Entalpija entropija i drugi zakon termodinamike

Cilj je razviti osnovno razumevanje sledećih koncepta:

• Unutrašnja energija i Prvi zakon termodinamike

• Ciklični i proizvoljni proces sistema

• Reverzibilnost i ireverzibilnost

• Entropija i entalpija

• Drugi zakon termodinamike

Unutrašnja energija i Prvi zakon termodinamike

Kada se energija molekula unutar sistema povezuje sa svojstvima sistema, tada se to naziva unutrašnjom energijom (u).
Energija se ne može stvoriti niti uništiti, i na osnovu ovog principa, unutrašnja energija sistema (u) se menja kada energija prelazi granicu sistema.
Tako se prvi zakon termodinamike može izraziti kao dat ispod kada toplota/rad interagira sa sistemom.

U gornjoj jednačini u je unutrašnja energija po jedinici mase, a q i w su toplota i rad po jedinici mase redom. Konvencija oznaka usvojena u gornjoj jednačini je:
dq > 0 (smatra se pozitivnim) ⇒ Transfer toplote ka sistemu
dq < 0 (smatra se negativnim) ⇒ Transfer toplote od sistema dw > 0 (smatra se pozitivnim) ⇒ Rad obavljen od strane sistema
dw < 0 (smatra se negativnim) ⇒ Rad obavljen na sistemu

Ciklični i proizvoljni proces sistema

Jedna od važnih formi Prvog zakona termodinamike dobija se kada

Integrišemo gornju jednačinu za ciklični proces.

Sistem se smatra da je u cikličnom procesu, kada nakon podvrgavanja nasumičnim promenama zbog toplote/rada vraća u originalno stanje.

Stvari za razmišljanje su:

1. Integracija diferencijala bilo koje stanje svojstva je razlika njegovih granica.

2. Završno stanje je isto kao i originalno stanje, a unutrašnja energija sistema se ne menja.

Dakle, kada

Početno i završno stanje unutrašnje energije u gornjoj jednačini predstavljaju i f. Uvrštavanjem gornjeg u jednačinu (1), tada,

Jednačina (2) predstavlja integral svih radova obavljenih od strane sistema ili neto rad obavljen od strane sistema jednak je integralu svih prenosa toplote u sistem. Inženjerska termodinamika dalje istražuje koncepte sistema i procesa.

Proizvoljni proces sistema

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

U ovoj jednačini q i w su neto prenesena toplota i neto rad za proces, dok su uf i ui krajnje i početne vrednosti unutrašnje energije (u). U tvrdom i izolovanom adijabatskom sistemu (w = 0, q = 0), unutrašnja energija (u) ostaje nepromenjena. Tada iz jednačine (2) cikličnog procesa.

Reverzibilnost i ireverzibilnost

Kaže se da sistem prolazi kroz proces kada njegovo početno stanje menja u krajnje stanje. Svojstva poput pritiska, zapremine, entalpije, temperature, entropije itd. menjaju se tokom termodinamičkog procesa. Drugi zakon termodinamike kategorizuje procese pod dve glave

• Idealni ili reverzibilni procesi

• Prirodni ili ireverzibilni procesi

Ako su varijacije temperature (t) i pritiska (p) beskonačno male u sistemu koji prolazi kroz proces, tada se taj proces može nazvati bliskim ravnotežnim stanjima ili teži reverzibilnosti.
Kaže se da je proces internoreverzibilan ako se originalno stanje vraća u suprotnom smeru.
Kaže se da je eksternoreverzibilan okruženje koje prati promenu takođe može biti vrateno u nizu.
Reverzibilni proces je onaj koji je reverzibilan i interni i eksterni.
Da bi se merila uspešnost realnih procesa, profesionalci koriste reverzibilni proces kao meru za upoređivanje i približavanje realnih i stvarnih procesa reverzibilnosti snižavanjem gubitaka kako bi se povećala efikasnost procesa.

Ireverzibilnost

Kada realni procesi ne zadovoljavaju zahteve reverzibilnosti, tada se ti procesi nazivaju ireverzibilnim.
U ireverzibilnom procesu početno stanje sistema i okoline ne može biti vrateno u početno stanje iz krajnjeg stanja. Entropija sistema se značajno povećava u ireverzibilnom procesu, a vrednost se ne može vratiti na početnu vrednost iz krajnje vrednosti.
Ireverzibilnost postoji zbog varijacija pritiska, kompozicije, temperature, kompozicije, uglavnom uzrokovanih prenosom toplote, trenjem u čvrstoj i tekućoj fazi, hemijskim reakcijama. Profesionalci ulažu napore da smanje efekte ireverzibilnosti u procesima i mehanizmima.

Entropija i entalpija

Kao i unutrašnja energija, entropija i entalpija su termodinamička svojstva. Entropija se označava simbolom s, a promena entropije Δs u kJ/kg-K. Entropija je stanje nereda. Entropija je predmet drugog zakona termodinamike, koji opisuje promene entropije u sistemu i okolini u odnosu na Univerzum.
Entropija se definiše kao odnos prenosa toplote na apsolutnu temperaturu u sistemu za reverzibilnu termodinamičku putanju.

Gde, qrev označava prenos toplote duž reverzibilne putanje.
Entalpija (h) je svojstvo stanja i definisana je kao,

Gde, h je specifična entalpija, u je specifična unutrašnja energija, v je specifična zapremina, p je pritisak.
Iz jednačine (1)

Dakle

Diferenciranjem jednačine (4) i uvrštavanjem u gornju jednačinu, tada

Obe gornje jednačine su vezane za promene entropije za reverzibilne procese zbog promena unutrašnje energije i zapremine u prvoj, a promene entalpije i pritiska u drugoj jednačini.
Budući da su sve količine u ovim dvema jednačinama svojstva stanja, entropija je takođe termodinamičko svojstvo.

Drugi zakon termodinamike

Drugi zakon termodinamike poznat je po opisu njegovih ograničenja na univerzum u pogledu toga što univerzum može da uradi. 2nd Zakon više ima veze sa neefikasnošću, degradacijom i degeneracijom.
U našim svakodnevnim aktivnostima vršimo delatnosti koje su po prirodi neefikasne i ireverzibilne procese.
Drugi zakon termodinamike može se udobnije izraziti u odnosu na entropiju:
Entropija definisana kao beskonačno mala promena entropije sistema (dS) je odnos mera prenosa toplote koja je ulazila u zatvoreni sistem (dqrev) i zajedničke temperature (T) u tački gde je došlo do prenosa toplote.

Drugi zakon termodinamike navodi da "Promena entropije se smatra nenegativnom".
ILI
Energija univerzuma postepeno teži ka stanju nereda

Izjava: Poštujte original, dobre članke vredi deliti, ukoliko postoji kršenje autorskih prava molim kontaktirajte za brisanje.