Термодинамі́чний проце́с — це сукупність послідовних станів, через які проходить термодинамічна система при взаємодії її з навколишнім середовищем. При цьому усі або частина параметрів зазнають змін. Ці зміни параметрів відбуваються таким чином, щоб система прямувала до стану рівноваги.
У всякому термодинамічному процесі змінюються параметри, що визначають стан тіла (системи тіл). Наприклад, при збільшенні тиску на газ, відбувається зменшення його об'єму; при збільшенні температури стрижня, він видовжується тощо.
Рівняння стану системи
Основні термодинамічні параметри стану p, v і T однорідного тіла залежать один від одного і взаємно пов'язані математичним рівнянням виду:
яке у термодинаміці називають рівнянням стану. Якщо відоме рівняння стану, то для визначення стану найпростіших систем — однорідних і сталих у часі, масі і складу — достатньо знати дві незалежні змінні з трьох:
Якщо зовнішні умови, у яких перебуває термодинамічна система змінюються, то змінюється і стан системи.
Під рівноважним станом тіла мають на увазі такий, при якому у всіх точках його об'єму тиск, температура, питомий об'єм і всі інші фізичні властивості є однаковими.
Види термодинамічних процесів
Процес зміни станів системи може бути рівноважним і нерівноважним, круговим оборотним і круговим необоротним.
- рівноважний (квазістатичний) процес — процес, при якому тіло (система тіл) проходить неперервний ряд рівноважних станів.
- нерівноважний термодинамічний процес — термодинамічний процес, за якого система знаходиться не в рівновазі з оточенням;
- круговий процес або термодинамічний цикл — процес, при якому фізична система (наприклад, пара), зазнавши ряд змін, повертається у вихідний стан.
- оборотний/необоротний круговий процес — процес, за якого система може/не може повернутись у початковий стан без того, аби у навколишньому середовищі відбулись які-небудь зміни. Такі кругові процеси, при яких система повертається у початковий стан, а в навколишньому середовищі відбуваються необоротні зміни є необоротним.
Термодинаміка у першу чергу розглядає рівноважні стани і рівноважні процеси зміни стану термодинамічної системи, котрі можуть бути описані кількісно за допомогою рівнянь стану. Найпростішими рівняннями стану є рівняння Менделєєва-Клапейрона, Ван дер Ваальса тощо.
Рівноважний процес можливо здійснити лише при нескінченно повільній зміні зовнішніх умов. Отже, реальні процеси, що зазвичай є нерівноважними, можуть лише з певними допущеннями наближатись до рівноважних, ніколи з ними не збігаючись. Нерівноважність реальних процесів обумовлюється у першу чергу тим, що під впливом зовнішніх умов їх перебіг відбувається з певними швидкостями і у робочому тілі не встигає наступити рівноважний стан.
Графічне представлення
З математичної точки зору рівняння стану у тривимірній системі координат p, V, T описує деяку поверхню, що носить назву «термодинамічна поверхня». Будь-який довільно обраний рівноважний стан зображається на термодинамічній поверхні точкою, а сукупність цих точок при неперервній зміні стану — кривою, що є зображенням рівноважного процесу. Для спрощення сприйняття зображення процесів подають не самими кривими а їх проєкціями на площини у прямокутній системі координат.
Якщо термодинамічну поверхню розрізати площинами, паралельними до координатних площин та на них можна отримати наступні криві (діаграми) ізопроцесів:
- переріз площиною V = const дає лінію (ізохору), що характеризує залежність p-T за сталого об'єму;
- переріз площиною p = const дає лінію (ізобару), що характеризує залежність V-T за сталого тиску;
- переріз площиною T = const дає лінію (ізотерму), що характеризує залежність p-V за сталої температури.
При вивченні термодинамічних процесів великий інтерес викликають так звані замкнуті (колові) процеси, у яких система після проходження низки послідовних станів, повертається до початкового. Такий процес називають термодинамічним циклом
Приклади рівноважних термодинамічних процесів
- Ізотермічний процес, при якому температура системи не змінюється (T = const).
- Ізохоричний процес, який відбувається при сталому об'ємі (V = const).
- Ізобаричний процес, який відбувається при сталому тиску в системі (p = const).
- Адіабатичний процес, який відбувається без теплообміну із зовнішнім середовищем.
- Ізоентропійний процес, який відбувається за незмінної ентропії.
Діаграми типових термодинамічних процесів у p-V-координатах:
- Ізотермічний процес
- Ізобаричний процес
- Адіабатичний процес
- Ізохоричний процес
Див. також
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Термодинамічні процеси |
Джерела
- Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. — 4-е изд., испр. — М.: Наука. — Гл. ред. физ-мат. лит., 1989 — 576 с. —
- Теплотехніка: підручник для студ. вищих техн. навч. закл. / Б. Х. Драганов [та ін.]; За ред. Б. Х. Драганова. — К. : ІНКОС, 2005. — 504 с. —
- Буляндра О. Ф. Технічна термодинаміка: Підручн. для студентів енерг. спец. вищ. навч. закладів. — К.: Техніка, 2001. — 320 с.
- Швець І. Т., Кіраковський Н. Ф. Загальна теплотехніка та теплові двигуни. — К.: Вища школа, 1977. — 269 с.
Посилання
- Термодинамічний процес // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Termodinami chnij proce s ce sukupnist poslidovnih staniv cherez yaki prohodit termodinamichna sistema pri vzayemodiyi yiyi z navkolishnim seredovishem Pri comu usi abo chastina parametriv zaznayut zmin Ci zmini parametriv vidbuvayutsya takim chinom shob sistema pryamuvala do stanu rivnovagi U vsyakomu termodinamichnomu procesi zminyuyutsya parametri sho viznachayut stan tila sistemi til Napriklad pri zbilshenni tisku na gaz vidbuvayetsya zmenshennya jogo ob yemu pri zbilshenni temperaturi strizhnya vin vidovzhuyetsya tosho Rivnyannya stanu sistemiOsnovni termodinamichni parametri stanu p v i T odnoridnogo tila zalezhat odin vid odnogo i vzayemno pov yazani matematichnim rivnyannyam vidu F p v T 0 displaystyle F p v T 0 yake u termodinamici nazivayut rivnyannyam stanu Yaksho vidome rivnyannya stanu to dlya viznachennya stanu najprostishih sistem odnoridnih i stalih u chasi masi i skladu dostatno znati dvi nezalezhni zminni z troh p f1 v T v f2 p T T f3 p v displaystyle p f 1 v T v f 2 p T T f 3 p v Yaksho zovnishni umovi u yakih perebuvaye termodinamichna sistema zminyuyutsya to zminyuyetsya i stan sistemi Pid rivnovazhnim stanom tila mayut na uvazi takij pri yakomu u vsih tochkah jogo ob yemu tisk temperatura pitomij ob yem i vsi inshi fizichni vlastivosti ye odnakovimi Vidi termodinamichnih procesivProces zmini staniv sistemi mozhe buti rivnovazhnim i nerivnovazhnim krugovim oborotnim i krugovim neoborotnim rivnovazhnij kvazistatichnij proces proces pri yakomu tilo sistema til prohodit neperervnij ryad rivnovazhnih staniv nerivnovazhnij termodinamichnij proces termodinamichnij proces za yakogo sistema znahoditsya ne v rivnovazi z otochennyam krugovij proces abo termodinamichnij cikl proces pri yakomu fizichna sistema napriklad para zaznavshi ryad zmin povertayetsya u vihidnij stan oborotnij neoborotnij krugovij proces proces za yakogo sistema mozhe ne mozhe povernutis u pochatkovij stan bez togo abi u navkolishnomu seredovishi vidbulis yaki nebud zmini Taki krugovi procesi pri yakih sistema povertayetsya u pochatkovij stan a v navkolishnomu seredovishi vidbuvayutsya neoborotni zmini ye neoborotnim Termodinamika u pershu chergu rozglyadaye rivnovazhni stani i rivnovazhni procesi zmini stanu termodinamichnoyi sistemi kotri mozhut buti opisani kilkisno za dopomogoyu rivnyan stanu Najprostishimi rivnyannyami stanu ye rivnyannya Mendelyeyeva Klapejrona Van der Vaalsa tosho Rivnovazhnij proces mozhlivo zdijsniti lishe pri neskinchenno povilnij zmini zovnishnih umov Otzhe realni procesi sho zazvichaj ye nerivnovazhnimi mozhut lishe z pevnimi dopushennyami nablizhatis do rivnovazhnih nikoli z nimi ne zbigayuchis Nerivnovazhnist realnih procesiv obumovlyuyetsya u pershu chergu tim sho pid vplivom zovnishnih umov yih perebig vidbuvayetsya z pevnimi shvidkostyami i u robochomu tili ne vstigaye nastupiti rivnovazhnij stan Grafichne predstavlennyaDokladnishe Termodinamichna diagrama Z matematichnoyi tochki zoru rivnyannya stanu u trivimirnij sistemi koordinat p V T opisuye deyaku poverhnyu sho nosit nazvu termodinamichna poverhnya Bud yakij dovilno obranij rivnovazhnij stan zobrazhayetsya na termodinamichnij poverhni tochkoyu a sukupnist cih tochok pri neperervnij zmini stanu krivoyu sho ye zobrazhennyam rivnovazhnogo procesu Dlya sproshennya sprijnyattya zobrazhennya procesiv podayut ne samimi krivimi a yih proyekciyami na ploshini u pryamokutnij sistemi koordinat Yaksho termodinamichnu poverhnyu rozrizati ploshinami paralelnimi do koordinatnih ploshin ta na nih mozhna otrimati nastupni krivi diagrami izoprocesiv pereriz ploshinoyu V const daye liniyu izohoru sho harakterizuye zalezhnist p T za stalogo ob yemu pereriz ploshinoyu p const daye liniyu izobaru sho harakterizuye zalezhnist V T za stalogo tisku pereriz ploshinoyu T const daye liniyu izotermu sho harakterizuye zalezhnist p V za staloyi temperaturi Pri vivchenni termodinamichnih procesiv velikij interes viklikayut tak zvani zamknuti kolovi procesi u yakih sistema pislya prohodzhennya nizki poslidovnih staniv povertayetsya do pochatkovogo Takij proces nazivayut termodinamichnim ciklomPrikladi rivnovazhnih termodinamichnih procesivIzotermichnij proces pri yakomu temperatura sistemi ne zminyuyetsya T const Izohorichnij proces yakij vidbuvayetsya pri stalomu ob yemi V const Izobarichnij proces yakij vidbuvayetsya pri stalomu tisku v sistemi p const Adiabatichnij proces yakij vidbuvayetsya bez teploobminu iz zovnishnim seredovishem Izoentropijnij proces yakij vidbuvayetsya za nezminnoyi entropiyi Diagrami tipovih termodinamichnih procesiv u p V koordinatah Izotermichnij proces Izobarichnij proces Adiabatichnij proces Izohorichnij procesDiv takozhVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Termodinamichni procesiRivnovaga Rivnovaga termodinamichnoyi sistemi Termodinamichnij ciklDzherelaYavorskij B M Seleznev Yu A Spravochnoe rukovodstvo po fizike dlya postupayushih v vuzy i dlya samoobrazovaniya 4 e izd ispr M Nauka Gl red fiz mat lit 1989 576 s ISBN 5 02 014031 7 Teplotehnika pidruchnik dlya stud vishih tehn navch zakl B H Draganov ta in Za red B H Draganova K INKOS 2005 504 s ISBN 966 8347 23 4 Bulyandra O F Tehnichna termodinamika Pidruchn dlya studentiv energ spec vish navch zakladiv K Tehnika 2001 320 s ISBN 966 575 103 4 Shvec I T Kirakovskij N F Zagalna teplotehnika ta teplovi dviguni K Visha shkola 1977 269 s PosilannyaTermodinamichnij proces Universalnij slovnik enciklopediya 4 te vid K Teka 2006