Enthalpie Entropie en de Tweede Wet van de Thermodynamica

Het doel is om een basisbegrip te ontwikkelen van de volgende concepten:

• Interne Energie en de Eerste Wet van de Thermodynamica

• De cyclische en willekeurige processen van een systeem

• Reversibiliteit en Irreversibiliteit

• Entropie en Enthalpie

• Tweede Wet van de Thermodynamica

Interne Energie en de Eerste Wet van de Thermodynamica

Wanneer de energie van een molecuul binnen een systeem verband houdt met de eigenschappen van het systeem, wordt dit aangeduid als Interne Energie (u).
Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd, en op basis van dit principe verandert de interne energie (u) van het systeem wanneer er energie over de grens van het systeem heen gaat.
Zo kan de eerste wet van de thermodynamica worden uitgedrukt zoals hieronder weergegeven wanneer warmte/werk interactie heeft met het systeem.

In de bovenstaande vergelijking is u de interne energie per eenheid massa en q en w zijn respectievelijk de warmte en het werk per eenheid massa. De tekens conventie die in de bovenstaande vergelijking wordt aangenomen is:
dq > 0 (beschouwd als positief) ⇒ Warmteoverdracht naar het systeem
dq < 0 (beschouwd als negatief) ⇒ Warmteoverdracht van het systeem dw > 0 (beschouwd als positief) ⇒ Werk verricht door het systeem
dw < 0 (beschouwd als negatief) ⇒ Werk verricht op het systeem

Cyclische en Willekeurige Processen van een Systeem

Een belangrijke vorm van de Eerste Wet van de Thermodynamica wordt verkregen wanneer

We integreren de bovenstaande vergelijking voor een cyclisch proces.

Een systeem wordt gezegd dat het een cyclisch proces ondergaat, wanneer na willekeurige veranderingen door warmte/werk het terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat.

Punten om te overwegen zijn:

1. Integratie van elke differentiaal van een toestandeigenschap is het verschil van zijn limieten.

2. De eindtoestand is dezelfde als de oorspronkelijke toestand en er is geen verandering in de interne energie van het systeem.

Dus wanneer

De initiële en eindtoestand van de interne energie in de bovenstaande vergelijking wordt weergegeven door i en f. Door deze in vergelijking (1) te substitueren, dan,

Vergelijking (2) is de weergave van de integraal van al het werk dat door het systeem wordt verricht of het netto werk dat door het systeem wordt verricht, is gelijk aan de integraal van alle warmteoverdracht naar het systeem. Technische thermodynamica verder verkent de concepten van systemen en processen.

Willekeurig Proces van een Systeem

Het is het resultaat van de Eerste Wet van de Thermodynamica en is gerelateerd aan vergelijking (1) als een systeem een willekeurig proces bevat.

In deze vergelijking zijn q en w de netto overgedragen warmte en het netto werk voor het proces, terwijl uf en ui de eind- en beginwaarden van de interne energie (u) zijn. In een star en geïsoleerd adiabatisch systeem (w = 0, q = 0) blijft de interne energie (u) onveranderd. Dan vanuit vergelijking (2) van een cyclisch proces.

Reversibiliteit en Irreversibiliteit

Een systeem wordt gezegd dat het een proces ondergaat wanneer het van de initiële toestand naar de eindtoestand verandert. Eigenschappen zoals druk, volume, enthalpie, temperatuur, entropie, etc. veranderen tijdens een thermodynamisch proces. De tweede wet van de thermodynamica categoriseert de processen onder twee koppen

• Ideale of omkeerbare processen

• Natuurlijke of onomkeerbare processen

Als de variaties in temperatuur (t) en druk (p) oneindig klein zijn in een systeem dat een proces ondergaat, kan het proces worden aangeduid als nabij evenwichtstoestanden of naderend aan reversibiliteit.
Het proces wordt intern omkeerbaar genoemd als de oorspronkelijke toestand in omgekeerde richting wordt hersteld.
Het proces wordt extern omkeerbaar genoemd als de veranderingen in de omgeving ook in omgekeerde volgorde kunnen worden teruggedraaid.
Een omkeerbaar proces is een proces dat zowel intern als extern omkeerbaar is.
Om de effectiviteit van echte processen te meten, gebruiken professionals omkeerbare processen als maatstaf voor vergelijking en om de echte en daadwerkelijke processen dichter bij omkeerbaarheid te brengen door verliezen te verlagen om de efficiëntie van de processen te verhogen.

Irreversibiliteit

Wanneer echte processen de eisen van omkeerbaarheid niet voldoen, wordt het proces onomkeerbaar genoemd.
Bij een onomkeerbaar proces kunnen de initiële toestand van het systeem en de omgeving niet worden teruggebracht van de eindtoestand naar de initiële toestand. De entropie van het systeem neemt sterk toe in een onomkeerbaar proces en de waarde kan niet worden teruggebracht naar de initiële waarde vanaf de eindwaarde.
Irreversibiliteit bestaat voortdurend door variaties in druk, samenstelling, temperatuur, samenstelling, voornamelijk veroorzaakt door warmteoverdracht, wrijving in vaste en vloeibare stoffen, chemische reacties. Professionals plegen hun inspanningen om de effecten van irreversibiliteit in processen en mechanismen te verminderen.

Entropie en Enthalpie

Net als interne energie zijn entropie en enthalpie thermodynamische eigenschappen. De entropie wordt aangeduid met het symbool s en de verandering in entropie Δs in kJ/kg-K. Entropie is een staat van wanorde. Entropie is het onderwerp van de tweede wet van de thermodynamica, die de verandering in entropie in het systeem en de omgeving ten opzichte van het universum beschrijft.
Entropie wordt gedefinieerd als het verhoudingsgetal van de warmteoverdracht tot de absolute temperatuur in een systeem voor een omkeerbare thermodynamische pad.

Waarbij, qrev staat voor warmteoverdracht langs een omkeerbare pad.
Enthalpie (h) is een eigenschap van de toestand en wordt gedefinieerd als,

Waarbij, h is specifieke enthalpie, u is specifieke interne energie, v is specifiek volume, p is de druk.
Vanuit vergelijking (1)

Dus

Door vergelijking (4) te differentiëren en deze in de bovenstaande vergelijking te substitueren, dan

Beide vergelijkingen staan in verband met veranderingen in entropie voor omkeerbare processen als gevolg van veranderingen in interne energie en volume in de eerste vergelijking en als gevolg van veranderingen in enthalpie en druk in de laatste vergelijking.
Aangezien alle grootheden in deze twee vergelijkingen toestandeigenschappen zijn, is entropie dus ook een thermodynamische eigenschap.

Tweede Wet van de Thermodynamica

Tweede wet van de thermodynamica staat bekend om het beschrijven van de grenzen van het universum in termen van wat het universum kan doen. De 2e Wet gaat meer in op inefficiëntie, verval en degeneratie.
We voeren activiteiten uit in ons dagelijks leven die van nature inefficiënte en onomkeerbare processen bevatten.
De 2e wet van de thermodynamica kan gemakkelijker worden uitgedrukt met betrekking tot entropie:
Entropie gedefinieerd als infinitesimaal-verandering in de entropie van een systeem (dS) is het verhoudingsgetal van de gemeten hoeveelheid warmte die in het gesloten systeem (dqrev) is binnengekomen en de gemeenschappelijke temperatuur (T) op het punt waar de warmte-overdracht plaatsvond.

De tweede wet van de thermodynamica stelt dat "Verandering in entropie wordt beschouwd als niet-negatief".
OF
De energie van het universum beweegt geleidelijk naar een staat van wanorde

Verklaring: Respecteer het originele, goede artikelen waarderen delen, indien er sprake is van schending contacteer dan voor verwijdering.