Entalpia Entropia i Druga Zasada Termodynamiki

Celem jest rozwinięcie podstawowego zrozumienia następujących pojęć:

• Energia wewnętrzna i Pierwsze Prawo Termodynamiki

• Cykliczny i dowolny proces systemu

• Odwracalność i nieodwracalność

• Entropia i entalpia

• Drugie Prawo Termodynamiki

Energia wewnętrzna i Pierwsze Prawo Termodynamiki

Gdy energia cząsteczki w systemie jest związana z właściwościami systemu, nazywamy ją energią wewnętrzną (u).
Energia nie może być ani stworzona, ani zniszczona, a na tej zasadzie energia wewnętrzna (u) zmienia się, gdy energia przekracza granicę systemu.
W związku z tym Pierwsze Prawo Termodynamiki można wyrazić w sposób poniższy, gdy ciepło/praca oddziałuje z systemem.

W powyższym równaniu u oznacza energię wewnętrzną na jednostkę masy, a q i w to ciepło i praca na jednostkę masy odpowiednio. Konwencja znaków przyjęta w powyższym równaniu to:
dq > 0 (uznane za dodatnie) ⇒ Przenoszenie ciepła do systemu
dq < 0 (uznane za ujemne) ⇒ Przenoszenie ciepła z systemu dw > 0 (uznane za dodatnie) ⇒ Praca wykonana przez system
dw < 0 (uznane za ujemne) ⇒ Praca wykonana na system

Cykl i dowolny proces systemu

Jedną z ważnych form Pierwszego Prawa Termodynamiki jest ta, która zostaje uzyskana, gdy

Integrujemy powyższe równanie dla cyklicznego procesu.

System uznawany jest za cykliczny, gdy po przejściu losowych zmian spowodowanych ciepłem/pracą wraca do swojego pierwotnego stanu.

Punkty do rozważenia:

1. Całkowanie różniczki jakiegokolwiek stanu właściwości jest różnicą jego granic.

2. Stan końcowy jest taki sam jak stan początkowy, a energia wewnętrzna systemu nie ulega zmianie.

W związku z tym, gdy

Stan początkowy i końcowy energii wewnętrznej w powyższym równaniu reprezentowany jest przez i i f. Podstawiając powyższe do równania (1), wtedy,

Równanie (2) jest reprezentacją całki wszystkiej pracy wykonanej przez system lub pracy netto wykonanej przez system, która jest równa całce wszystkich przekazów ciepła do systemu. Inżynierska termodynamika dalej bada koncepcje systemów i procesów.

Dowolny proces systemu

Jest to wynik Pierwszego Prawa Termodynamiki i jest związane z równaniem (1), jeśli system obejmuje dowolny proces.

W tym równaniu q i w są całkowitym ciepłem przekazanym i całkowitą pracą dla procesu, podczas gdy uf i ui to końcowe i początkowe wartości energii wewnętrznej (u). W sztywnym i izolowanym adiabatycznym systemie (w = 0, q = 0) jego energia wewnętrzna (u) pozostaje niezmieniona. Wtedy z równania (2) cyklicznego procesu.

Odwracalność i nieodwracalność

System uznawany jest za przechodzący przez proces, gdy jego stan początkowy zmienia się w stan końcowy. Właściwości takie jak ciśnienie, objętość, entalpia, temperatura, entropia itp. zmieniają się podczas procesu termodynamicznego. Drugie Prawo Termodynamiki klasyfikuje procesy w dwóch kategoriach

• Idealne lub odwracalne procesy

• Naturalne lub nieodwracalne procesy

Jeśli wariacje temperatury (t) i ciśnienia (p) są nieskończenie małe w systemie, który przechodzi przez proces, wtedy proces można nazwać stanami bliskimi równowagi lub zbliżającymi się do odwracalności.
Proces uznawany jest za odwracalny wewnętrznie, jeśli stan pierwotny jest przywrócony w odwrotnym kierunku.
Proces uznawany jest za zewnętrznie odwracalny, jeśli środowisko towarzyszące zmianie może również zostać odwrócone w sekwencji.
Proces odwracalny to taki, który jest odwracalny zarówno wewnętrznie, jak i zewnętrznie.
Aby zmierzyć sukces rzeczywistych procesów, profesjonaliści używają procesu odwracalnego jako miary porównywania i zbliżania rzeczywistych i faktycznych procesów do odwracalności poprzez obniżenie strat, aby zwiększyć efektywność procesów.

Nieodwracalność

Gdy rzeczywiste procesy nie spełniają wymagań odwracalności, proces nazywany jest nieodwracalnym.
W procesie nieodwracalnym stan początkowy systemu i otoczenia nie może być przywrócony ze stanu końcowego. Entropia systemu gwałtownie wzrasta w procesie nieodwracalnym, a wartość ta nie może być przywrócona do wartości początkowej z wartości końcowej.
Nieodwracalność utrzymuje się z powodu wariacji ciśnienia, składu, temperatury, składu, głównie spowodowanych przekazem ciepła, tarciem w ciałach stałych i płynnych, reakcjami chemicznymi. Profesjonaliści starają się zmniejszyć efekty nieodwracalności w procesach i mechanizmach.

Entropia i entalpia

Podobnie jak energia wewnętrzna, entropia i entalpia są właściwościami termodynamicznymi. Entropia jest reprezentowana przez symbol s, a zmiana entropii Δs w kJ/kg-K. Entropia to stan nieuporządkowania. Entropia jest tematem Drugiego Prawa Termodynamiki, które opisuje zmiany entropii w systemie i otoczeniu w stosunku do Wszechświata.
Entropia jest zdefiniowana jako stosunek przekazu ciepła do bezwzględnej temperatury w systemie dla odwracalnej ścieżki termodynamicznej.

Gdzie, qrev oznacza przekaz ciepła wzdłuż odwracalnej ścieżki.
Entalpia (h) to właściwość stanu i jest zdefiniowana jako,

Gdzie, h to specyficzna entalpia, u to specyficzna energia wewnętrzna, v to specyficzna objętość, p to ciśnienie.
Z równania (1)

Zatem

Różniczkując równanie (4) i podstawiając je do powyższego równania, wtedy

Oba powyższe równania są związane ze zmianami entropii dla odwracalnych procesów na skutek zmian w energii wewnętrznej i objętości w pierwszym równaniu oraz zmian w entalpii i ciśnieniu w drugim równaniu.
Ponieważ wszystkie wielkości w tych dwóch równaniach to właściwości stanu, więc entropia jest również właściwością termodynamiczną.

Drugie Prawo Termodynamiki

Drugie Prawo Termodynamiki jest znane z opisywania swoich limitów dla Wszechświata w kategoriach tego, co Wszechświat może zrobić. 2nd Prawo jest bardziej skupione na radzeniu sobie z nieefektywnościami, degradacją i degeneracją.
W naszych codziennych działaniach wykonujemy działania, które z natury są nieefektywne i nieodwracalne.
2nd prawo termodynamiki można wygodniej wyrazić w odniesieniu do entropii:
Entropia zdefiniowana jako nieskończenie mała zmiana entropii systemu (dS) to stosunek mierzonej ilości ciepła, która weszła do zamkniętego systemu (dqrev) i wspólnej temperatury (T) w punkcie, w którym nastąpił przekaz ciepła.

Drugie Prawo Termodynamiki mówi, że „zmiana entropii jest uznawana za nieujemną”.
LUB
Energia Wszechświata stopniowo przechodzi w stan nieuporządkowania

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są wart udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.