Энтропия процессах с трением

Вычислим, далее, возрастание энтропии в результате теплообмена при конечной разности температур в процессе с трением и при адиабатическом смешении (диффузии). [c.62]

Возрастание энтропии в процессах с трением [c.46]

В этой же главе, как уже отмечалось, рассматривается ряд других вопросов. Очень подробно в ней говорится об изменении энтропии при необратимых процессах. Здесь рассматриваются процесс адиабатного расширения тела в пустоту, теплообмен при конечной разности температур, процессы с трением и адиабатное смешение газов. Там же рассматриваются термодинамические потенциалы, характеристические функции и их свойства, а также дифференциальные уравнения термодинамики. Две последние темы имеют настолько большое значение в построении теории термодинамики, что пх можно было бы выделить в отдельные главы. [c.350]

Возвращаясь теперь к понятию обратимости процессов, следует отметить, что мерой необратимости процесса в изолированной системе является изменение новой функции состояния — энтропии. При процессах, например с трением, работа непосредственно может быть превращена в теплоту но при обратном процессе переход теплоты в работу невозможен без изменения во внешних телах. Следовательно, процессы с трением необратимы. Такими же необратимыми процессами являются процессы теплопередачи (обратный процесс связан с отнятием части теплоты у холодного тела и некомпенсированного превращения его в работу, которую надо затратить на увеличение энергии нагретого тела), процессы диффузии и др. Поскольку любой равновесный процесс обратим, можно говорить, что любой необратимый процесс неравновесен. [c.266]

Наибольшее значение в газовой динамике имеет идеальный адиабатический процесс, который предполагает отсутствие теплового воздействия и работы сил трения. По этой причине при идеальной адиабате энтропия ) газа остаётся неизменной, т. 0. такой процесс является идеальным термодинамическим— изоэнтропическим—процессом. Напомним, что далеко не всякий адиабатический процесс является идеальным. Например, при выводе уравнения теплосодержания мы показали, что наличие трения не нарушает адиабатичности процесса, но процесс с трением уже не может быть идеальным, так как он протекает с увеличением энтропии. Иначе говоря, адиабатичность процесса требует только отсутствия теплообмена с внешней средой, а не постоянства энтропии. Таким образом, адиабатичность совмещается с постоянством энтропии только в идеальном процессе. Если движение газа совершается в горизонтальной плоскости (2 =2 ) и нет технической работы (Ь=0), а процесс является идеально адиабатическим, то уравнение Бернулли на основании (54) н (64) имеет следующий вид [c.27]

Ясно, что количество теплоты трения Q .ip, когда она выделяется в самом теле и не рассеивается во вне, вполне эквивалентно такому же количеству теплоты, полученной телом от внешнего источника теплоты, и поэтому в такой же мере вызывает увеличение энтропии тела. Этим результатом мы воспользуемся далее при рассмотрении процессов дросселирования и течения газов с трением. [c.63]

Поэтому даже при отсутствии теплообмена с внешней средой, когда dqi - - О, при течении с трением энтропия возрастает, так как dqr > 0. Поскольку диссипация представляет собой необратимый процесс преобразования механической энергии, то для теплоизолированных процессов возрастание энтропии служит признаком их необратимости. Заметим, что помимо трения существуют и другие причины необратимых преобразований механической энергии (см. п. 10.6). [c.411]

В отличие от теоретического цикла паросиловой установки, который состоит из обратимых процессов, действительные циклы протекают необратимо. Так, расширение пара в турбине происходит при наличии потерь, связанных главным образом с трением пара о стенки и с другими гидродинамическими явлениями, на преодоление которых затрачивается часть работы расширения. Работа трения превращается в теплоту, повышая удельную энтальпию пара в конечном состоянии от йз до Ягд- Поэтому действительный процесс адиабатного расширения пара в турбине, протекающий необратимо с увеличением энтропии, изображается не прямой 1-2, а условной кривой /-2д (см. рис, 5.7). [c.121]

Кривая адиабатического течения с трением на i—S диаграмме изображается (рис. 7-8) линией АС, лежащей вследствие возрастания энтропии при течении справа от линии идеального процесса АВ, представляющей собой вертикальную прямую. Из рис. 7-8 видно, что при том же самом перепаде давлений (pi—pz) энтальпия в конечном состоянии при течении с трением (точка с) будет иметь большее значение, чем энтальпия в конечном состоянии при течении без трения (точка В), а скорость истечения согласно первому из уравнений (7-38) будет меньше, чем в случае течения без сопротивления. [c.277]

Если необратимость вызвана отсутствием механического равновесия (Р<цР), поршень будет двигаться ускоренно. Быстрое движение поршня вызывает появление вихрей в газе, затухающих под действием внутреннего трения, в результате чего часть работы расширения опять превращается в теплоту б 7тр- Работа против внешней силы снова получается меньше, а возрастание энтропии — больше, чем в обратимом процессе с тем же количеством теплоты <Ьд. [c.28]

Как уже неоднократно отмечалось, процесс адиабатного течения протекает с увеличением энтропии. Изображение необратимого процесса адиабатного расширения с трением в г, S- и Т, s-диаграммах было приведено ранее, на рис. 8-12. В случае, когда пар на выходе из турбины является влажным, температуры в конце процесса расширения будут одинаковыми и в обратимом (Т ), и в необратимом (Т2д) процессах, поскольку процесс расширения происходит в обоих случаях до одного и того же давления р , а в двухфазной области (влажный пар) изобара совпадает с изотермой. Это видно и из рис. 11-15, на котором изображен действительный процесс расширения пара в турбине в i, s- и Т, s-диаграммах. [c.367]

Следует заметить, что кривая логарифма относительных давлений (lg я ) может быть использована для определения изменения энтропии и в действительном адиабат-ном процессе (с учетом трения в газе). В самом деле, для обратимого адиабатного процесса справедливо уравнение (5 ) [c.4]

Методы решения диффузионных задач многообразны в зависимости от конкретных условий исследовательской практики. Они подробно изложены в работе [18] и относятся в основном объемным изменениям в структуре металлов и сплавов. Исследования диффузионных процессов при трении связаны со значительными экспериментальными и теоретическими трудностями. Последние обусловлены тем обстоятельством, что структура металлических систем формируется в результате сложной совокупности процессов, происходящих при трении и вызванных высоким уровнем напряжений, влиянием окружающей среды (см. гл. 4), значительными объемными и поверхностными температурами и температурными градиентами. Многочисленные экспериментальные данные показывают, что процессы структурных изменений при трении локализуются в тонких поверхностных слоях, и активная зона может быть отнесена к тонкопленочным объектам. Масштабный эффект сопровождается многообразием отклонений физических и физико-химических свойств системы от монолитного состояния для сплавов наиболее характерной особенностью является значительное изменение пределов растворимости. Кроме того, структура поверхностей трения является диссипативной, т. е. образующейся и поддерживаемой в нелинейной системе с большим числом степеней свободы с помощью внешнего источника энергии [71, 109]. Вторичная структура (диссипативная структура, формирующаяся при трении) — результат неустойчивости, образуется вследствие флуктуаций мерой скорости ее образования является производство избыточной энтропии. Структура поверхности трения — это новое состояние вещества вдали от равновесия и неустойчивости, порожденное потоком свободной энергии и приводящее к новым типам организации материи за [c.139]

Совершенно иначе будет обстоять дело при осуществлении в системе необратимых процессов, которые протекают при наличии конечной разности температур между взаимодействующими телами- и с трением. В этом случае при передаче тепла dQ от более нагретого тела к телу с меньшей температурой энтропия первого уменьшится на [c.104]

До сих пор мы рассматривали циклы, в которых процесс расширения пара в двигателе происходил обратимо. В паровых двигателях расширение пара сопровождается рядом потерь. Если иметь в виду паровую турбину, которая среди других двигателей имеет преимущественное распространение на крупных паросиловых установках, то основная потеря в ней — трение в потоке пара, на которое тратится часть работы расширения. Работа трения превращается в тепло, и оно вновь усваивается паром. Это вызы-, вает рост теплосодержания пара в конечном состоянии. Таким образом, если простейший цикл при обратимом расширении изображается в Г -диаграмме, как показано на рис. 4-20, то при расширении с трением конечная точка процесса расширения будет находиться на той же изобаре (так как конечное давление оставалось то же), но несколько правее, положим в точке 2 (рис. 4-23). Самый процесс расширения при учете трения условно изображают прямой 1-2 . Таким образом, в этом случае адиабатный процесс расширения сопровождается ростом энтропии, что объясняется наличием необратимого процесса трения. [c.193]

В отличие от теоретического изоэнтропийного действительный процесс истечения реального газа происходит при трении частиц газа между собой и о стенки канала. При этом работа, затрачиваемая на преодоление сил трения, преобразуется в теплоту, в результате чего температура и энтальпия газа в выходном сечении канала возрастают. Истечение газа с трением становится необратимым процессом и сопровождается увеличением энтропии. [c.122]

Невыполнение хотя бы одного из указанных условий делает расширение газа неравновесным. Если неравновесность вызвана трением поршня о стенки цилиндра, то работа б/, совершаемая против внешней силы Р, оказыва( тся меньше, чем pdv, так как часть ее затрачивается на преодоление трения и переходит в теплоту б(/тр. Она воспринимается газом вместе с подведенной теплотой bq, в результате чего возрастание энтропии газа в неравновесном процессе ds = = f>q Ьq p)/T оказывается больше. [c.26]

Пусть пар с начальными параметрами Pi, / вытекает в среду с давлением р2-Если потери энергии на трение при движении водяного пара по каналу и теплоотдача к стенкам сопла пренебрежимо малы, то процесс истечения протекает при постоянной энтропии и изображается на /I, -диаграмме вертикальной прямой 1-2 (рис. 5.5). [c.50]

Работа трения превращается в теплоту, повышающую энтальпию пара в конечном состоянии. Поэтому в действительном процессе, протекающем необратимо, а следовательно, с увеличением энтропии, кривая процесса [c.233]

Течение газов при наличии трения не будет изоэнтропным, так как из-за действия сил трения происходит диссипация (рассеяние) механической энергии и превращение части ее в теплоту, в результате чего внутренняя энергия, энтальпия и энтропия движущегося газа возрастают. Этот процесс можно изобразить на /-s-диаграмме (рис. 10.8) в виде линии 1-2. Теплота трения при отсутствии теплообмена с окружающей средой усваивается потоком газа, при этом часть теплоты трения идет на работу расширения и преобразуется в энергию движения газа (пл. 122 ) (рис. 10.9). Остальная часть представ- [c.138]

Существенным отличием процесса перехода газа через скачок уплотнения, сопровождаемого скачкообразным увеличением давления, плотности и температуры, от течения с плавным, постепенным возрастанием указанных параметров является значительная величина работы сил внутреннего трения в газе. В скачке уплотнения на расстоянии, не превышающем нескольких длин свободного пробега молекул, вследствие больших градиентов скорости силы внутреннего трения настолько велики, что необратимо переводят в теплоту значительную часть механических видов энергии газа. Это вызывает заметное возрастание энтропии. В случае течения газа с постепенным возрастанием параметров работа сил внутреннего трения оказывается пренебрежимо малой и процесс считается изэнтропическим. [c.108]

Полностью исключить потери энергии на трение не удается. Поэтому, хотя процесс истечения по-прежнему считается протекающим адиабатно, т. е. без теплообмена с окружающей средой, он необратим, поскольку выделяющаяся теплота трения сообщается рабочему телу. Энтропия потока возрастает [c.115]

В процессе эволюции системы к стационарному состоянию она стремится к минимуму производства энтропии dS/dr = min, при достижении которого необратимые процессы внутри системь) осуществляются с меньшей интенсивностью и система работает в режиме наименьшего трения и изнашивания с минимальным расходом энергии на трение. [c.11]

Изменение энтропии при неравновесных процессах теплообмена вследствле подвода (отвода) теплоты к рабочему телу может быть определено по формуле (17.7). Изменение энтропии вследствие трения может быть определено по количеству теплоты, выд( лившей-ся в процессе с трением. [c.187]

Возрастание энтропии в процессах с трением. В качестве примера вычислим приращение энтропии жидкости в приборе Джоуля (рис. 3-12). В этом приборе, как известно, вся затрачиваемая внешняя работа переходит в тепло трения, вызывая нагревание жидкости от температуры Т до Т2. Так как этот процесс происходит без изменения объема жидкости, то онечное состояние может быть достигнуто путем обратимого изохорического нагревания жидкости и, следовательно, приращение энтропии составит (при Су = onst) [c.76]

В действительном процессе истечения вследствие необратимости потерь на трение энтропия газа, как указывалось выше, возрастает и действительный процесс истечения отклоняется от изо-энтропы вправо (процесс 1—2д), Отклонение процесса вправо от точки 2 объясняется тем, что величина d -ip положительная, в связи с чем %n>S2. Поскольку расширение газа в сопле при истечении без трения и с трением происходит до одного и того же давления, то точка 2д будет лежать правее точки 2 на той же изобаре р-2 (12д > fj). Следовательно, действительная располагаемая работа /од = 1 — hn и действительная скорость газа на выходе нз сопла WJ = - - 2 (i — при истечении с трением всегда будут меньше, чем в случае обратимого течения без трения. [c.115]

Результаты исследований позволяют объяснить эффект безызнос-ности на основе законов неравновесной термодинамики и теории образования структур при неравновесных процессах. Согласно термодинамике неравновесных процессов новые структуры могут появляться в природе в тех случаях, ко1 да выполняются следующие четыре необходимых условия I) система является термодинамически открытой, т.е. может обмениваться веществом и (или) энергией со средой 2) динамические уравнения системы нелинейны 3) отклонение от равновесия превышает критическое значение 4) микроскопические процессы происходят коопе-рированно (согласованно) (59, 71] Названные условия могут быть реализованы в некоторых трибосистемах, которые при определенных условиях обладают свойствами открытых термодинамических систем, а микроскопические физико-химические процессы при трении происходят коопериропанно и ведут к возникновению и самоорганизации структур, связанных с производством отрицательной энтропии и увеличением упорядоченности системы. Установлено, что свойства открытой термодинамической системы и самоорганизация структур присуп и трибо-системам в условиях избирательного переноса при трении, [c.142]

Энтропия. В термодинамике процессы разделяют на обратимые и необратимые. К числу обратимых относятся изотермические и адиабатические изменения состояния идеального газа. Однако идеально обратимые процессы на практике неосуществимы. Все процессы, сопровождающиеся трением, теплообменом, диффузией и т.п. не могут бьггь полностью проведены в обратом направлении. Статистическая физика связывает эту необратимость с переходом системы от менее вероятного к более вероятному распределению элементов, образующих систему. В качестве примера можно рассмотреть процесс смешения двух газов, разделенных вначале в некотором сосуде перегородкой, после того как перегородка будет удалена. Другим примером может служить выравнивание температур нескольких соприкасающихся тел, имевших вначале различные температуры. [c.197]

Если бы истечение было обратимым, без трения, то процесс изображался бы в г, -диаграммеотрезкомизоэнтропы 1= 2=соп81, заключеиныммеждуизобарами и (между точками 1 ш 2), а скорость на выходе из сопла w определялась бы значением разности энтальпий (ij—ц). Вследствие необратимых потерь при трении энтропия газа в процессе истечения возрастает и действительная адиабата отклоняется от изоэнтропы вправо (рис. 8-11, а). Далее, поскольку при истечении и без трения, и с трением расширение газа в потоке происходит, естественно, до одного и того же давления на выходе из сопла Р2, то очевидно, что точка, соответствующая действительному процессу истечения с трением, [c.289]

Кривая процесса течения газа с трением на / -диаграмме может быть, учитывая сказанное в 10-1, изображена (фиг. 10-10) в виде линии АС, а кривая изоэнтропического течения из того же начального состояния — в виде вертикальной прямой АО- вследствие возрастания энтропии линия АС действи- [c.208]

В отличие от идеального цикла паросиловой установки, который состоит из обратимых процессов, в действительности процессы протекают необратимо. Так, например, расширение пара в турбине происходит при наличии потерь, связанных главным образом с трением пара о стенки и трением внутри самого пара, на преодоление которого затрачивается часть работы расширения пара. Работа трения превращается в тепло, повышающее энтальпию пара в конечном соствянии с 2 до 20 (фиг. 47). Поэтому действительный процесс адиабатного расширения пара в турбине, протекающий необратимо и с увеличением энтропии, изобразится не прямой 1—2, а кривой 1—2д (фиг. 47), которая является условным графиком не- братимого адиабатного процесса. [c.87]

Ясно, что эта работа будет тем больше, чем больше величина внешних сил, против которых она совершается. Газ, вытекающий из баллона, совершит тем больше работы, чем с большей силой лопасти турбинки будут противодействовать его истечению. Но максимальная величина этой силы определяется давлением в баллоне. Если давление внешних сил будет больше, газ не будет вытекать, он будет, наоборот, закачиваться обратно. Таким образом, для ползшения максимальной работы нужно переводить систему в равновесное состояние так, чтобы все время удерживать ее в механическом равновесии с внешними силами. При этом скорость перехода будет бесконечно мала, силы трения будут отсутствовать , процесс будет обратимым, и полная энтропия системы будет оставаться неизменной. [c.111]

Уравнение (2.51) было выведено ранее для обратимых процессов. В действительности оно может быть распространено и на некоторые необратимые процессы, например, на процессы, происходящие не бесконечно медленно, но с некоторой конечной скоростью, если только учитывать диссипацию энергии движения, т. е. изменение энтропии при изменении состояния системы в результате действия сил внутреннего трения, теплопроводности и диффузии (подробнее об >том см. гл. 10). Е1следствие этого, и при условии, что и, 1, 8, Т, А/, йу имеют вполне определенные значения при рассматриваемых необратимых процессах, термодинамическое тождество (2.73) может применяться и к необратимым процессам, если только степень необратимости их не очень велика (при этом давление р надо заменить на р ). [c.73]

Часто процесс адиабатического изменения состояния идеального газа при наличии сил трения рассматриваьэт как политропический процесс. Из-за действия сил трения этот процесс будет необратимым, сопровождающимся ростом энтропии. Поэтому линия процесса будет располагаться всегда правее изоэнтропы, проведенной из начальной точки. Ясно, что в случае адиабатического сжатия (рис. 5.17, а), когда линия действительного процесса 1—2 составляет тупой угол с изотермой 1а, показатель политропы п будет больше к, т. е. О Срку, а теплоемкость будет иметь положительный знак. При адиабатическом расширении (рис. 5.17, б) кривая процесса заключена между изотермой и изоэнтропой,, и поэтому имеет отрицательный знак, а значение п заключено между 1 и й, т. е. 1 < я < й. [c.180]

Часто процесс адиабатического изменения состояния идеального газа при наличии сил трения рассматривают как политропический процесс. Вследствие действия сил трения процесс является необратимым, сопровождающимся ростом энтропии. Поэтому линия процесса располагается всегда правее изоэнтропы, проведенной из начальной точки. В случае адиабатического сжатия (рис. 4.16, а), когда линия /—2, соответствующая действительному процессу, составляет тупой угол с изотермой 1—а, показатель политропы п значительно больше к, т. е. п > pi v, а теплоемкость с имеет положительный знак. При адиабатическом расширении (рис. 4.16, б) кривая процесса заключена между изотермой и изоэн-тропой. Поэтому Сп имеет отрицательный знак и справедливо неравенство 1 < п < к. [c.305]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...