Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Основы термодинамики. Принцип возрастания энтропии

Виды термодинамических процессов

Переход физической системы из одного состояния в другое через какую-то последовательность промежуточных состояний называется процессом. Однако при классификации процессов, происходящих в объеме данной термодинамической системы, необходимо учитывать также и те изменения, которые происходят в окружающих телах. Процесс называется обратимым, если выполняются два условия:

1. Если изменения в системе можно провести в обратном направлении через те промежуточные состояния, через которые проходила система в прямом направлении;

2. Если при обратном переходе не только сама система, но и все связанные с ней окружающие тела в точности возвращаются в первоначальное состояние.

Процесс называется равновесным, если начальное, конечное и все промежуточные состояния системы являются равновесными. Таким образом, для равновесности процесса, происходящего внутри термодинамической системы, существование или отсутствие остаточных изменений в окружающих телах не имеет значения, важно только, чтобы каждое из промежуточных состояний системы было равновесным.

Для примера можно рассмотреть процесс расширения и сжатия газа, заключенного в цилиндре с поршнем.

Если поршень смещается вправо или влево очень медленно, то давление и t0 газа в различных местах V газа успевают выравниваться, и следовательно, каждое промежуточное состояние можно считать с удовлетворительной точностью равновесным. Такие процессы можно провести как в одном, так и в обратном направлениях через одни и те же промежуточные состояния с одинаковыми давлениями и температурами по всему V тела.

При быстром сжатии и расширении промежуточные состояния не будут равновесными. При быстром сжатии и расширении промежуточные состояния не будут равновесными. При быстром сжатии давление и t0 вблизи поршня больше, чем вдали от поршня, так как для выравнивания P и t0 всегда требуется некоторое время. При быстром расширении, наоборот, P и t0 вблизи поршня меньше, чем вдали. Таким образом, промежуточные состояния в обоих процессах оказываются неравновесными вследствие того, что процессы выравнивания t0 и давления не происходят мгновенно. Скорость изменения состояния термодинамической системы определяется не только скоростью внешнего воздействия, но и скоростью. Вопрос о том, является ли изучаемый процесс медленным и быстрым, зависит от соотношения между скоростями внешнего воздействия и релаксации. Промежуточные состояния могут быть равновесными только в двух предельных случаях: а) если скорость внешних воздействий бесконечно мала и б) если скорость процессов релаксации бесконечно велика.

Примером необратимых процессов являются процессы расширения или сжатия, происходящие при наличии трения. Если рассматривать вновь расширение и сжатие газов в цилиндре с поршнем, то если бы эти процессы происходили равновесно и без трения, работа, совершаемая газом при расширении, в точности равнялась бы внешней работе, необходимой для сжатия. При наличии же трения работа, совершаемая газом при расширении, будет меньше, а работа внешних сил, затрачиваемая на сжатие газа, будет больше. При трении поршня о стенки цилиндра в процессе расширения выделяется определенное количество теплоты. Для простоты рассуждений допустим, что эта теплота идет только на нагревание цилиндра и поршня. Для того, чтобы процесс сжатия был в точности обратным процессу расширения необходимо, чтобы при сжатии теплота была отнята от цилиндра и поршня, превращена в механическую энергию и передана тому механизму, который производит сжатие газа.

Такой способ возвращения к первоначальному состоянию оказывается невозможным; поршень и цилиндр нагревается также и при сжатии, а в окружающей среде фиксируются остаточные изменения - превращение некоторого количества механической энергии в теплоту.

Таким образом, все процессы, происходящие при наличии трения, являются необратимыми. Превращение механической энергии в тепловую при трении является односторонним процессом; его невозможно провести в обратном направлении, при которых теплота, выделившаяся при трении, могла бы превратиться в механическую работу без каких-либо остаточных изменений в системе и в окружающих телах.

Другим важным примером необратимых процессов является теплообмен между телами, имеющими различные t0. Допустим, что в течение прямого процесса между двумя какими-нибудь телами, входящими в состав системы, существует конечная разность t и теплота переходит от тела с высокой t0 к телу с низкой t0. При обратном процессе теплота полученная холодным телом, должна быть возвращена горячему телу, с тем, чтобы было восстановлено первоначальное состояние системы. Путем одной только теплопроводности такая передача теплоты от холодных тел к горячим невозможно.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее