什么是熱力學(xué)過程?

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存在某種能量變化時(shí),系統(tǒng)經(jīng)歷熱力學(xué)過程,通常與壓力,體積,內(nèi)部能量,溫度或任何形式的傳熱的變化相關(guān)。

主要類型的熱力學(xué)過程

有幾種特定類型的熱力學(xué)過程經(jīng)常發(fā)生(并且在實(shí)際情況下),它們通常在熱力學(xué)研究中被處理。每個(gè)人都有一個(gè)獨(dú)特的特征來識(shí)別它,這對(duì)于分析與過程相關(guān)的能源和工作變化很有用。

  • 絕熱過程-一個(gè)沒有傳熱進(jìn)出系統(tǒng)的過程。
  • 等熱過程-體積沒有變化的過程,在這種情況下系統(tǒng)不起作用。
  • 等壓過程-一個(gè)沒有壓力變化的過程。
  • 等溫過程-一個(gè)沒有溫度變化的過程。

可以在單個(gè)進(jìn)程中有多個(gè)進(jìn)程。最明顯的例子是體積和壓力變化,導(dǎo)致溫度或傳熱沒有變化-這樣的過程將是絕熱和等溫的。

熱力學(xué)第一定律

數(shù)學(xué)術(shù)語中,熱力學(xué)的第一定律可以寫成:

Δ-U=Q-WQ=Δ-U+W
其中

  • delta-U=系統(tǒng)'內(nèi)部能量變化
  • Q=傳熱進(jìn)出系統(tǒng)。
  • W=由系統(tǒng)完成或在系統(tǒng)上完成的工作。

當(dāng)分析上述特殊熱力學(xué)過程之一時(shí),我們經(jīng)常(盡管并非總是)找到一個(gè)非常幸運(yùn)的結(jié)果-其中一個(gè)量減少到零!

例如,在絕熱過程中沒有傳熱,所以75 Q 76 0,導(dǎo)致v內(nèi)部能量與工作之間非常直接的關(guān)系:delta-Q=-W。有關(guān)其獨(dú)特屬性的更多具體詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱這些過程的各個(gè)定義。

可逆過程

大多數(shù)熱力學(xué)過程從一個(gè)方向自然地進(jìn)行到另一個(gè)方向昆蟲。換句話說,他們有一個(gè)**的方向。

熱量從較熱的物體流向較冷的物體。氣體膨脹以填充房間,但不會(huì)自發(fā)收縮以填充較小的空間。機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為熱量,但實(shí)際上不可能將熱量完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

但是,有些系統(tǒng)確實(shí)經(jīng)歷了可逆過程。通常,當(dāng)系統(tǒng)始終接近熱平衡時(shí),無論是在系統(tǒng)內(nèi)部還是在任何周圍環(huán)境中,都會(huì)發(fā)生這種情況。在這種情況下,系統(tǒng)條件的無窮小變化可能導(dǎo)致過程走另一條路。因此,可逆過程也稱為平衡過程。

實(shí)施例1:兩種金屬(A&經(jīng)濟(jì)學(xué);B)處于熱接觸和熱平衡狀態(tài)。金屬A被加熱到無窮小的量,使得熱量從它流向金屬B.這個(gè)過程可以通過冷卻無窮小的量來逆轉(zhuǎn),此時(shí)熱量將開始從B流向A,直到它們?cè)俅翁幱跓崞胶鉅顟B(tài)。

實(shí)施例2:氣體在可逆過程中緩慢且絕熱地膨脹。通過將壓力增加無限小量,相同的貓撲兩性健康性知識(shí)網(wǎng)氣體可以緩慢且絕熱地壓縮回初始狀態(tài)。

應(yīng)該指出的是,這些都是一些理想化的例子。出于實(shí)際目的,一旦引入這些變化之一,處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)就會(huì)停止處于熱平衡狀態(tài)。。。因此,這個(gè)過程實(shí)際上并不是完全可逆的。這是一個(gè)n這種情況如何發(fā)生的理想模型,盡管通過仔細(xì)控制實(shí)驗(yàn)條件,可以進(jìn)行非常接近完全可逆的過程。

不可逆過程和熱力學(xué)第二定律

當(dāng)然,大多數(shù)過程是不可逆過程(或非平衡過程)。使用制動(dòng)器的摩擦對(duì)您的汽車起作用是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過程。讓氣球釋放空氣進(jìn)入房間是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過程。將一塊冰放在熱水泥走道上是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過程。

總體而言,這些不可逆過程是熱力學(xué)第二定律的結(jié)果,熱力學(xué)第二定律通常根據(jù)系統(tǒng)的熵或無序來定義。

有幾種方法可以表達(dá)熱力學(xué)第二定律,但基本上它限制了任何傳熱的效率。根據(jù)熱力學(xué)第二定律,在這個(gè)過程中總是會(huì)損失一些熱量,這就是為什么在現(xiàn)實(shí)世界中不可能有一個(gè)完全可逆的過程。

熱能,水泵和其他設(shè)備

我們稱任何將熱量部分轉(zhuǎn)化為功能或機(jī)械能的裝置為熱發(fā)動(dòng)機(jī)。熱發(fā)動(dòng)機(jī)通過將熱量從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方,一路上完成一些工作來做到這一點(diǎn)。

使用熱力學(xué),可以分析熱能的熱效率,這是大多數(shù)介紹性物理課程中涉及的主題。以下是一些經(jīng)常在物理課程中分析的熱能:

  • 內(nèi)部組合發(fā)動(dòng)機(jī)-諸如汽車中使用的燃料動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。"奧托循環(huán)"定義了普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)過程。"柴油循環(huán)"指柴油動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。
  • 冰箱-反過來,冰箱從寒冷的地方(冰箱內(nèi))取熱并將其轉(zhuǎn)移到溫暖的地方(外面)冰箱)。
  • 熱泵-熱泵是一種熱能,類似于冰箱,用于通過冷卻外部空氣來加熱建筑物。

卡諾周期

1924年,法國工程師Sadi Carnot創(chuàng)建了一個(gè)理想化的假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī),其**效率符合熱力學(xué)第二定律。他根據(jù)效率得出以下等式,e

e=(T-T)/T

TT分別是冷熱儲(chǔ)存器的溫度。溫差很大,效率很高。如果溫差低,效率會(huì)降低。如果T=0(即**值),則效率僅為1(****效率),這是不可能的。