Бұл мақалада термодинамикалық процестерді қарастырамыз. Олардың сорттарымен және сапалық сипаттамаларымен танысайық, сонымен қатар бастапқы және соңғы нүктелерде бірдей параметрлерге ие айналмалы процестер құбылысын зерттейік.
Кіріспе
Термодинамикалық процестер – бүкіл жүйенің термодинамикасында макроскопиялық өзгеріс болатын құбылыстар. Бастапқы және соңғы күйдің арасындағы айырмашылықтың болуы элементар процесс деп аталады, бірақ бұл айырмашылықтың шексіз аз болуы қажет. Бұл құбылыс орын алатын кеңістіктің ауданы жұмыс органы деп аталады.
Тұрақтылық түріне қарай тепе-теңдік пен тепе-теңдік еместі ажыратуға болады. Тепе-теңдік механизмі - бұл жүйе ағып өтетін күйлердің барлық түрлері тепе-теңдік күймен байланысты болатын процесс. Мұндай процестердің жүзеге асырылуы өзгеріс біршама баяу жүретінде немесе басқаша айтқанда, құбылыс квазистатикалық сипатта болғанда орын алады.
Құбылыстаржылу түрі қайтымды және қайтымсыз термодинамикалық процестерге бөлінеді. Қайтымды механизмдер – бірдей аралық күйлерді пайдалана отырып, процесті қарама-қарсы бағытта жүргізу мүмкіндігі жүзеге асырылатын механизмдер.
Адиабаттық жылу алмасу
Жылу берудің адиабаталық жолы – макроәлемнің масштабында болатын термодинамикалық процесс. Тағы бір ерекшелігі - айналадағы кеңістікпен жылу алмасудың болмауы.
Бұл процеске қатысты ауқымды зерттеулер XVIII ғасырдың басынан басталады.
Процесстердің адиабаттық түрлері политропты форманың ерекше жағдайы болып табылады. Бұл бұл формада газдың жылу сыйымдылығы нөлге тең болатындығына байланысты, бұл оның тұрақты шама екенін білдіреді. Уақыт бойынша барлық моменттердің тепе-теңдік нүктесі болған жағдайда ғана мұндай процесті кері қайтаруға болады. Бұл жағдайда энтропия индексіндегі өзгерістер байқалмайды немесе тым баяу жүреді. Адиабаталық процестерді тек қайтымды процестерде ғана танитын авторлар бар.
Адиабаталық құбылыс түріндегі идеал типті газдың термодинамикалық процесі Пуассон теңдеуін сипаттайды.
Изохоралық жүйе
Изохоралық механизм тұрақты көлемге негізделген термодинамикалық процесс. Оны көлемі тұрақты ыдыста жеткілікті түрде қыздырылған газдарда немесе сұйықтықтарда байқауға болады.
Идеал газдың изохоралық түрдегі термодинамикалық процесі молекулаларға мүмкіндік бередітемператураға қатысты пропорцияларды сақтау. Бұл Чарльз заңына байланысты. Нақты газдар үшін бұл ғылым догмасы қолданылмайды.
Изобар жүйесі
Изобарлық жүйе сыртта тұрақты қысым болған кезде болатын термодинамикалық процесс ретінде ұсынылған. I.p. ағыны жеткілікті баяу қарқынмен, жүйе ішіндегі қысымды тұрақты және сыртқы қысымға сәйкес деп санауға мүмкіндік беретін, қайтымды деп санауға болады. Сондай-ақ, мұндай құбылыстарға жоғарыда аталған процестің өзгеруі төмен жылдамдықпен жүретін жағдай жатады, бұл қысым тұрақтысын қарастыруға мүмкіндік береді.
I.p. орындау dQ жылумен қамтамасыз етілген (немесе жойылған) жүйеде мүмкін. Ол үшін Pdv жұмысын кеңейтіп, энергияның ішкі түрін өзгерту керек dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
Энтропия деңгейінің өзгеруі – dS, T – температураның абсолютті мәні.
Изобарлық жүйедегі идеал газдардың термодинамикалық процестері көлемнің температураға пропорционалдылығын анықтайды. Нақты газдар энергияның орташа түріне өзгерістер енгізу үшін белгілі бір жылу мөлшерін жұмсайды. Мұндай құбылыстың жұмысы сыртқы қысым мен көлемнің өзгеруінің көбейтіндісіне тең.
Изотермиялық құбылыс
Негізгі термодинамикалық процестердің бірі оның изотермиялық түрі. Ол тұрақты температурада физикалық жүйелерде кездеседі.
Бұл құбылысты жүзеге асыру үшінжүйе, әдетте, үлкен жылу өткізгіштігі бар термостатқа беріледі. Өзара жылу алмасу процестің жылдамдығын басып озу үшін жеткілікті жылдамдықпен жүреді. Жүйенің температура деңгейі термостат көрсеткіштерінен дерлік айырмашылығы жоқ.
Сондай-ақ термометрлер арқылы температураның тұрақтылығын бақылай отырып, жылу қабылдағыштарды және (немесе) көздерді пайдалана отырып, изотермиялық сипаттағы процесті жүргізуге болады. Бұл құбылыстың жиі кездесетін мысалдарының бірі сұйықтардың тұрақты қысымда қайнауы болып табылады.
Изентропты құбылыс
Термиялық процестердің изонтропты түрі тұрақты энтропия жағдайында жүреді. Термиялық сипаттағы механизмдерді қайтымды процестер үшін Клаузиус теңдеуін пайдаланып алуға болады.
Тек қайтымды адиабаталық процестерді изонтропты деп атауға болады. Клаузиус теңсіздігі мұнда жылу құбылыстарының қайтымсыз түрлерін қосуға болмайтынын айтады. Алайда, энтропияның тұрақтылығын қайтымсыз жылу құбылысында да байқауға болады, егер термодинамикалық процесте энтропия бойынша жұмыс бірден жойылатындай орындалса. Термодинамикалық диаграммаларға қарасақ, изонтропты процестерді көрсететін сызықтарды адиабаттар немесе изонтроптар деп атауға болады. Көбінесе олар қайтымсыз сипаттағы процесті сипаттайтын диаграммадағы сызықтарды дұрыс бейнелеу мүмкін еместігінен туындаған бірінші атқа жүгінеді. Изентропты процестерді түсіндіру және одан әрі пайдалану үлкен маңызға ие.құндылық, өйткені ол мақсаттарға, практикалық және теориялық білімге жетуде жиі қолданылады.
Изентальпиялық процесс түрі
Изентальпиялық процесс – тұрақты энтальпия болған кезде байқалатын жылулық құбылыс. Оның индикаторының есептеулері мына формуланың арқасында жүргізіледі: dH=dU + d(pV).
Энтальпия – жүйенің кері күйіне оралғанда өзгерістер байқалмайтын және сәйкесінше нөлге тең болатын жүйені сипаттау үшін қолданылатын параметр.
Жылу берудің изентальпиялық құбылысы, мысалы, газдардың термодинамикалық процесінде көрінуі мүмкін. Молекулалар, мысалы, этан немесе бутан кеуекті құрылымы бар қалқа арқылы «сығып» өткенде, газ бен айналадағы жылу арасындағы жылу алмасу байқалмайды. Мұны өте төмен температураларды алу процесінде қолданылатын Джоуль-Томсон эффектісінен байқауға болады. Изентальпиялық процестер энергияны ысырап етпестен қоршаған ортадағы температураны төмендетуге мүмкіндік беретіндіктен құнды.
Политропты пішін
Политропты процестің сипаттамасы оның жүйенің физикалық параметрлерін өзгерту, бірақ жылу сыйымдылық индексін (С) тұрақты қалдыру мүмкіндігі болып табылады. Термодинамикалық процестерді осы формада көрсететін диаграммалар политропты деп аталады. Қайтымдылықтың қарапайым мысалдарының бірі идеал газдарда көрінеді және мына теңдеу арқылы анықталады: pV =const. P - қысым көрсеткіштері, V - газдың көлемдік мәні.
Процесс қоңырауы
Термодинамикалық жүйелер мен процестер дөңгелек пішіні бар циклдар құра алады. Олар әрқашан дененің күйін бағалайтын бастапқы және соңғы параметрлерде бірдей көрсеткіштерге ие. Мұндай сапалық сипаттамаларға бақылау қысымы, энтропия, температура және көлем жатады.
Термодинамикалық цикл жылуды механикалық жұмысқа түрлендіретін нақты жылу механизмдерінде болатын процесс үлгісінің өрнекінде кездеседі.
Жұмыс органы әрбір осындай машинаның құрамдас бөлігі болып табылады.
Қайтымды термодинамикалық процесс алға және кері жолдары бар цикл ретінде ұсынылған. Оның орны жабық жүйеде жатыр. Жүйе энтропиясының жалпы коэффициенті әрбір циклдің қайталануымен өзгермейді. Жылу беру тек жылыту немесе тоңазытқыш аппараты мен жұмыс сұйықтығы арасында болатын механизм үшін қайтымдылық тек Карно циклінде мүмкін болады.
Қосымша жылу қоймасын енгізуге жеткенде ғана кері қайтарылуы мүмкін басқа да бірқатар циклдік құбылыстар бар. Мұндай көздер регенераторлар деп аталады.
Регенерация жүретін термодинамикалық процестерді талдау олардың барлығының Реутлингер циклінде жиі кездесетінін көрсетеді. Қайтымды циклдің ең жоғары тиімділік дәрежесі бар екені бірқатар есептеулер мен тәжірибелер арқылы дәлелденді.
