Entalpi, entropi och den andra termodynamikens lag

Målet är att utveckla grundläggande förståelse av följande koncept:

• Intern energi och Första termodynamikens lag

• Systemets cykliska och godtyckliga processer

• Omvändbarhet och oomvändbarhet

• Entropi och entalpi

• Andra termodynamikens lag

Intern energi och Första termodynamikens lag

När energin hos en molekyl inuti ett system kopplas till systemets egenskaper kallas det intern energi (u).
Energi kan varken skapas eller förstöras, och baserat på detta princip ändras systemets interna energi (u) när energi passerar systemets gränser.
Därför kan Första termodynamikens lag uttryckas som nedan när värme/arbete interagerar med systemet.

I ovanstående ekvation är u den interna energin per enhet massa och q och w är värme och arbete per enhet massa respektive. Teckenkonventionen i ovanstående ekvation är:
dq > 0 (anses vara positivt) ⇒ Värmetransfer till systemet
dq < 0 (anses vara negativt) ⇒ Värmetransfer från systemet dw > 0 (anses vara positivt) ⇒ Arbete utfört av systemet
dw < 0 (anses vara negativt) ⇒ Arbete utfört på systemet

Cykliska och godtyckliga processer i ett system

En viktig form av Första termodynamikens lag erhålls när

Vi integrerar ovanstående ekvation för en cyklisk process.

Ett system sägs vara i en cyklisk process när det efter att ha genomgått slumpmässiga förändringar på grund av värme/arbete återvänder till sitt ursprungliga tillstånd.

Saker att tänka på är:

1. Integration av något tillstånds egenskap differentialekvation är skillnaden mellan dess gränser.

2. Slutlig tillstånd är samma som det ursprungliga tillståndet och det finns ingen förändring i systemets interna energi.

Därför när

Det inledande och slutliga tillståndet av intern energi i ovanstående ekvation representeras av i och f. Ersättning av ovanstående i ekvation (1) då,

Ekvation (2) är representationen av integralen av allt arbete utfört av systemet eller det totala arbetet utfört av systemet är lika med integralen av alla värmetransfer till systemet. Teknisk termodynamik utforskar vidare koncepten om system och processer.

Godtyckliga processer i ett system

Detta är resultatet av Första termodynamikens lag och relateras till ekvation (1) om ett system involverar en godtycklig process.

I denna ekvation är q och w det totala överförda värmet och det totala arbetet för processen respektive, medan uf och ui är de slutliga och inledande värdena för intern energi (u). I ett rigidt och isolerat adiabatiskt system (w = 0, q = 0), då förblir dess interna energi (u) oförändrad. Därefter från ekv (2) av en cyklisk process.

Omvändbarhet och oomvändbarhet

Ett system sägs genomgå en process när dess ursprungliga tillstånd ändras till sitt slutliga tillstånd. Egenskaper som tryck, volym, entalpi, temperatur, entropi osv. ändras under en termodynamisk process. Andra termodynamikens lag kategoriserar processerna under två huvudrubriker

• Ideala eller omvändbara processer

• Naturliga eller oomvändbara processer

Om temperaturvariationer (t) och tryckvariationer (p) är infinitesimala i ett system som genomgår en process, kan processen betraktas som nära jämviktsstater eller närmar sig omvändbarhet.
Processen sägs vara intern omvändbar om det ursprungliga tillståndet återställs i omvänd riktning.
Processen sägs vara extern omvändbar om miljön som följer förändringen också kan återställas i sekvens.
Omvändbar process är en som är omvändbar både internt och externt.
För att mäta framgången av verkliga processer använder professionella omvändbara processer som måttstock för att jämföra och bringa de verkliga och faktiska processerna närmare omvändbarhet genom att minska förluster för att öka effektiviteten i processerna.

Oomvändbarhet

När verkliga processer misslyckas med att uppfylla kraven för omvändbarhet kallas processen oomvändbar.
I oomvändbara processer kan inte systemets och omgivningens ursprungliga tillstånd återställas från det slutliga tillståndet. Entropin i systemet ökar skarpt i oomvändbara processer och värdet kan inte återställas till det ursprungliga värdet från det slutliga värdet.
Oomvändbarhet består på grund av variationer i tryck, sammansättning, temperatur, sammansättning främst orsakade av värmetransfer, friktion i fasta och flytande material, kemiska reaktioner. Professionella arbetar aktivt för att minska effekterna av oomvändbarhet i processer och mekanismer.

Entropi och entalpi

Liksom intern energi är entropi och entalpi termodynamiska egenskaper. Entropi representeras av symbolen s och förändring i entropi Δs i kJ/kg-K. Entropi är en tillstånd av oordning. Entropi är ämnet för Andra termodynamikens lag som beskriver förändringar i entropi i system och omgivning med avseende på universum.
Entropi definieras som förhållandet mellan värmetransfer och absolut temperaturen i ett system för en omvändbar termodynamisk väg.

Där, qrev betecknar värmetransfer längs en omvändbar väg.
Enthalpi (h) är en egenskap för tillstånd och definieras som,

Där, h är specifik entalpi, u är specifik intern energi, v är specifik volym, p är trycket.
Från ekvation (1)

Alltså

Genom att differentiera ekvation (4) och ersätta den i ovanstående ekvation, då

Båda ovanstående ekvationer är relaterade till förändringar i entropi för omvändbara processer på grund av förändringar i intern energi och volym i den första ekvationen och förändringar i entalpi och tryck i den senare ekvationen.
Eftersom alla kvantiteter i dessa två ekvationer är tillståndsegenskaper, är entropi också en termodynamisk egenskap.

Andra termodynamikens lag

Andra termodynamikens lag är känd för att beskriva dess gränser för universum i termer av vad universum kan göra. 2:a Lag handlar mer om ineffektivitet, förfall och degeneration.
Vi utför aktiviteter i vår dagliga liv som av naturen innebär ineffektiva och oomvändbara processer.
Andra termodynamikens lag kan mer bekvämt uttryckas med avseende på entropi:
Entropi definieras som det infinitesimala förändringen i entropi i ett system (dS) är förhållandet mellan mätningen av värmet som har inträffat i det stängda systemet (dqrev) och den gemensamma temperaturen (T) vid punkten där värmetransfer skedde.

Andra termodynamikens lag fastställer att "Förändringen i entropi anses vara icke-negativ".
ELLER
Universums energi går gradvis mot ett tillstånd av oordning

Uttryck: Respektera det ursprungliga, godartade artiklarna är värt att dela, om det finns upphovsrättsoverträdelse kontakta och ta bort.