Термодинамическая система и процессы в ней

Глава VI. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 26. Термодинамическая система и процессы в ней [c.53]

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ПРОЦЕССЫ В НЕЙ [c.70]

Термодинамическое равновесие — состояние термодинамической системы, в которое она самопроизвольно приходит через достаточно большой промежуток времени (время релаксации) в условиях изоляции от внешней среды и которое характеризуется неизменностью термодинамических параметров системы и отсутствием в ней потоков энергии и вещества. Процесс установления термодинамического равновесия (полного или частичного) в физической системе, состоящей из большого числа частиц, называется релаксацией. [c.24]

Термодинамика построена по аксиоматическому принципу фундаментальные законы природы принимаются в качестве основных аксиом, называемых началами (принципами) термодинамики. Из них логическим путем выводятся все следствия, характеризующие различные термодинамические системы и происходящие в них процессы. Не все начала термодинамики одинаковы по своему физическому значению и общности, однако они эквивалентны в том смысле, что каждое из них составляет независимую аксиому, которая не может быть исключена при построении термодинамики. [c.3]

Так как в любом адиабатном процессе термодинамическая система и окружающая среда не обмениваются энергией в тепловой форме, выражение (9.87) можно представить в виде [c.133]

Необратимый процесс — термодинамический процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы (окружающая среда) не могут возвратиться в начальное состояние без возникновения остаточных изменений в системе или окружающей среде. [c.85]

Рассмотрим примеры неравновесно-термодинамического описания необратимых процессов в непрерывных системах, в которых не протекают химические превращения и отсутствуют внешние силы. [c.226]

Внутренняя энергия представляет собой полный запас энергии тела, характеризующий его внутреннее состояние. Она, естественно, является функцией только данного состояния термодинамической системы, т. е. в каждом своем состоянии она имеет только одно значение, ее изменение не зависит от пути процесса, а численная величина измеряется только начальными и конечными точками процесса. Поэтому для ее обозначения используется символ полного дифференциала, би или би в отличие от обозначения работы, где используется символ общей бесконечно малой величины 8. [c.18]

Большое значение в термодинамике имеет понятие обратимого термодинамического процесса после такого процесса термодинамическая система и окружающая среда могут возвратиться в начальное состояние. Возвращение в начальное состояние окружающей среды означает, что для осуществления обратного процесса не понадобилась компенсация. Более детально обратимый процесс можно представить себе следующим образом а) система должна пройти в прямом и обратном направлениях через одни и те же состояния б) после прямого и обратного процессов ни в системе, ни в окружающей среде не должно быть остаточных изменений. Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, процесс является необратимым. [c.46]

Эта функция состояния 5, кДж/(кг-К), названа Клаузиусом энтропией (в переводе с греческого — эволюция, трансформация). Как и прочие функции состояния, энтропия полностью определяется состоянием термодинамической системы, а ее изменение не зависит от процесса перехода системы из начального состояния в конечное. Последнее утверждение прямо следует из формулы (3.15). Интеграл Клаузиуса можно представить в виде суммы двух интегралов (см. рис. 3.6) [c.60]

Адиабатным называется процесс, протекающий без теплообмена между термодинамической системой и окружающей средой. К адиабатным процессам относятся, например, процессы истечения газа из сопла, процессы сжатия и расщирения в двигателе внутреннего сгорания и др. Скорости движения газа при этом настолько велики, что обмен тепловой энергией между газом и средой практически не успевает произойти. [c.136]

По этой же причине необратимый адиабатный процесс не может быть изоэнтропийным, что наглядно изображено на рис. 1.33. В конце необратимого адиабатного расширения от Ti до Т2 рабочее тело характеризуется состоянием 2, а не 2, так как в результате этого процесса вследствие потерь на необратимость возрастает энтропия. Если теперь осуществить необратимый процесс адиабатного сжатия до первоначальной температуры, то и в этом случае по той же причине рабочее тело будет характеризоваться не точкой Г, а точкой 1", при этом работоспособность рабочего тела уменьшится, поскольку при температуре Т, давление уже будет р < pi. Таким образом, при протекании в термодинамической системе необратимого процесса неизменно возрастает энтропия и тем в большей степени, чем больше необратимость следовательно, изменение энтропии является мерой необратимости термодинамических процессов. [c.54]

Максимально полезная работа. Эксергия и анергия. Так как всякая необратимость приводит к уменьшению полезной работы, то увеличение энтропии изолированной системы из-за необратимости протекающих в ней термодинамических процессов может служить мерой потери максимально полезной работы max, которую могла бы совершить система при протекании в ней обратимых термодинамических процессов. Действительно, при необратимых термодинамических процессах потерянная работа самопроизвольно превращается в теплоту, которая также самопроизвольно переходит к телам с более низкой температурой, увеличивая их энтропию (а следовательно, и системы) на значение AS". [c.39]

Следовательно, обратимым термодинамическим процессом называют процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы (окружающая среда) могут возвратиться в первоначальное состояние. [c.107]

Из первого закона термодинамики следует, что полная энергия термодинамической системы в конце любого термодинамического про- цесса равна алгебраической сумме энергий ее в начале процесса и количества энергий, подведенных к системе и отведенных от нее в ходе процесса. [c.20]

Наблюдения за явлениями природы показывают, что а) возникновение и развитие самопроизвольно протекающих в ней естественных процессов, работа которых может быть использована для нужд человека, возможно лишь при отсутствии равновесия между участвующей в процессе термодинамической системой и окружающей средой б) процессы эти всегда характеризуются односторонним их протеканием от более высокого потенциала к более низкому (от более высокой температуры к более низкой или от более высокого давления к более низкому) в) при протекании указанных выше процессов термодинамическая система стремится к тому, чтобы прийти в равновесие с окружающей средой, характеризуемое равенством давления и температуры системы и окружающей среды. [c.25]

Рассмотрим вопрос об определении максимальной работы процесса, осуществляемого неподвижным рабочим телом, т. е. таким, у которого неподвижен центр тяжести, при полной обратимости процесса и при протекании его в полностью изолированной термодинамической системе,, т. е. в такой системе, которая никак не взаимодействует с телами и системами находящимися вне ее. [c.57]

Расширенная формулировка Второго закона будет иметь следую-ш,ий вид. Пусть механические параметры термодинамической системы (Е), находившейся в равновесии, начинают меняться и в конце концов снова возвраш,аются к своим первоначальным значениям. Во время их изменения система (Е) связывается с какими угодно другими термодинамическими системами, но так, что когда изменение механических параметров закончится и сама система (Е) придет в равновесие, все эти термические системы снова вернутся точно в те равновесные состояния, в которых они находились в начале процесса, адиабатического для всей совокупности участвовавших в нем систем. Тогда энергия системы (а следовательно, и обш,ая энергия всей совокупности участвовавших в процессе термических систем) будет в конце процесса не меньше, чем в его начале [c.91]

Ни термический к. п. д. для силовых установок, ни холодильный коэффициент, ни коэффициент трансформации тепла для теплонасосных установок не учитывают важнейшего следствия второго принципа термодинамики— возрастания энтропии изолированно системы нри протекании в ней реальных процессов. Этим самым указанные коэффициенты и их производные не учитывают энергетическую ценность тепла и не могут служить количественной характеристикой необратимости реальных процессов. Вместе с тем из сопоставления первой и второй глав книги можно заключить, что возможна система коэффициентов, основанная на всех следствиях обоих принципов термодинамики и созданная путем практического использования в термодинамическом анализе понятий эксергии и эксергетических потерь. [c.104]

Равновесные процессы являются условным, идеализированным понятием. Однако опыт показывает, что это абстрактное понятие может быть с успехом применено не только для установления общих закономерностей термодинамики, но и для расчета многих реальных процессов. Процесс тем ближе будет к равновесному, чем меньше будет разность в давлениях и температурах между термодинамической системой и окружающей средой. Причем существенна не абсолютная величина разности, а относительная, т. е. отношение разности к значению параметра в системе. [c.49]

Утверждение, что энтропия замкнутой системы при совершении в ней необратимых процессов возрастает, и есть по существу формулировка второго начала термодинамики. В этом причина односторонней направленности термодинамических процессов, происходящих в замкнутой системе . [c.37]

Книга представляет собой первую попытку изложения основных положений термодинамики необратимых процессов в форме тематически подобранных задач с решениями и указаниями. В нее включено более ста задач по общим и специальным вопросам линейной и нелинейной термодинамики необратимых процессов, по вопросам, охватывающим щирокий круг явлений переноса энергии, массы и импульса в термодинамических системах, осложненных фазовыми превращениями, вязким и пластическим движением среды, диссипацией энергии в газах и плазме, релаксационными явлениями и химическими реакциями в магнитном поле. [c.2]

В современных ультрацентрифугах можно достигнуть ускорений и> г, превышающих ускорение силы тяжести в 10 раз. В этих условиях процессы седиментации, не имеющие значения в поле тяжести Земли, становятся определяющими в распределении элементов в многокомпонентных системах. Поэтому явление седиментации широко используется для разделения элементов и определения их молекулярных масс. Различают равновесную и неравновесную седиментации. Первая возникает, когда все термодинамические силы и потоки в системе взаимно скомпенсированы. [c.78]

Заметим, что в ходе рассмотренного выше термодинамического цикла энергия в тепловой форме как подводилась к системе (газу), так и отводилась от нее. В этом случае результирующее количество энергии в тепловой форме Q, которой обмениваются термодинамическая система и окружающая среда в ходе циклического процесса, равно [c.10]

Каждому пути перехода системы из состояния / в состояние 2 (например, 12, 1а2 или 1Ь2) соответствует своя работа расширения 1 ы> l ai> In- Следовательно, раб ота зависит от характера термодинамического процесс а не является функцией только исходного и конечного состояний системы. С другой стороны, pdv зависит от пути интегрирования и, следовательно, элементарная работа Ы не является полным дифференциалом и не может быть представлена соотношением, аналогичным (2.1). [c.13]

Прежде чем пользоваться термодинамическими методами, надо количественно описать интересующий объект и происходящие в нем процессы на языке понятий и законов этой науки. Термодинамические соотношения и выводы применяются не к реальным объектам и явлениям, а к их моделям — термодинамическим системам и термодинамическим процессам. Создание термодинамической модели — один из наиболее трудных этапов работы, связанный, как правило, с необходимостью использования наиболее серьезных приближений. Среди них применение равновесного описания для неравновесных в принципе процессов и состояний, введение понятий закрытой изолированной, изотермической и т. п. системы для объектов, которые в действительности не соответствуют таким идеализированным схемам, разделение множества присутствующих в системе веществ на термодинамически значимые составляющие и незначимые примеси и многие другие упрощения. Ранее, хотя и подчеркивалась ограниченность выразительных средств термодинамики по сравнению с бесконечно сложными, взаимосвязанными явлениями природы, вопросы создания термодинамических моделей специально не рассматривались. Так, анализ равновесий начинался с решения уже сформулированной, термодинамически поставленной задачи, когда звестны термодинамические пере- [c.165]

Термодинамика. Термодинамика — это теория тепловых явлений, в которой не учитывается атомно-молекулярное строение тел. Для описания явлений в термодинамике используются понятия термодинамическая система и термодинамический процесс . Совокупность физических тел, изолированных от взаимодействия с другими телами, называют и.золирован-ной термодинамической системой. [c.94]

Ле Шателье и Браун сформулировали следующий принцип смещения равновесия под воздействием внешних сил, выводяш,их термодинамическую систему из равновесия, в ней развиваются такие процессы, которые всегда стремятся ослабить результаты внешнего воздействия. Этот принцип имеет более ограниченное значение, чем второе начало термодинамики, так как он указывает лишь направление изменения в равновесной системе под воздействием внешних сил, тогда как на основе второго начала термодинамики можно [c.154]

Однако, если предположить, что обе фазы, находясь в точках а и 6, могут взаимодействовать между собой, образуя термодинамическую систему, находящуюся при постоянных р а Т, то выяснится, что состояние Ь, в котором потенциал выше, чем в состоянии а, является лишь относительно устойчивым — метастабильным, ибо переход вещества из состояния два приведет к уменьшению потенциала ф. Аналогичные заключения можно сделать относительно точек с н d. То же относится н к рис. 2-4. На основании этого частки изобар и изотерм на рис. 2-3 и 2-4, относящиеся к состоянию устойчивого равновесия, изобрал<ены сплошными линиями, а участки, относящиеся к метастабильным состояниям,—пунктирными. Как уже отмечалось, реальные термодинамические системы могут находиться в метастабиль ных состояниях, если приняты меры к тому, чтобы они не подвергались заметным возмущениям извне, и если возмущения, связанные с естественными флуктуациями, малы по сравнению с порогами устойчивости. Так, например, очень чистую жидкость, находящуюся при некотором постоянном давлении, меньшем критического, можно нагреть до температуры, заметно превосходящей температуру насыщения при данном давлении Т з(р), без того, чтобы йачался процесс парообразования. Такое состояние жидкости аналогично точке d на рис. 2-4,а. Наоборот, пар можно изобарно охладить до точки Ь (рис. 2-4,а) без того, чтобы он начал конденсироваться. Однако можно показать, что существуют определенные границы существования метастабильных состояний. Эти границы определяются тем, что для метастабильных состояний должны выполняться условия устойчивости, поскольку, как отмечалось, мета--стабильные состояния по отношению к малым возмущениям устойчивы, т. е. для близкой окрестности точки метастабилшого равновесия должны выполняться условия (2-37) и (2-38) [c.36]

Понятие работы в механике теено связано с понятием энергии если система совершает работу, то ее энергия уменьшается (при совершении работы внешним источником над системой энергия поеледней увеличится). Выше отмечалось, что производство работы связано с изменением положения внешних тел, например, поршня, ограничивающего объем газа. В отличие от механической системы термодинамическая система способна изменять евою энергию и в том случае, если координаты внешних тел не изменяются и работа, следовательно, не производится. Такое изменение энергии происходит при термическом контакте (взаимодействие без производства работы) системы с телом, температура которого отличается от температуры системы. В этом случае энергия поступает в систему или отводится из нее в форме теплоты. Теплоту процесса считают положительной, если она подводится к термодинамической системе, и отрицательной, если она отводится. Для теплоты, отнееенной к 1 кг вещества, принято обозначение у, ее единица Дж/кг. [c.15]

Каждому состоянию реагирующей системы соответствует вполне определенное значение концентраций входящих в ее состав веществ. Таким образом, концентрация является добавочным параметром состояния и для полного представления о состоянии системы необходимо знать значения не двух каких-либо ее параметров, как при рассмотрении термодинамических систем, в которых происходят только физические процессы, а трех. Соответственно этому в процессах изменения состояния реагирующей системы могут оставаться постоянными уже два параметра, а не только один, как это имеет место при протекании одних лишь физических процессов (в последних такое положение возможно лишь при изменении агрегатного состояния рабочего тела). В частности, в реагирующих системах могут оставаться постоянными удельный объем и температура или давление и температура. Именно такие системы и изучаются в химической термодинамике, причем в первом случае система называется изохорно-изотермической, а во втором случае — изобарно-изотермической. [c.259]

Если начальное и конечное состояния системы совпадают, то в ней реализуется циклический процесс. В этом случае говорят, что сястема совершает термодинамический цикл. [c.20]

Таким образом, неравновесный в целом процесс сводится к более аростой феноменологической схеме, а именно к совокупности равновесных процессов в отдельных термодинамических подсистемах с привлечением уравнений, регулирующих массообмен незамкнутых подсистем и приток энергии в каждую из них, т. е. уравнений релаксации и химической кинетики типа (1.2.7) или других. Отличие от случаев полного термодинамического равновесия газовой смеси как термодинамической системы заключается здесь в том, что состояние газа определяется не только давлением и температурой, но и совокупностью других параметров дп. [c.13]

Основная трудность состоит в том, как объяснить возникновение сложной конструкции в результате случайных мутаций такая конструкция состоит из элементов, которые могут быть созданы только отдельными независимыми мутациями, но она дает преимущество в отборе только тогда, когда все необходимые элементы уже присутствуют и собраны в функционирующий механизм, как в случае руки или глаза. Но здесь не место обсуждать эти проблемы, так как, к счастью, в экономической теории не приходится говорить о порождении новой структуры (это результат человеческой активности), зато очень серьезно стоит проблема отбора. По существу, проблема отбора — это проблема чисто термодинамическая. Необходимо определить, каково будет распределение организмов по питательным нишам , с тем чтобы понять, как, например, сокращение питательных ниш повлияет на распределение организмов или как появление новых организмов с другими свойствами сдвигает общее распределение по питательным нишам . Нетрудно видеть, что в процессе отбора образуются эволюционно стабильные состояния, которые можно отождествить с равновесными состояниями термодинамической системы. Так как в эволюционном подходе к экономической теории нет смысла вводить представления о поколениях, наследованиях и генах 10.21 , эволюционная теория в применении к экономике принимает гораздо более простой вид, чем в биологии. Речь здесь идет лишь о механизме, фильтрующем институциональные инновации. Это в чистом виде задача теории информации, как отмечал А. Алхиян (см. выше). Но в силу практического [c.127]

В 4.4 было показано, что аналитическое выражение второго закона термодинамики имеет вид йз dQ/T, т. е. энтропия системы при протекании в ней самопроизвольных необратимых процессов увеличивается и остается без изменения при протекании в ней обратимых процессов, но ни при каких условиях энтропия системы не может уменьшаться. Таким образом, критерием равновесия любой системы является максимальное значение энтропии. Для химических систем за критерий необратимости процессов и равновесия помимо энтропии могут быть выбраны такие параметры, как изохорный и изобарный термодинамические потенциалы, которые получаются из рассмотрения второго закона термодинамики для изохорно-изотермических и изобарно-пзо-термических химических систем [c.190]

Второй закон термодинамики автор также сформулировал не на термодинамической, а на статистической основе — изолированная система, свободная от одухотворенного выбора, сама произвольно стремится перейти в состояние, которое может осуществиться наибольшим числом способов . Поэтому неудивительно, что прежде чем подойти к описанию содержания второго закона термодинамики и его следствиям, автор сравнительно подробно остановился на статистическом подходе к рассмотрению термодинамических процессов и термодинамических функций, и такие понятия, как энтропия, термодинамические функции и — TS и и — TS + pv, появились в книге раньше, чем было рассмотрено содержание второго закона термодинамики. Излагая содержание последнего, автор высказывает мысли, по существу примыкающие к признанию тепловой смерти мира так, он утверждает, что второй закон термодинамики эквивален- [c.23]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...