Entalpija entropija in drugi zakon termodinamike

Cilj je razviti osnovno razumevanje naslednjih konceptov:

• Notranja energija in prvi zakon termodinamike

• Ciklični in poljubni proces sistema

• Obrnljivost in neobrnljivost

• Entropija in entalpija

• Drugi zakon termodinamike

Notranja energija in prvi zakon termodinamike

Ko se energija molekula znotraj sistema povezuje s lastnostmi sistema, to se imenuje notranja energija (u).
Energija ni ustvarjena in ni uničena, na podlagi tega principa se notranja energija sistema (u) spremeni, ko preide skozi mejo sistema.
Tako lahko prvi zakon termodinamike izrazimo kot sledi, ko toplota/delava vpliva na sistem.

V zgornji enačbi je u notranja energija na enoto mase, q in w pa so toplota in delava na enoto mase. Konvencija o predznakih, ki jo uporabljamo v zgornji enačbi, je:
dq > 0 (smatrana kot pozitivna) ⇒ Prenos toplote v sistem
dq < 0 (smatrana kot negativna) ⇒ Prenos toplote iz sistema dw > 0 (smatrana kot pozitivna) ⇒ Delava, izvedena s strani sistema
dw < 0 (smatrana kot negativna) ⇒ Delava, izvedena na sistemu

Ciklični in poljubni proces sistema

Ena od pomembnih oblik prvega zakona termodinamike je dobljena, ko

Integriramo zgornjo enačbo za ciklični proces.

Sistem se imenuje v cikličnem procesu, ko po naključnih spremembah zaradi toplote/delave vrne v svoje prvotno stanje.

Točke, ki jih je treba upoštevati, so:

1. Integracija diferenciala katere koli stanje lastnosti je razlika njenih mej.

2. Končno stanje je enako prvotnemu stanju in ni spremembe notranje energije sistema.

Torej, ko

Prvotno in končno stanje notranje energije v zgornji enačbi je predstavljeno z i in f. Z nadomestitvijo zgornjega v enačbi (1) potem,

Enačba (2) predstavlja integral vse delave, izvedene s strani sistema ali neto delave, izvedene s strani sistema, ki je enak integralu vsega prenosa toplote v sistem. Inženirska termodinamika nadalje raziskuje koncepte sistemov in procesov.

Poljubni proces sistema

To je rezultat prvega zakona termodinamike in je povezan z enačbo (1), če sistem vključuje poljuben proces.

V tej enačbi so q in w neto prenesena toplota in neto delava za proces, medtem ko so uf in ui končne in začetne vrednosti notranje energije (u). V trdnem in izoliranem adiabatskem sistemu (w = 0, q = 0) ostane njegova notranja energija (u) nespremenjena. Torej iz enačbe (2) cikličnega procesa.

Obrnljivost in neobrnljivost

Sistem se imenuje, da poteka proces, ko se njegovo začetno stanje spremeni v končno stanje. Lastnosti, kot so tlak, prostornina, entalpija, temperatura, entropija itd., se spreminjajo med termodinamičnim procesom. Drugi zakon termodinamike procese razvršča pod dva glava

• Idealni ali obrnljivi procesi

• Naravni ali neobrnljivi procesi

Če so variacije temperature (t) in tlaka (p) v sistem, ki poteka proces, neskončno majhne, se proces lahko označi kot blizu ravnotežja ali približno obrnljiv.
Proces se imenuje, da je notranje obrnljiv, če je prvotno stanje obnovljeno v obratni smeri.
Proces se imenuje, da je zunanjega obrnljiv, če se lahko sprememba okolice, ki ga spremlja, tudi obrne v zaporedju.
Obrnljiv proces je tisti, ki je obrnljiv tako notranje kot zunanje.
Za merjenje uspeha dejanskih procesov strokovnjaki uporabljajo obrnljive procese kot merilo za primerjanje in približevanje realnih in dejanskih procesov obrnljivosti z zmanjševanjem izgub, da bi povečali učinkovitost procesov.

Neobrnljivost

Ko dejanski procesi ne izpolnjujejo zahtev obrnljivosti, se proces imenuje neobrnljiv.
V neobrnljivem procesu ni mogoče prvotnega stanja sistema in okolice vračati v prvotno stanje iz končnega stanja. Entropija sistema v neobrnljivem procesu se ostro poviša in vrednost ni mogoče vračati na prvotno vrednost iz končne vrednosti.
Neobrnljivost obstaja zaradi variacij tlaka, sestave, temperature, sestave, glavno povzročene prenose toplote, trenja v tekočini in pečeh, kemijske reakcije. Strokovnjaki so zavezani z manjšanjem učinka neobrnljivosti v procesih in mehanizmih.

Entropija in entalpija

Entropija in entalpija, podobno kot notranja energija, so termodinamične lastnosti. Entropija je predstavljena z simbolom s, sprememba entropije Δs v kJ/kg-K. Entropija je stanje nereda. Entropija je predmet drugega zakona termodinamike, ki opisuje spremembe entropije v sistemu in okolici glede na Vesolje.
Entropija je definirana kot omjer prenosa toplote na absolutno temperaturo v sistemu za obrnljivo termodinamično pot.

Kjer qrev označuje prenos toplote vzdolž obrnljive poti.
Enthalpija (h) je lastnost stanja in je definirana kot,

Kjer h je specifična entalpija, u je specifična notranja energija, v je specifična prostornina, p je tlak.
Iz enačbe (1)

Torej

Z diferenciranjem enačbe (4) in nadomestitvijo v zgornji enačbi, potem

Oba zgornja enačbi sta povezana z spremembami entropije zaradi sprememb notranje energije in prostornine v prvi in sprememb entalpije in tlaka v drugi enačbi.
Ker so v teh dveh enačbah vse količine lastnosti stanja, je entropija tudi termodinamična lastnost.

Drugi zakon termodinamike

Drugi zakon termodinamike je znan po tem, da opisuje omejitve Vesolja v smislu tega, kaj lahko Vesolje stori. 2nd Zakon je bolj povezan z neučinkovitostjo, odpadkom in degradacijo.
V našem vsakdanjem življenju opravljamo dejavnosti, ki so po naravi neučinkovite in neobrnljive.
2. zakon termodinamike se lahko bolje izrazi glede na entropijo:
Entropija je definirana kot neskončno majhna sprememba entropije sistema (dS), ki je omjer meritve količine toplote, ki je vstopila v zaprt sistem (dqrev) in skupne temperature (T) pri točki, kjer je prenos toplote potekal.

Drugi zakon termodinamike pravi, da je "sprememba entropije smotrana kot nenegativna".
ALI
Energija vesolja se postopoma premika v stanje nereda

Izjava: Spoštujte original, dobri članki so vredni deljenja, če je kršenje avtorskih pravic, se obrnite za brisanje.