Термодинамические процессы. Обратимые и реальные процессы

Термодинамические процессы. Обратимые и реальные процессы [c.30]

В заключение укажем, что все известные нам процессы, непрерывно протекающие в природе и в технике, являются необратимыми. Однако термодинамика обычно рассматривает только обратимые процессы, протекающие в идеализированных системах бесконечно медленно. В этом состоит особенность метода термодинамики как науки. Применение этой методики основывается на том, что подавляющее большинство процессов, с которыми приходится иметь дело на практике, мало отличается от обратимых и вполне могут быть заменены последними. В тех же случаях, когда реальные процессы существенно отличаются от идеализированных, это должно быть учтено соответствующими поправками в практических числовых расчетах. Такой метод обусловливается тем, что особенности необратимых процессов затрудняют непосредственный термодинамический их анализ. [c.58]

Термодинамический процесс может быть обратимым или необратимым. Обратимый процесс происходит тогда, когда возможно возвращение к начальному состоянию системы и окружающей среды. Процесс, который не удовлетворяет этим условиям, является необратимым процессом. В принципе мы имеем дело с необратимыми процессами обратимый процесс является идеализацией реального процесса. [c.69]

Строго говоря, необратимые процессы нельзя изобразить графически, так как уравнение состояния рУ = ЯТ нельзя применять для неравновесных состояний. Однако опыт показывает, что при расчетах тепловых установок можно пренебречь неравновесностью состояний без грубых погрешностей и, принимая в качестве давления и температуры газа некоторые средние величины по объему, рассчитывать по ним термодинамические процессы. Результаты исследований обратимых процессов дают возможность выявить условия наивыгоднейшего проведения реальных процессов. Поэтому действительные необратимые процессы изучают, заменяя их такими обратимыми процессами, которые приводят к одинаковым с необратимыми конечным состояниям рабочего тела. [c.24]

Когда в термодинамике при обычных условиях используется представление об обратимых процессах, то предполагается, что хотя при всех реальных термодинамических процессах и имеются необратимые изменения, но они малы и получаемые при этом результаты справедливы и в пределе полностью обратимых процессов. В цикле Нернста такая абстракция невозможна, поскольку сколь угодно малая степень необратимости уводит систему с нулевой изотермы. [c.164]

Исходя из данных о действительном механизме процесса и условий, в которых протекает процесс, всегда можно схематизировать каждый из реальных процессов так, чтобы сделать возможным его термодинамический анализ. Следует отметить, что для вычисления работы и количества теплоты, составляющих главное содержание приложений термодинамики, не обязательно знать все особенности кинетики реального процесса. Вполне достаточно, чтобы наряду с внешними условиями, в которых протекает процесс, были известны конечные и, само собой разумеется, начальные состояния всех участвующих в процессе тел. С помощью функций состояния U, I, S, F, Ф, частные производные которых, как было показано ранее в 3.1, характеризуют физические свойства тел, можно анализировать любые как обратимые, так и необратимые процессы. Использование дифференциальных уравнений термодинамики, связывающих частные производные функций состояния с термическими параметрами и их производными, составляет суть термодинамического анализа. [c.158]

Обратимым принято называть такой процесс, который в условиях изолированной системы, т. е. без внешнего воздействия, допускает возврат системы в исходное состояние. Естественно, что в обратимом процессе исключены все виды необратимых явлений (трение, диффузия и т. п.), поэтому он наиболее идеализирован. Обратимые процессы значительно облегчают анализ термодинамической системы при ее изменении, а переход к реальным процессам осуществляется введением в расчеты коэффициентов, характеризующих необратимые явления. [c.9]

Равенство (15.35) связано со вторым законом термодинамики, сущность которого состоит в двух утверждениях. Первое называется теоремой Карно (у каждой термодинамической системы с) ществуют два свойства —ее абсолютная температура Т и ее энтропия S, такие, что в любом бесконечно малом обратимом процессе изменение количества тепла выражается формулой lQ=TdS). Второе утверждение носит название принципа возрастания энтропии, который формируется так в изолированной системе энтропия всех тел, входящих в нее, остается постоянной в течение обратимого процесса, увеличивается при необратимом (реальном) процессе и никогда не может уменьшиться AS 5 0. [c.460]

При разделении воды и растворенных в ней примесей требуются затраты энергии не менее определенного минимального ее количества, равного необходимому (согласно термодинамическому расчету) для обратимого отделения воды. Минимальная энергия, требующаяся для обратимого переноса 1 моля воды через мембрану, например, при разделении морской воды, оценивается 45,2 Дж/моль, или 0,58 кВт-ч/моль. Это значение получено термодинамическим расчетом, и поэтому оно справедливо для любых процессов разделения морской воды. Однако при затрате минимального значения свободной энергии скорость разделения раствора практически равна нулю. Поскольку в реальных процессах производительность установок должна быть технологически приемлемой, то и рабочее давление в них должно значительно превосходить осмотическое. Обычно рабочее давление поддерживается в интервале 5—8 МПа. [c.123]

Метод, основанный на комплексном и полном использовании обоих принципов термодинамики, исходит из того, что совершенство всякого реального процесса должно оцениваться по степени его отклонения от обратимого процесса. Его можно назвать термодинамическим методом. Имеются две разновидности этого метода первую разновидность представляет эксергетический метод (метод потоков эксергии), вторую — энтропийный метод (метод вычитания эксергетических потерь). [c.105]

Математическое выражение принципа существования энтропии термодинамической системы эквивалентно описанию свойств этой системы, например, в построении принципа существования энтропии идеальных газов ( 4). На этом основании общее построение принципа существования энтропии в дальнейшем осуществляется на базе независимого симметричного постулата, сохраняющего силу при любом направлении необратимых явлений в изолированной системе ( 1). Введение понятия внутреннего теплообмена (6Q ) и математического выражения принципа сохранения энергии в форме первого начала термостатики (6Q=6Q + + bQ = dU+AbL) дает возможность обобщить математическое выражение принципа существования энтропии классической термодинамики (обратимые процессы) до уровня второго начала термостатики как математического выражения принципа существования энтропии и абсолютной температуры для реальных процессов любых термодинамических систем. [c.54]

В рамках классической термодинамики, как термодинамики внешних балансов, такое уравнение связи функций состояния равновесных термодинамических систем может быть получено лишь путем сопоставлений математических выражений первого и второго начал термодинамики для обратимых процессов ( 7, п. а) в связи с этим создается ошибочное представление о невозможности использования объединенного уравнения (93) в исследованиях реальных термодинамических процессов. [c.60]

Процессы истечения сплошных масс — жидкостей, паров и газов— являются процессами быстрых изменений состояния вещества в этих условиях достигают заметной величины необратимые потери и нарушения термодинамического равновесия. Наиболее целесообразно характеризовать реальные процессы истечения от заданного исходного состояния (Рь У, или Р, 1 и т.п.) до заданного конечного противодавления (Ра) путем анализа эталонного процесса обратимого истечения в тех же граничных условиях (теоретический процесс), а переход к реальным процессам осуществлять путем введения поправочных коэффициентов — коэффициента линейной скорости (ф) и коэффициента расхода (ц). [c.87]

Отсюда расчетные выражения критических линейных скоростей реального (с кр) и обратимого (с р) процессов истечения сжимаемых жидкостей (Р, г. — термодинамические параметры потока в критическом сечении) [c.95]

В термодинамическом смысле обратимым называется процесс, который можно провести не только в прямом, но и в обратном направлении так, что сама система и окружающая ее среда возвратятся в первоначальное состояние. В природе вполне обратимых термодинамических процессов нет, так как всегда есть источники необратимости в виде трения, превращения электрической, световой и других видов энергии в теплоту. Поэтому вполне обратимые термодинамические процессы — это абстракция, идеальные предельные случаи реальных процессов. [c.169]

Всякий термодинамический процесс, не удовлетворяющий условиям обратимости (п. Г), называется необратимым термодинамическим процессом. Все реальные процессы протекают не бесконечно медленно, а с конечной скоростью. Все они сопровождаются трением (1.2.10.Г), диффузией (И.1.3.Г) и теплообменом (11.4.3.Г) при конечной разности температур тела (системы) и внешней среды. Поэтому все реальные процессы являются неравновесными (11.3.2.3°). Следовательно, все реальные процессы являются необратимыми. [c.146]

В качестве информативной величины термодинамического совершенства поверхности теплообменного аппарата может быть использовано понятие ее КПД, определяемого с учетом параметров подобия Нуссельта и Эйлера. Следует отметить, что отношение параметра Эйлера к параметру Нуссельта будет характеризовать степень термодинамической необратимости процесса, т. е. степень отклонения реального процесса от обратимого изобарического. Минимальные значения необратимости процесса одновременно можно использовать и как дополнительные условия к выбору и обоснованию оптимальных скоростей теплоносителей по газовоздушным трактам регенератора. [c.123]

Реально вопрос о равновесности и обратимости процесса решают путем сравнения скорости распространения возмущений в термодинамической системе со скоростью изменения ее состояния. Например, сравнивают скорость движения поршня, сжимающего газ, со скоростью распространения малых возмущений в газе, равной, как известно, скорости звука чем меньше первая скорость по сравнению со второй, тем ближе процесс сжатия к равновесному, обратимому. [c.47]

До сих пор мы рассматривали рабочие циклы холодильных установок как обратимые или во всяком случае лишь как внешне необратимые циклы. Соответственно этому определяемый уравнением (15-3) холодильный коэффициент et относится к идеализированному теоретическому циклу холодильной установки и представляет собой теоретический холодильный коэффициент. Он не учитывает необратимости процессов действительного рабочего цикла и поэтому не может в полной мере служить критерием термодинамического совершенства реальной холодильной установки. [c.470]

Равновесный (обратимый) процесс является абстракцией и Б чистом виде на практике из-за существования трения и теплообмена не встречается. Из этого, однако, не следует, что равновесные процессы не представляют интереса для изучения. Теоретическое исследование равновесных процессов термодинамическим методом позволило получить ряд законов, которые дают возможность предсказать, как необходимо проводить процессы в реальных системах, чтобы получить наилучшие результаты. [c.52]

Таким образом, холодильный коэффициент реальной воздушной компрессорной холодильной установки меньше холодильного коэффициента установки, работающей по обратному циклу Карно. Это обусловлено тем, что в цикле Карно все процессы происходят обратимо. Цикл воздушной холодильной установки является термодинамически несовершенным, а установка малоэкономична и громоздка. Причиной этого несовершенства является значительное отклонение реального цикла воздушной холодильной установки от обратного цикла Карно. [c.47]

Термодинамическая трактовка энтропии связана с обратимыми процессами, которые практически не могут быть осуществлены. Однако можно говорить и об энтропии на основе реальных необратимых процессов, так как в необратимых процессах, протекающих в термически изолированных системах, энтропия всегда растет. Таким образом, в реальных изолированных системах будут идти только такие процессы, которые протекают с возрастанием энтропии. Если процессы не могут идти с увеличением энтропии, то есть в данных условиях энтропия имеет наибольшую величину, то в системе не происходит никаких изменений система будет находиться в равновесии. Следовательно, максимум энтропии - условие равновесия процессов, [c.84]

При взаимодействии с окружающей средой термодинамическая система проходит ряд последовательных состояний, совокупность которых называют термодинамическим процессом. Термодинамический процесс называют равновесным, если в любом промежуточном состоянии при фиксированных внешних воздействиях для конечного интервала времени параметры термодинамического состояния системы не изменяются. Неравновесными называют процессы, состоящие из последовательности неравновесных состояний. При заданных внешних воздействиях реальные процессы в термодинамической системе всегда происходят с конечной скоростью изменения параметров термодинамического состояния, поэтому они всеща будут неравновесными. В том случае, если скорости изменения параметров термодинамического состояния достаточно малы, процесс приближенно можно считать равновесным. Равновесный процесс, который и в прямом, и в обратном направлениях проходит через одну и ту же последовательность состояний, только в обратном порядке, носит название обратимого. В противном случае термодинамический процесс называют необратимым. Необратимые термодинамические процессы характеризуются рассеянием энергии. [c.181]

За счет процессов, которые сейчас можно грубо назвать фрикционными или диссипативными , все естественные процессы в какой-то мере термодинамически несовершенны, или, выражаясь языком термодинамики, необратимы . Следовательно, любая реальная установка будет либо больше потреблять, либо меньше производить работы, чем это было бы возможно в воображаемой идиллической стране, которую можно было бы назвать Термото-пией . В ней все процессы обратимы и какие-либо несовершенства отсутствуют. В связи с этим следует отметить, что, как и другие ученые, специалист по термодинамике, описывая поведение физического мира, строит упрощенную модель — природа физического мира слишком сложна, чтобы можно было описать ее сразу во всех деталях. [c.11]

МИКИ. Многочисленные разработки приложения основных следствий второго закона термодинамики к расчету тепловых процессов показали, что наиболее рациональным является использование следствий понятия обратимости и необратимости процессов максимально возможной работы (эксергии) и величины Го2А5 — потерь возможной работы (эксергетических потерь). Эксергия дает представление о предельных возможностях преобразования энергии при обратимых процессах. Эксергети-ческие потери характеризуют степень отклонения необратимых (т. е. реальных) процессов от обратимых. Использование эксергии как количественной характеристики обратимых процессов, и эксергетических потерь как количественной характеристики необратимых (реальных) процессов составляет суть термодинамического метода анализа энергетических установок. [c.9]

При исследовании термодинамических свойств циклое ГТУ, так же как и при рассмотрении циклов ДВС, реальны процессы работы установки заменяются обратимыми ( деализи-рованными). Процесс сгорания топлива отождествляется с изобарным или нзохорным подводом теплоты, эквивалентной теплоте сгорания топлива. Изобарный процесс отвода теплоты от рабочего тела к холодному источнику заменяет удаление теплоты из турбины вместе с отработавшими газами. Сжатие и расширение ра- [c.83]

Следовательно, условиями обратимости термодинамического процесса являются кпазпстатичность изменений состояния системы, участвующей в процессе, отсутствие трения и других диссипативных факторов. Обратимые процессы являются следствием идеали.зации реальных необратимых процессов. [c.43]

Оказалось, что результаты, полученные при использовании псевдоцикла Стирлинга, соответствуют закономерностям и характеристикам реальных двигателей, хотя некоторые выводы и вызывают возрджения. Основные сомнения связаны с интерпретацией идеального цикла, поскольку, по некоторым замечаниям, в нем используются газодинамические процессы, которые не достижимы или не встречаются в практическом двигателе. Подобные замечания справедливы, но довольно очевидны, поскольку идеальные циклы по определению состоят из идеальных и обратимых термодинамических процессов, которые не достижимы в реальных устройствах. Однако использование идеальных циклов и интерпретацию результатов последующего анализа необходимо согласовывать с практическими возможностями. Проблема заключается в том, как найти зо.потую середину . Например, цикл с двойным сгоранием, используемый при анализе рабочего процесса, протекающего в дизеле, дает более реальные значения рабочих характеристик, чем исходный цикл дизеля, но его сочли гипотетическим циклом, выдуманным для того, чтобы получить приемлемые результаты, пока не отражающие идеальных характеристик дизельного двигателя [4]. Если бы критические замечания относительно псевдоцикла Стирлинга основывались на тех же доводах, они были бы более обоснованными. Во всяком случае, этот вопрос интересен в основном для педантов. Трудность проблемы состоит в том, что двигатели Стирлинга не работают по циклу Стирлинга, и в литературе царит путаница в вопросе о том, какие нужно применять критерии работы и рабочие характеристики. [c.229]

Таким образом, реальные процессы могут служить лишь приближением к полностью обратимым как к некоторому предельному идеальному случаю, имеющему место лишь в идиллической термодинамической стране, названной автором Термотопией 10]. И тем не менее именно с помощью анализа этих гипотетических обратимых процессов инженеры и ученые получают возможность изучать и предсказывать истинное поведение реальных систем и установок. [c.122]

Последовательное рассмотрение процессов упругого деформирования и теплопроводности в их взаимосвязи возможно только на основе термодинамических соображений. Томсон (1855) впервые применил основные законы термодинамики для изучения свойств упругого тела. Ряд исследователей [Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц (1953) и др.] с помощью методов классической термодинамики получили связанные уравнения термоупругости. Однако в рамках классической термодинамики строгий анализ справедлив лишь для изотермического и адиабатического обратимых процессов деформирования. Реальный процесс деформирования, неразрывно связанный с необратимым процессом теплопроводности, является в общем случае также необратимым. Термодинамика необратимых процессов, разработанная в последние годы, позволила более строго поставить задачу о необратимом процессе деформирования и дать единую трактовку механических и тепловых процессов, нашедшую отражение в работах Био (1956), Чедвика (1960), Боли и Уэйнера (1960) и др. В связи с этим более четко определилась теория термоупругости, обобщающая классическую теорию упругости и теорию теплопроводности. Она охватывает следующие явления перенос тепла теплопроводностью в теле при стационарном и нестационарном теплообмене между ним и внешней средой термоупругие напряжения, вызванные градиентами температуры динамические эффекты при резко нестационарных процессах нагрева и, в частности, термоупругие колебания тонкостенных конструкций при тепловом ударе термомеханические эффекты, обусловленные взаимодействием полей де( юрмации и температуры. [c.6]

Как было установлено в предыдущем параграфе, первый закон термодинамихн постулирует взаимный переход механической и тепловой энергии одной в другую. Соотношение, выражающее переход тепла и работы в кинетическую и внутреннюю энергни во время термодинамического процесса, заключено в уравнении энергии. Однако первый закон оставляет без ответа вопрос, является ли этот переход обратимым или необратимым. Все реальные процессы необратимы, но обратимые процессы представляют очень полезную идеализацию, так как во многих ситуациях диссипацию энергин можно считать пренебрежимо малой. Основной критерий необратимости содержится во втором законе термодинамики, который устанавливает некоторые ограничения на производство энтропии. [c.187]

При термодинамическом исследовании циклов ГТУ, так же как и при изучении циклов поршневых ДВС, реальные процессы идеализируются и заменяются теоретическими обратимыми процессами. Процесс горения топлива заменяется изобарным или изохорным процессом подвода теплоты, которое эквивалентно теплоте, выделяемой при сгорании топлива удаление газов из турбины заменяется изобарным процессом отвода теплоты холодному источнику количество рабочего тела в цикле остается постоянным, равным 1 кг, следовательно, цикл считается замкнутым. [c.85]

Рассмотрим изменение состояния какой-либо термодинамической системы на пути 1—2 (рис. 7.6). Выделим на этом пути элементарный участок АВ к выделенному реальному элементарному процессу АВ приетроим элементарные участки обратимых процессов — адиабатного ВС, изотермного D и адиабатного DA. Извесгно, что КПД реального теплового двигателя меньше его значения для обратимого ( Чобр > i i)- Тогда для кругового процесса А B D реального теплового двигателя можно написать [c.84]

Термодинамические процессы могут быть обратимыми и необратимыми. Обратимьш является равновесный процесс, если при проведении его в обратном направлении система приходит в начальное состояние, и во внешней среде нет изменений. Остальные процессы необратимы. Поскольку всегда имеет место рассеяние энергии (например, за счет трения), то любой реальный процесс необратим. Мерой рассеяния или необратимости является энтропия 8. [c.51]

Строго говоря, все реальные процессы в макроскопических масштабах протекают с конечными скоростями, направления их существенны, и поэтому они являются в действительности необратимыми, но практически многие процессы можно считать термодинамически обратимыми. С практической и теоретической точек зрения в ряде приложений можно моделировать действительные явления с помощью обратимых процессов. Пример процесса, который Например, исследования показывают, что практически можно считать иногда практически можно считать об-обратимым ратимым даже очень быстро протекающий [c.213]

При изучении движения в упругих телах мы до сих пор считали, что процесс деформирования происходит обратимым образом. В действительности процесс термодинамически обратим, только если он происходит с бесконечно малой скоростью, так что в каждый данный момент в теле успевает установиться состояние термодинамического равновесия. Реальное движение происходит, однако, с конечной скоростью, тело не находится в каждый данный момент в равновесии, и поэтому в нем происходят процессы, съремящиеся привести его в равновесное состояние. Наличие этих процессов и приводит к необратимости движения, проявляющейся, в частности, в диссипации механической энергии, переходящей в конце концов в тепло ). [c.177]

Если процесс расширения газа в реальных условиях проводить медленно, то работа при этом процессе будет стремиться к значению работы при равновесном процессе. Как будет показано ниже, найденный теоретически коэффициент полезного действия тепловой машины, совершающей обратимый цикл, будет максимальным. Это теоретическое условие дает возможность сделать все необходимое для того, чтобы при конструировании реальных тепловых двигаталей приблизить их к тепловой машине, совершающей обратимый цикл. Изучение равновесных процессов и процессов, близких к равновесным, составляет основное содержание термодинамического исследования. [c.53]

Верхний предел удельного импульса определяется условиями химического равновесия адиабатического обратимого процесса расширения продуктов химических реакций горения в одномерном сопле (идеальный удельный импульс /уд, ид) и характеризует термодинамический потенциал топлива при заданных соотношении компонентов, давлении в камере, геометрической степени расширения сопла и давлении окружаюп ей среды. Реально достижимый удельный импульс определяется потерями. Некоторые из них изначально присущи ЖРД и исключить их невозможно. К ним относятся потери на непараллельность истечения (геометрические потери), потери в пограничном слое, потери на запаздывание и кинетические (из-за химической не-равновесности) потери. Другими можно управлять путем выбо- [c.166]

Как видно из трех рассмотренных примеров, чисто термодинамические расчеты проводятся для термотопических случаев, аналогичных реальным, но основанных на обратимых процессах. Далее соотношение между реальной и идеальной характеристиками устанавливается путем привлечения сугубо экспериментальных сведений. Такая картина наблюдается во всех случаях применения расчетов в рамках термодинамики равновесных процессов к задачам прикладного характера. [c.184]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...