ในบทความนี้ เราจะพิจารณากระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ มาทำความรู้จักกับพันธุ์และลักษณะเชิงคุณภาพกันเถอะ และศึกษาปรากฏการณ์ของกระบวนการแบบวงกลมที่มีพารามิเตอร์เหมือนกันที่จุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายกัน
แนะนำตัว
กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์เป็นปรากฏการณ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงทางอุณหพลศาสตร์ของทั้งระบบในระดับมหภาค การมีอยู่ของความแตกต่างระหว่างสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายเรียกว่ากระบวนการพื้นฐาน แต่จำเป็นที่ความแตกต่างนี้จะมีขนาดเล็กอย่างไม่สิ้นสุด พื้นที่ว่างที่เกิดปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ร่างกายการทำงาน
ขึ้นอยู่กับประเภทของความมั่นคง เราสามารถแยกแยะระหว่างสมดุลกับความไม่สมดุลได้ กลไกดุลยภาพเป็นกระบวนการที่สถานะทุกประเภทซึ่งระบบไหลผ่านนั้นสัมพันธ์กับสภาวะสมดุล การนำกระบวนการดังกล่าวไปใช้จะเกิดขึ้นเมื่อการเปลี่ยนแปลงดำเนินไปค่อนข้างช้า หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง ปรากฏการณ์นี้มีลักษณะกึ่งคงที่
ปรากฏการณ์ประเภทความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์แบบย้อนกลับและแบบย้อนกลับไม่ได้ กลไกที่ย้อนกลับได้คือกลไกที่ตระหนักถึงความเป็นไปได้ที่จะดำเนินการในทิศทางตรงกันข้าม โดยใช้สถานะกลางเดียวกัน
การถ่ายเทความร้อนแบบอะเดียแบติก
วิธีการถ่ายเทความร้อนแบบอะเดียแบติกเป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นในระดับมหภาค อีกลักษณะหนึ่งคือขาดการแลกเปลี่ยนความร้อนกับพื้นที่รอบๆ
การวิจัยขนาดใหญ่ในกระบวนการนี้ย้อนกลับไปเมื่อต้นศตวรรษที่สิบแปด
กระบวนการประเภทอะเดียแบติกเป็นกรณีพิเศษของรูปแบบโพลิทรอปิก เนื่องจากในรูปแบบนี้ความจุความร้อนของแก๊สเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าเป็นค่าคงที่ เป็นไปได้ที่จะย้อนกลับกระบวนการดังกล่าวก็ต่อเมื่อมีจุดสมดุลของช่วงเวลาทั้งหมดในเวลา ในกรณีนี้จะไม่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงในดัชนีเอนโทรปีหรือดำเนินการช้าเกินไป มีผู้เขียนหลายคนที่รู้จักกระบวนการอะเดียแบติกแบบย้อนกลับได้เท่านั้น
กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ของก๊าซในอุดมคติในรูปแบบของปรากฏการณ์อะเดียแบติกอธิบายสมการปัวซอง
ระบบไอโซคอริก
กลไก isochoric เป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ตามปริมาตรคงที่ สามารถสังเกตได้ในก๊าซหรือของเหลวที่ได้รับความร้อนเพียงพอในภาชนะที่มีปริมาตรคงที่
กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ของก๊าซในอุดมคติในรูปแบบไอโซโคริก ทำให้เกิดโมเลกุลรักษาสัดส่วนที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิ นี่เป็นเพราะกฎของชาร์ลส์ สำหรับก๊าซจริง หลักวิทยาศาสตร์นี้ใช้ไม่ได้
ระบบไอโซบาร์
ระบบไอโซบาริกถูกนำเสนอเป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นต่อหน้าแรงดันคงที่ภายนอก I.p. ไหล ด้วยความเร็วที่ช้าพอสมควร ทำให้ความดันภายในระบบถือว่าคงที่และสอดคล้องกับความดันภายนอก สามารถพิจารณาย้อนกลับได้ นอกจากนี้ ปรากฏการณ์ดังกล่าวยังรวมถึงกรณีที่การเปลี่ยนแปลงในกระบวนการดังกล่าวข้างต้นดำเนินไปในอัตราต่ำ ซึ่งทำให้สามารถพิจารณาค่าคงที่ของแรงดันได้
แสดงไอพี เป็นไปได้ในระบบที่จ่าย (หรือถอดออก) ให้กับความร้อน dQ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องขยายงาน Pdv และเปลี่ยนประเภทพลังงานภายใน dU, T.
e.dQ,=Pdv+dU=TdS
การเปลี่ยนแปลงในระดับเอนโทรปี – dS, T – ค่าสัมบูรณ์ของอุณหภูมิ
กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ของก๊าซในอุดมคติในระบบไอโซบาริกจะกำหนดสัดส่วนของปริมาตรกับอุณหภูมิ ก๊าซจริงจะใช้ความร้อนจำนวนหนึ่งเพื่อเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทเฉลี่ย การทำงานของปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นผลคูณของแรงดันภายนอกและการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร
ปรากฏการณ์ไอโซโทป
หนึ่งในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์หลักคือรูปแบบไอโซเทอร์มอล มันเกิดขึ้นในระบบกายภาพ โดยมีอุณหภูมิคงที่
เพื่อให้เกิดปรากฏการณ์นี้ตามกฎแล้วระบบจะถูกส่งไปยังเทอร์โมสตัทโดยมีการนำความร้อนสูง การแลกเปลี่ยนความร้อนร่วมกันดำเนินไปในอัตราที่เพียงพอเพื่อแซงอัตราของกระบวนการเอง ระดับอุณหภูมิของระบบแทบจะแยกไม่ออกจากการอ่านค่าเทอร์โมสตัท
นอกจากนี้ยังสามารถดำเนินการตามลักษณะอุณหภูมิความร้อนคงที่โดยใช้ฮีตซิงก์และ (หรือ) แหล่งที่มา ควบคุมความคงตัวของอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์ ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดของปรากฏการณ์นี้คือ การเดือดของของเหลวภายใต้แรงดันคงที่
ปรากฏการณ์ไอเซนโทรปิก
รูปแบบไอเซนโทรปิกของกระบวนการทางความร้อนเกิดขึ้นภายใต้สภาวะของเอนโทรปีคงที่ กลไกของธรรมชาติเชิงความร้อนสามารถหาได้โดยใช้สมการคลอเซียสสำหรับกระบวนการที่ย้อนกลับได้
เรียกเฉพาะกระบวนการอะเดียแบติกที่ย้อนกลับได้เท่านั้นที่เรียกว่าไอเซนโทรปิก ความไม่เท่าเทียมกันของ Clausius ระบุว่าไม่สามารถรวมปรากฏการณ์ทางความร้อนประเภทที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ อย่างไรก็ตาม ความคงตัวของเอนโทรปียังสามารถสังเกตได้ในปรากฏการณ์ความร้อนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ หากงานในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ของเอนโทรปีถูกดำเนินการในลักษณะที่จะถูกลบออกทันที เมื่อพิจารณาจากไดอะแกรมทางอุณหพลศาสตร์ เส้นที่แสดงถึงกระบวนการไอเซนโทรปิกสามารถเรียกว่าอะเดียบัตหรือไอเซนโทรปได้ บ่อยครั้งที่พวกเขาใช้ชื่อจริงซึ่งเกิดจากการไม่สามารถอธิบายเส้นบนไดอะแกรมที่แสดงลักษณะกระบวนการของธรรมชาติที่ไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างถูกต้อง คำอธิบายและการใช้ประโยชน์เพิ่มเติมของกระบวนการไอเซนโทรปิกมีความสำคัญอย่างยิ่งคุณค่า เนื่องจากมักใช้ในการบรรลุเป้าหมาย ความรู้เชิงปฏิบัติและเชิงทฤษฎี
ประเภทกระบวนการไอเซนทัลปี
กระบวนการไอเซนทาลปีเป็นปรากฏการณ์ทางความร้อนที่สังเกตพบเมื่อมีเอนทาลปีคงที่ การคำนวณตัวบ่งชี้ทำได้โดยใช้สูตร: dH=dU + d(pV).
เอนทาลปีเป็นพารามิเตอร์ที่สามารถใช้เพื่อกำหนดลักษณะเฉพาะของระบบซึ่งจะไม่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงเมื่อกลับสู่สถานะย้อนกลับของระบบ และเท่ากับศูนย์
ปรากฏการณ์ isenthalpy ของการถ่ายเทความร้อนสามารถเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น ปรากฏในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ของก๊าซ เมื่อโมเลกุล เช่น อีเทนหรือบิวเทน "บีบ" ผ่านพาร์ทิชันที่มีโครงสร้างเป็นรูพรุน และไม่มีการสังเกตการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างแก๊สกับความร้อนรอบๆ สิ่งนี้สามารถสังเกตได้จากเอฟเฟกต์ Joule-Thomson ที่ใช้ในกระบวนการรับอุณหภูมิต่ำมาก กระบวนการ Isenthalpy มีค่าเพราะทำให้อุณหภูมิภายในสิ่งแวดล้อมต่ำลงได้โดยไม่เปลืองพลังงาน
รูปแบบโพลิทรอปิก
ลักษณะเฉพาะของกระบวนการโพลิทรอปิกคือความสามารถในการเปลี่ยนพารามิเตอร์ทางกายภาพของระบบ แต่ให้ดัชนีความจุความร้อน (C) คงที่ ไดอะแกรมที่แสดงกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบนี้เรียกว่าโพลิทรอปิก หนึ่งในตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของการย้อนกลับได้นั้นสะท้อนให้เห็นในก๊าซในอุดมคติและถูกกำหนดโดยใช้สมการ: pV =const P - ตัวบ่งชี้ความดัน V - ค่าปริมาตรของก๊าซ
วงแหวนกระบวนการ
ระบบและกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์สามารถสร้างวัฏจักรที่มีรูปร่างเป็นวงกลมได้ พวกเขามักจะมีตัวบ่งชี้ที่เหมือนกันในพารามิเตอร์เริ่มต้นและสุดท้ายที่ประเมินสถานะของร่างกาย ลักษณะเชิงคุณภาพดังกล่าว ได้แก่ การตรวจสอบความดัน เอนโทรปี อุณหภูมิ และปริมาตร
วัฏจักรอุณหพลศาสตร์พบว่าตัวเองอยู่ในการแสดงออกของแบบจำลองของกระบวนการที่เกิดขึ้นในกลไกทางความร้อนจริงที่เปลี่ยนความร้อนให้เป็นงานเชิงกล
ตัวเครื่องทำงานเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องจักรแต่ละอย่าง
กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์แบบย้อนกลับได้จะแสดงเป็นวัฏจักร ซึ่งมีเส้นทางทั้งเดินหน้าและถอยหลัง ตำแหน่งอยู่ในระบบปิด ค่าสัมประสิทธิ์รวมของเอนโทรปีของระบบไม่เปลี่ยนแปลงตามการทำซ้ำของแต่ละรอบ สำหรับกลไกที่การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นระหว่างเครื่องทำความร้อนหรือเครื่องทำความเย็นกับของเหลวทำงานเท่านั้น การย้อนกลับจะทำได้เฉพาะกับวงจรคาร์โนต์เท่านั้น
มีปรากฏการณ์วัฏจักรอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่สามารถย้อนกลับได้เมื่อถึงแหล่งกักเก็บความร้อนเพิ่มเติมเท่านั้น แหล่งดังกล่าวเรียกว่า ตัวสร้างใหม่
การวิเคราะห์กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ระหว่างที่เกิดการฟื้นฟูแสดงให้เราเห็นว่าสิ่งเหล่านี้เป็นเรื่องปกติในวัฏจักรรอยตลิงเงอร์ ได้รับการพิสูจน์โดยการคำนวณและการทดลองหลายครั้งว่าวัฏจักรย้อนกลับมีประสิทธิภาพสูงสุด