什么是热力学过程?

当系统内存在某种能量变化时,系统经历热力学过程,通常与压力,体积,内部能量,温度或任何形式的传热的变化相关。

主要类型的热力学过程

有几种特定类型的热力学过程经常发生(并且在实际情况下),它们通常在热力学研究中被处理。每个人都有一个独特的特征来识别它,这对于分析与过程相关的能源和工作变化很有用。

  • 绝热过程-一个没有传热进出系统的过程。
  • 等热过程-体积没有变化的过程,在这种情况下系统不起作用。
  • 等压过程-一个没有压力变化的过程。
  • 等温过程-一个没有温度变化的过程。

可以在单个进程中有多个进程。最明显的例子是体积和压力变化,导致温度或传热没有变化-这样的过程将是绝热和等温的。

热力学**定律

数学术语中,热力学的**定律可以写成:

Δ-U=Q-WQ=Δ-U+W
其中

  • delta-U=系统'内部能量变化
  • Q=传热进出系统。
  • W=由系统完成或在系统上完成的工作。

当分析上述特殊热力学过程之一时,我们经常(尽管并非总是)找到一个非常幸运的结果-其中一个量减少到零!

例如,在绝热过程中没有传热,所以75 Q 76 0,导致v内部能量与工作之间非常直接的关系:delta-Q=-W。有关其独特属性的更多具体详细信息,请参阅这些过程的各个定义。

可逆过程

大多数热力学过程从一个方向自然地进行到另一个方向昆虫。换句话说,他们有一个**的方向。

热量从较热的物体流向较冷的物体。气体膨胀以填充房间,但不会自发收缩以填充较小的空间。机械能可以完全转化为热量,但实际上不可能将热量完全转化为机械能。

但是,有些系统确实经历了可逆过程。通常,当系统始终接近热平衡时,无论是在系统内部还是在任何周围环境中,都会发生这种情况。在这种情况下,系统条件的无穷小变化可能导致过程走另一条路。因此,可逆过程也称为平衡过程

实施例1:两种金属(A&经济学;B)处于热接触和热平衡状态。金属A被加热到无穷小的量,使得热量从它流向金属B.这个过程可以通过冷却无穷小的量来逆转,此时热量将开始从B流向A,直到它们再次处于热平衡状态。

实施例2:气体在可逆过程中缓慢且绝热地膨胀。通过将压力增加无限小量,相同的猫扑两性健康性知识网气体可以缓慢且绝热地压缩回初始状态。

应该指出的是,这些都是一些理想化的例子。出于实际目的,一旦引入这些变化之一,处于热平衡状态的系统就会停止处于热平衡状态。。。因此,这个过程实际上并不是完全可逆的。这是一个n这种情况如何发生的理想模型,尽管通过仔细控制实验条件,可以进行非常接近完全可逆的过程。

不可逆过程和热力学第二定律

当然,大多数过程是不可逆过程(或非平衡过程)。使用制动器的摩擦对您的汽车起作用是一个不可逆转的过程。让气球释放空气进入房间是一个不可逆转的过程。将一块冰放在热水泥走道上是一个不可逆转的过程。

总体而言,这些不可逆过程是热力学第二定律的结果,热力学第二定律通常根据系统的熵或无序来定义。

有几种方法可以表达热力学第二定律,但基本上它限制了任何传热的效率。根据热力学第二定律,在这个过程中总是会损失一些热量,这就是为什么在现实世界中不可能有一个完全可逆的过程。

热能,水泵和其他设备

我们称任何将热量部分转化为功能或机械能的装置为热发动机。热发动机通过将热量从一个地方传递到另一个地方,一路上完成一些工作来做到这一点。

使用热力学,可以分析热能的热效率,这是大多数介绍性物理课程中涉及的主题。以下是一些经常在物理课程中分析的热能:

  • 内部组合发动机-诸如汽车中使用的燃料动力发动机。"奥托循环"定义了普通汽油发动机的热力学过程。"柴油循环"指柴油动力发动机。
  • 冰箱-反过来,冰箱从寒冷的地方(冰箱内)取热并将其转移到温暖的地方(外面)冰箱)。
  • 热泵-热泵是一种热能,类似于冰箱,用于通过冷却外部空气来加热建筑物。

卡诺周期

1924年,法国工程师Sadi Carnot创建了一个理想化的假设发动机,其**效率符合热力学第二定律。他根据效率得出以下等式,e

e=(T-T)/T

TT分别是冷热储存器的温度。温差很大,效率很高。如果温差低,效率会降低。如果T=0(即**值),则效率仅为1(****效率),这是不可能的。