Các chặt chẽ hơn, chúng tôi gần đúng một quá trình thuận nghịch, càng có nhiều
công việc đến từ một thiết bị làm việc sản xuất hoặc làm việc ít hơn yêu cầu của một
thiết bị làm việc tốn.
Khái niệm về quá trình hồi phục dẫn đến định nghĩa về hiệu quả secondlaw cho quá trình thực tế, đó là mức độ xấp xỉ với
các quá trình hồi phục tương ứng. Điều này cho phép chúng ta so sánh hiệu suất của các thiết bị khác nhau được thiết kế để làm nhiệm vụ tương tự trên
cơ sở hiệu quả của họ. Các thiết kế tốt hơn, các irreversibilities thấp hơn và cao hơn hiệu quả thứ hai của pháp luật.
Irreversibilities
các yếu tố gây ra một quá trình không thể đảo ngược được gọi là irreversibilities.
Chúng bao gồm ma sát, mở rộng tự do, trộn của hai chất lỏng, nhiệt
chuyển giao qua một nhiệt độ hữu hạn sự khác biệt, điện trở, không đàn hồi
biến dạng của chất rắn, và các phản ứng hóa học. Sự hiện diện của bất kỳ của các
hiệu ứng làm cho một quá trình không thể đảo ngược. Một quá trình thuận nghịch liên quan đến việc không ai trong số
này. Một số irreversibilities thường xuyên gặp phải được thảo luận
ngắn gọn dưới đây.
Frictionis một hình ảnh quen thuộc của không đảo ngược kết hợp với các cơ quan trong
chuyển động. Khi hai cơ thể tiếp xúc được buộc phải di chuyển tương đối với nhau
khác (một piston trong xi lanh, ví dụ, như trong Hình 6-32.), Một ma sát
lực lượng đối kháng lại chuyển động phát triển tại giao diện của hai cơ quan này,
và một số công việc cần thiết để vượt qua lực ma sát này. Năng lượng cung cấp như công việc được cải theo nhiệt trong quá trình này và được chuyển giao cho các cơ quan xúc, bằng chứng là một sự gia tăng nhiệt độ tại
giao diện. Khi hướng chuyển động đảo ngược lại, các cơ quan được
khôi phục lại vị trí ban đầu của họ, nhưng giao diện không mát, và nhiệt độ là
không được chuyển đổi trở lại làm việc. Thay vào đó, nhiều tác phẩm được chuyển thành nhiệt
trong khi khắc phục các lực ma sát mà cũng phản đối việc chuyển động ngược lại.
Kể từ khi hệ thống (các vật thể chuyển động) và môi trường xung quanh không thể
quay trở lại trạng thái ban đầu của họ, quá trình này là không thể đảo ngược. Vì vậy, bất kỳ
quá trình có liên quan đến ma sát là không thể đảo ngược. Lớn hơn các lực lượng ma sát
tham gia, không thể đảo ngược quá trình này là hơn.
Ma sát không phải luôn luôn liên quan đến hai cơ quan vững chắc trong liên lạc. Nó cũng được
gặp giữa một chất lỏng và chất rắn và thậm chí giữa các lớp của một
chất lỏng chuyển động với vận tốc khác nhau. Một phần đáng kể của điện
được sản xuất bởi một động cơ xe được sử dụng để khắc phục ma sát (lực kéo)
giữa không khí và bề mặt bên ngoài của chiếc xe, và cuối cùng
trở thành một phần của năng lượng nội tại của không khí. Nó không thể đảo ngược
Chương 6 | 297
nước
áp
phân phối
nước Nước
Nước
(một) Slow (đảo ngược) quá trình (b) nhanh (không thể đảo ngược) quá trình
mở rộng Expansion nén Compression
Hình 6-31
trình hồi phục mang đến hầu hết
và tiêu thụ ít nhất công việc.
Friction
GAS
Hình 6-32
Friction ám một quá trình không thể đảo ngược.
quá trình này và khôi phục mà bị mất điện, mặc dù làm như vậy sẽ không
vi phạm các nguyên tắc bảo tồn năng lượng.
Một ví dụ khác của sự không đảo ngược là việc mở rộng tự do của một
gasseparated từ một chân không bởi một màng, như thể hiện trong hình. 6-33. Khi
màng bị vỡ, khí lấp đầy toàn bộ bể. Cách duy nhất để
khôi phục hệ thống về trạng thái ban đầu của nó là để nén nó vào khối lượng ban đầu của nó,
trong khi truyền nhiệt từ khí cho đến khi nó đạt đến nhiệt độ ban đầu của nó.
Từ việc bảo tồn các cân nhắc về năng lượng, nó có thể dễ dàng chỉ ra rằng
lượng nhiệt chuyển từ khí bằng số lượng công việc được thực hiện
vào khí đốt của môi trường xung quanh. Sự phục hồi của môi trường xung quanh liên quan đến việc
chuyển đổi của nhiệt này hoàn toàn để làm việc, trong đó sẽ vi phạm thứ hai
của pháp luật. Vì vậy, việc mở rộng tự do của một chất khí là một quá trình không thể đảo ngược.
Một hình thức thứ ba của irreversibility quen thuộc với tất cả chúng ta là nhiệt transferthrough một
sự khác biệt nhiệt độ hữu hạn. Hãy xem xét một lon soda lạnh còn lại trong một ấm
phòng (Fig. 6-34). Nhiệt được truyền từ không khí trong phòng ấm hơn với
nước ngọt mát. Cách duy nhất quá trình này có thể được đảo ngược và soda
khôi phục nhiệt độ ban đầu của nó là cung cấp điện lạnh, mà
đòi hỏi phải có một số đầu vào công việc. Vào cuối quá trình ngược lại, soda sẽ được
khôi phục lại trạng thái ban đầu của nó, nhưng môi trường xung quanh sẽ không được. Các nội
năng lượng của môi trường xung quanh sẽ tăng một lượng bằng độ lớn
đến công tác cung cấp cho tủ lạnh. Sự phục hồi của môi trường xung quanh
để tình trạng ban đầu chỉ có thể được thực hiện bằng cách chuyển đổi năng lượng nội dư thừa này
hoàn toàn để làm việc, mà là không thể làm mà không vi phạm thứ hai
của pháp luật. Vì chỉ có hệ thống, không phải cả hai hệ thống và môi trường xung quanh, có thể
được khôi phục lại tình trạng ban đầu của nó, truyền nhiệt thông qua nhiệt độ hữu hạn
khác biệt là một quá trình không thể đảo ngược.
Truyền nhiệt có thể chỉ xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ
giữa một hệ thống và môi trường xung quanh . Vì vậy, nó là thể chất không thể có một quá trình truyền nhiệt có thể đảo ngược. Nhưng một quá trình truyền nhiệt
trở nên ít hơn và ít không thể đảo ngược là sự khác biệt nhiệt độ giữa
hai cơ quan tiếp cận zero. Sau đó truyền nhiệt qua một sự khác biệt nhiệt độ khác biệt dTcan được coi là thuận nghịch. Như dTapproaches
số không, quá trình này có thể được đảo ngược theo hướng (ít nhất là về mặt lý thuyết) mà không
đòi hỏi bất kỳ lạnh. Chú ý rằng truyền nhiệt có thể đảo ngược là một quá trình nhận thức và không thể được nhân đôi trong thế giới thực.
Các nhỏ hơn chênh lệch nhiệt độ giữa hai cơ quan, nhỏ hơn
tốc độ truyền nhiệt sẽ được. Bất kỳ truyền nhiệt đáng kể thông qua một nhỏ
khác biệt nhiệt độ đòi hỏi một diện tích bề mặt rất lớn và rất dài
thời gian. Vì vậy, mặc dù tiếp cận truyền nhiệt có thể đảo ngược là mong muốn từ một điểm nhiệt động lực học của xem, nó là không thực tế và không khả thi về mặt kinh tế.
Bên trong và Bên ngoài quá trình hồi phục
Một quá trình điển hình liên quan đến tương tác giữa hệ thống và môi trường xung quanh của nó, và một quá trình thuận nghịch liên quan đến việc không có irreversibilities liên quan với
cả hai người.
Một quá trình được gọi là nội bộ đảo ngược nếu không irreversibilities xảy ra
trong ranh giới của hệ thống trong quá trình này. Trong một nội bộ
quá trình thuận nghịch, một hệ thống tiến hành thông qua một loạt các trạng thái cân bằng,
298 | Nhiệt động lực học
(a) không thể đảo ngược quá trình truyền nhiệt
20 ° C
20 ° C
5 ° C
5 ° C
2 ° C
(b) Một quá trình truyền nhiệt không thể
20 ° C
nhiệt
Heat
Hình 6-34
(a) truyền nhiệt thông qua một
sự khác biệt nhiệt độ là không thể đảo ngược,
và (b) quá trình ngược lại là
không thể.
(a) nén nhanh
(b) mở rộng nhanh
(c) mở rộng tự do
700 kPa 50 kPa
Hình 6-33
nén và không thể đảo ngược
mở rộng quy trình.
và khi quá trình được đảo ngược, hệ thống đi qua chính xác
trạng thái cân bằng tương tự khi trở về trạng thái ban đầu của nó. Đó là, các con đường
của phía trước và ngược quá trình trùng cho một nội bộ đảo ngược
quá trình. Quá trình bán cân bằng là một ví dụ về một nội bộ
quá trình thuận nghịch.
Một quá trình được gọi là bên ngoài reversibleif không irreversibilities xảy ra bên ngoài ranh giới hệ thống trong quá trình này. Truyền nhiệt giữa một
hồ chứa và hệ thống là một quá trình bên ngoài đảo ngược nếu các bề mặt bên ngoài
của hệ thống là ở nhiệt độ của hồ chứa.
Một quá trình được gọi là hoàn toàn có thể đảo ngược, hoặc chỉ đơn giản là có thể đảo ngược, nếu nó liên quan đến việc
không có irreversibilities trong hệ thống hoặc môi trường xung quanh (Hình. 6-35). Một
quá trình hoàn toàn đảo ngược liên quan đến việc không truyền nhiệt qua một sự khác biệt nhiệt độ hữu hạn, không có thay đổi nonquasi-trạng thái cân bằng, và không có ma sát hoặc các
hiệu ứng tiêu tán.
Như một ví dụ, hãy xem xét việc chuyển giao nhiệt để hai hệ thống giống hệt nhau mà
đang trải qua một hằng số áp lực (như vậy, nhiệt độ không đổi) trình phasechange, như thể hiện trong hình. 6-36. Cả hai quy trình là nội bộ
có thể đảo ngược, vì cả hai đều diễn ra isothermally và cả hai đi qua một cách chính xác
các trạng thái cân bằng như nhau. Quá trình đầu tiên được thể hiện là bên ngoài đảo ngược
cũng có, kể từ khi truyền nhiệt cho quá trình này diễn ra thông qua một vô cùng
khác biệt nhiệt độ dT. Quá trình thứ hai, tuy nhiên, là bên ngoài không thể đảo ngược, vì nó liên quan đến việc truyền nhiệt qua một sự khác biệt nhiệt độ hữu hạn T?.
đang được dịch, vui lòng đợi..