An proces adiabatyczny może być odwracalna lub nie. Aby proces adiabatyczny był odwracalny, musi spełniać kilka innych warunków.
Proces adiabatyczny może być odwracalny, jednak wszystkie procesy adiabatyczne nie są domyślnie odwracalne. Zanim dojść do odwracalnego procesu adiabatycznego, musimy najpierw zrozumieć czynniki, które decydują o odwracalności lub nieodwracalności układu w termodynamice.
A proces odwracalny w termodynamice można zdefiniować jako tę, która może zostać cofnięta z powrotem do swojego początkowego stadium, a czyniąc to samo, nie pozostawia się żadnej szczątkowej zmiany ani histerezy ani w systemie, ani w otoczeniu. W stanie quasi-równowagi zachodzi proces odwracalny; tzn. system jest zawsze w równowadze z otoczeniem.
A proces odwracalny ma sprawność 100%. Oznacza to, że energia wymagana do przeprowadzenia zmiany stanu jest minimalna i nie ma strat energii do otoczenia w postaci ciepła. Innymi słowy, w procesie odwracalnym wykonana praca jest maksymalna dla ilości energii dostarczonej jako wkład. Ten rodzaj procesu jest idealnym procesem, w którym nie ma tarcia.
Jak pokazano na powyższym rysunku, podczas przemieszczania się z punktu 1 do punktu 2, odwracalny zawsze będzie w równowadze z otoczeniem, podczas gdy w przypadku nieodwracalnego procesu tak nie jest. Dzięki tej charakterystyce proces odwracalny przebiega nieskończenie powoli.
Cykliczny proces odwracalny jest przedstawiony przez teoretyczny cykl Carnota. Teoretyczny cykl Carnota jest zdefiniowany przez dwa etapy, każdy z procesów izotermicznych i adiabatycznych. Czerwone linie na poniższym rysunku
wskazują stopnie izotermiczne, a niebieskie linie oznaczają stopnie adiabatyczne.
Innym aspektem procesu termodynamicznego jest entropia, która określa odwracalność lub nieodwracalność procesu. Zmiana delta w entropii lub losowości systemu i otoczenia pozostaje stała w procesie izotermicznym; natomiast nieodwracalność procesu charakteryzuje się wzrostem całkowitej entropii.
Jak proces adiabatyczny może być odwracalny??
An proces adiabatyczny jest definiowany przez dQ=0, gdzie Q jest ilością ciepła przekazywanego między systemem a otoczeniem.
Proces adiabatyczny to proces idealny, który jest doskonale odizolowany od otoczenia i nie przenikania ciepła między systemem a otoczeniem. Adiabaczność procesu nie kwalifikuje go również do nazywania go odwracalnym.
An proces adiabatyczny jest odwracalny, jeśli jest również izoentropowy. Innymi słowy, nie ma zmiany w entropii. Jeśli proces jest adiabatyczny, tj. jeśli układ ma ściany adiabatyczne i w układzie wykonywana jest praca PdV, nie ma wymiany ciepła z otoczeniem, a zmiana entropii w tym przypadku wynosi zero.
Jaka jest różnica między odwracalnym i nieodwracalnym procesem adiabatycznym?
Odwracalny i nieodwracalny proces adiabatyczny różnicuje zmiana entropii procesu.
Proces odwracalny to wyidealizowany proces obejmujący gaz doskonały w idealnych warunkach. Gdy zmiana procesu odbywa się w sposób odwracalny, proces można cofnąć z powrotem do jego początkowej fazy i robiąc to samo, nie histereza pozostaje albo w systemie, albo w otoczeniu.
Odwracalny proces zachodzi nieskończenie powoli, a każdy krok jest w równowadze z innymi. Nazywa się to również quasi-statycznym. Nie ma zmiany w entropii procesu w procesie odwracalnym. Wyidealizowany, odwracalny proces adiabatyczny nie istnieje w naturze i nie można go osiągnąć eksperymentalnie.
An przykład odwracalnej adiabatycznej proces jest adiabatyczną ekspansją gazu rzeczywistego.
Z drugiej strony nieodwracalnym procesem są zmiany zachodzące w prawdziwym życiu. Nieodwracalny proces adiabatyczny obejmuje zmianę zachodzącą wraz ze wzrostem entropii układu. Przykład nieodwracalnego proces adiabatyczny to swobodna ekspansja ideału gaz w butli, która jest doskonale zaizolowana, jak pokazano na poniższym rysunku.
Jest to również wyidealizowany eksperyment myślowy, w którym gaz doskonały jest przechowywany w butli o ścianach adiabatycznych z przegrodą, której druga strona jest utrzymywana w próżni. Gaz może się rozszerzać, wykonując otwór w przegrodzie. Ponieważ gaz rozszerza się do próżni, nie ma żadnych zewnętrznych nacisk działać przeciwko, a zatem wykonana praca wynosi zero.
Tak więc od pierwszego prawo termodynamiki, ponieważ zarówno dQ, jak i dW są zerowe, wewnętrzna zmiana energii dU również wynosi zero. W przypadku gazu doskonałego energia wewnętrzna zależy tylko od temperatury, a ponieważ wypadkowa zmiana energii wewnętrznej wynosi zero, temperatura również pozostaje stała. Teraz, w stałej temperaturze, entropia jest proporcjonalna do objętości, a od wzrostu objętości entropia również.
Skąd wiesz, czy proces jest odwracalny czy nieodwracalny?
Procesy odwracalne są wyidealizowanymi i teoretycznie przemyślanymi procesami w celu porównania z rzeczywistymi procesami, z których wszystkie są nieodwracalne. Wszystkie procesy zachodzące naturalnie mają w sobie pewną dozę nieodwracalności.
Aby proces był odwracalny, zmiana musi znajdować się w równowadze z poprzednim krokiem lub zmiana musi być nieskończenie mała. Takie procesy nazywane są quasi-statycznymi i wymagają nieskończonego czasu do przeprowadzenia. Praca wykonana w procesie odwracalnym jest maksymalnie możliwa.
Innym aspektem odwracalności nieodwracalności procesu jest miara jego entropii. Wyidealizowane procesy odwracalne są izoentropowe lub dS = 0 dla systemu i otoczenia.
Ponieważ procesy odwracalne są wyidealizowanymi przypadkami o maksymalnej wydajności; stopień nieodwracalności znajduje odzwierciedlenie w zmniejszonej wydajności procesu z jego idealnego zachowania. Niższa nieodwracalność, wyższa wydajność.
Niektóre przykłady procesów odwracalnych to ruch bez tarcia, przepływ prądu z zerowy opór (nadprzewodnictwo), mieszanie dwóch próbek tej samej substancji w tym samym stanie.
Na co dzień obserwujemy pewne doskonale nieodwracalne procesy, takie jak narodziny, śmierć lub wybuch bomby. Inne obejmują poruszanie się pojazdu na drodze, zapalanie żarówki, gotowanie jedzenia itp.
Praca wykonana w odwracalnym procesie adiabatycznym
Ponieważ odwracalny proces adiabatyczny jest procesem idealnym, wykonaną pracę oblicza się na podstawie analizy gazu idealnego.
Wyrażenie wykonanej pracy jest zatem wyprowadzane przez rozważenie ekspansji lub kompresji 1 mola gazu doskonałego od stanu (P1, V1) do stanu (P2, V2).
Połączenia praca wykonana dla adiabatycznego proces, pokazano na poniższym diagramie PV
Dla uwzględnienia adiabatycznego dQ= 0 i dla uwzględnienia odwracalnego dW= -pdV
Dla idealnego gazu,
Energia wewnętrzna, dU = CvdT
Dlatego od 1st prawo termodynamiki,
du = -pdV
CvdT= -pdV
Dla idealnego gazu 1 mol,
Kliknij, aby dowiedzieć się więcej prawdziwe przykłady gazów.
Jestem Sangeeta Das. Ukończyłem studia magisterskie z inżynierii mechanicznej ze specjalizacją w silnikach spalinowych i samochodach. Mam około dziesięcioletnie doświadczenie w przemyśle i środowisku akademickim. Moje zainteresowania obejmują silniki spalinowe, aerodynamikę i mechanikę płynów. Możesz mnie znaleść w