирајќи ја равенката (4) и заменувајќи го во горенаведената равенка, тогаш
Обете равенки се поврзани со промени во ентропијата за реверзивни процеси поради промени во внатрешната енергија и волумен во првата равенка, и промени во енталпијата и притисокот во втората равенка.
Бидејќи сите количества во овие две равенки се состојби на својства, ентропијата исто така е термодинамично својство.
Вториот закон на термодинамиката е познат за опишување на неговите ограничувања на Универзумот во смисла на што може да направи Универзумот. 2ри закон е повеќе за справување со неефикасности, декај и дегенерација.
Минуваме активности во нашиот секојдневен живот кои по својата природа вклучуваат неефикасни и ирреверзивни процеси.
Вториот закон на термодинамиката може да се изрази по удобно во однос на ентропијата:
Ентропијата е дефинирана како бесконечно мал променливо во ентропијата на системот (dS) е количник на мерената количина на топлина која влезела во затворениот систем (dqrev) и заеднич
