التوسع الأديباتي العكسي: العملية والصيغة والعمل والمثال والحقائق الشاملة


تناقش هذه المقالة حول التوسع ثابت الحرارة القابل للانعكاس بالتفصيل. العملية الحافظة للحرارة هي عملية لا يحدث فيها انتقال الحرارة عبر جدران النظام.

عملية عكسية هي تلك العمليات التي تعتبر مثالية. يمكن للمرء أن يتتبع المسار بأكمله الذي تبعه مائع العمل ، مما يعني أنه إذا حدثت العملية 1-2 ، فيمكن أن ينتقل من 2-1 باتباع نفس المسار. هذا يعني أنه لا توجد خسائر داخل النظام.

ما هو عكس التوسع ثابت الحرارة؟

كما نوقش أعلاه ، العمليات القابلة للعكس هي عمليات مثالية و العمليات الحافظة للحرارة هي تلك التي ينتقل فيها الحرارة لا يحدث. العمليات العكسية بطيئة للغاية في ترتيب أسطوانة المكبس ، حيث يتحرك المكبس بسرعة بطيئة للغاية بحيث يبدو ثابتًا.

التمدد الأديباتي العكسي هو العملية التي يتوسع فيها حجم الغاز أو يزداد بعد اكتمال العملية. تنخفض درجة حرارة سائل العمل أو النظام نتيجة للتمدد.

صيغة التوسع الحافظة للحرارة عكسية

صيغة التوسع ثابت الحرارة يوضح العلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة. تنخفض درجة الحرارة مع زيادة الحجم.

الصيغة معطاة أدناه-

T2-T1 = (الخامس1/V2)γ-1 /

عكس درجة حرارة التمدد ثابت الحرارة

تنخفض درجة الحرارة مع زيادة الحجم. ومن ثم ، في عملية التمدد ثابت الحرارة العكسي تنخفض درجة الحرارة.

تنخفض درجة الحرارة في عملية التمدد الأديباتي العكسي مع زيادة الحجم. تمت مناقشة العلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة في الأقسام أعلاه.

الانتروبيا التوسع ثابت الحرارة عكسها

الانتروبيا هو مقياس العشوائية أو درجة الاضطراب. إنها كمية مهمة جدًا في الديناميكا الحرارية. تعتمد كفاءة أو جودة أي دورة ديناميكية حرارية على الإنتروبيا.

في التوسع ثابت الحرارة القابل للانعكاس ، تكون إنتروبيا النظام صفرًا. بالنسبة لأي عملية ثابتة ثابتة قابلة للانعكاس ، تظل إنتروبيا النظام صفرًا.

تمدد ثابت ثابت للغاز المثالي

يعتبر الغاز مثاليًا عندما يكون عديم الاحتكاك ولا يتكبد أي خسائر أثناء وجوده دينامي حراري العملية تجري. أثناء التعامل مع مشاكل الديناميكا الحرارية ، يعتبر الغاز عادةً مثاليًا لإجراء عمليات حسابية سهلة.

فيما يلي الصيغ المهمة المتعلقة بالغاز المثالي عندما يخضع لتوسع ثابت ثابت للانعكاس:

T2-T1 = (الخامس1/V2)γ-1 /

وللعلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة ،

T2-T1 = (ص2/P1)γ-1 /

تمدد ثابت للحرارة عكسي للغاز الحقيقي

الغاز الحقيقي ليس مثالياً بطبيعته بمعنى أنه لا يخضع لقوانين الغاز المثالية. إنها تظهر تأثيرات قابلة للانضغاط ، فهي ليست عديمة الاحتكاك ، ولديها سعات حرارية محددة متغيرة وما إلى ذلك ، وبالتالي ، فإن العمل الذي يقوم به الغاز الحقيقي يكون دائمًا أقل من العمل الذي يقوم به الغاز المثالي.

فيما يلي معادلة فان دير وول للغاز الحقيقي:

(p + an2/V2) (V - nb) = nRT

من الواضح أن العمل الذي تم الحصول عليه أثناء القيام بتمدد ثابت ثابت للغاز الحقيقي أقل بكثير من العمل الذي تم الحصول عليه من الغاز المثالي.

افتراضات للغاز المثالي

لا يمكن أن يكون الغاز مثاليًا أبدًا. جميع الغازات حقيقية بشكل أو بآخر. على الرغم من أنه يمكن إجراء بعض الافتراضات فيما يتعلق بالغاز المثالي الذي يساعدنا في الحصول على فكرة عن مدى مثالية غاز معين. فيما يلي الافتراضات الموضوعة للغاز المثالي:

  • التفاعلات الصفرية بين الجسيمات- لا تتصادم ذرات الغاز مع بعضها البعض.
  • عديم الاحتكاك- لن يتأثر الغاز بالاحتكاك في مجمل العملية الديناميكية الحرارية.
  • غير قابل للضغط- تظل كثافة الغاز ثابتة طوال الوقت ، ولا تتغير بتغير الضغط أو درجة الحرارة المحيطة.
  • يميل إلى الفشل في درجات الحرارة المنخفضة والضغوط العالية- يحدث هذا لأن التفاعلات الجزيئية تصبح مهمة في هذه المرحلة.

في المواقف العملية ، تكون جميع الغازات مثالية بطبيعتها ويكون أقرب الغاز إلى الغاز المثالي هو غاز الهليوم بسبب خامله الطبيعة.

خصائص الغاز الحقيقي

خصائص الغاز الحقيقي هي كل ما هو غير مثالي في الطبيعة. يحدث هذا بسبب التفاعلات الجزيئية والاحتكاك ومتغيرات أخرى. خصائص الغاز المثالي هي كما يلي:

  • قابل للانضغاط- الغازات الحقيقية قابلة للضغط مما يعني أنه يمكن تغيير كثافتها.
  • سعة حرارية متغيرة- قدرتها الحرارية ليست ثابتة ، ويمكن أن تتغير مع تغير البيئة المحيطة.
  • قوات فان دير وولز- تنشأ هذه القوى بسبب التفاعل المعتمد على المسافة بين الجزيئات. في صيغة الغاز الحقيقي ، يوجد عامل تصحيح لكل من تأثيرات الضغط والحجم.
  • التأثيرات الديناميكية الحرارية غير المتوازنة.

العمل المنجز في عملية ثابتة ثابتة

يوفر نقل الحرارة تساوي صفرًا في عملية ثابتة ثابتة قابلة للعكس. لذلك لا ينتقل الشغل على شكل حرارة بل يتغير في الحجم.

الصيغة التي تمثل العمل المنجز في عملية ثابتة ثابتة يرد أدناه-

W = nR (T.1-T2) / γ-1

توسع ثابت ثابت عكسه
الصورة: العمل المنجز في عملية ثابت الحرارة

صورة ائتمانات: المستخدم: ستانيردثابتCC BY-SA 3.0

المحتوى الحراري العكسي للتوسع الحافظة للحرارة

المحتوى الحراري هو وظيفة من الحرارة. يتغير مع مقدار انتقال الحرارة الذي يحدث.

يعتمد المحتوى الحراري على معدل انتقال الحرارة الذي يحدث. نظرًا لأنه في عملية ثابتة الحرارة ، يكون التغيير في المحتوى الحراري صفرًا لذا فإن الطاقة الداخلية الكامنة التغيير هو أيضا صفر.

عكسها درجة الحرارة النهائية للتمدد ثابت الحرارة

أثناء عملية التمدد الحافظة للحرارة ، تكون درجة الحرارة النهائية دائمًا أقل من درجة الحرارة الأولية نتيجة لعملية التمدد.

المباراة النهائية يمكن حساب درجة الحرارة من العلاقة بين درجة الحرارة والحجم المعطى أدناه-

T2/T1 = (الخامس1/V2)γ-1 /

يمكن أيضًا حساب درجة الحرارة النهائية من العلاقة بين درجة الحرارة والضغط الواردة أدناه-

T2/T1 = (ص2/ p1)γ-1 /

مثال على التوسع الحافظة للحرارة عكسها

لا توجد عملية قابلة للعكس تمامًا أو ثابتة ثابتة ، ولكن أقرب ما يمكن أن نحصل عليه إلى عملية ثابتة ثابتة هي انتشار الموجات الصوتية في السوائل.

في دورة كارنو (دورة مثالية مرة أخرى) يستخدم عكسها تمدد ثابت الحرارة وضغط ثابت ثابت لأغراض التوسع والضغط.

لماذا تغير الانتروبيا لعملية ثابتة ثابتة هي صفر

تتغير إنتروبيا النظام إذا تغير المحتوى الحراري للنظام. منذ نقل الحرارة يحظره جدران نظام ثابت الحرارة ، صافي تغير الانتروبيا هو أيضًا صفر.

بيانياً ، الخصائص التي تشكل مساراً مغلقاً هي صفر. هذا يعني أن نقطة البداية ونقاط النهاية هي نفسها. في حالة الانتروبيا ، نظرًا لأنها تتبع دورة عكسية ، تعود الإنتروبيا إلى نفس المسار إلى موقعها الأصلي. ومن ثم ، فهو صفر.

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات