6. 8 Деякі загальні коментарі щодо ентропійних, оборотних та незворотних процесів

[В основному уривок (з деякими змінами) з: Engineering Thermodynamics, William C. Reynolds and Henry C. Perkins, McGraw-Hill Book Company, 1977.]

загальні

  1. Ентропія - це термодинамічна властивість, що вимірює ступінь рандомізації або розладу на мікроскопічному рівні. Природний стан справ полягає в тому, щоб ентропія вироблялась усіма процесами.
  2. Макроскопічною особливістю, пов’язаною з виробництвом ентропії, є втрата здатності виконувати корисну роботу. Енергія деградує до менш корисної форми, і іноді кажуть, що зменшується доступність енергії.
  3. Ентропія - велика термодинамічна властивість. Іншими словами, ентропія складної системи - це сума ентропій її частин.
  4. Поняття, що ентропію можна створити, але ніколи не знищити, є другим законом термодинаміки .


6. 8. 2 оборотні та незворотні процеси

Процеси можна класифікувати як оборотні або незворотні. Поняття оборотного процесу є важливим, яке безпосередньо пов'язане з нашою здатністю розпізнавати, оцінювати та зменшувати незворотність у практичних інженерних процесах.

Розглянемо ізольовану систему. Другий закон говорить, що будь-який процес, який би зменшив ентропію ізольованої системи, неможливий. Припустимо, що процес відбувається в ізольованій системі в тому, що ми будемо називати прямим напрямком. Якщо зміна стану системи така, що ентропія збільшується для прямого процесу, то для зворотного процесу (тобто для зворотної зміни стану) ентропія зменшиться. Тому зворотний процес неможливий, і тому ми говоримо, що подальший процес є незворотним .

Однак, якщо відбувається процес, при якому ентропія не змінюється внаслідок прямого процесу, то вона також буде незмінною внаслідок зворотного процесу. Такий процес може йти в будь-якому напрямку, не суперечачи другому закону. Процеси цього останнього типу називаються оборотними .

Ключова ідея оборотного процесу полягає в тому, що він не виробляє жодної ентропії.

Ентропія утворюється в незворотних процесах. Усі реальні процеси (за винятком можливих надпровідних потоків струму) є певною мірою незворотними, хоча багато процесів можна проаналізувати цілком адекватно, припускаючи, що вони є оборотними. Деякі процеси, які явно незворотні, включають: змішування двох газів, самозаймання, тертя та передачу енергії у вигляді тепла від тіла при високій температурі до тіла при низькій температурі.

Визнання незворотності в реальному процесі особливо важливо в техніці. Незворотність або відхід від ідеального стану оборотності відображає збільшення кількості дезорганізованої енергії за рахунок організованої енергії. Організовану енергію (наприклад, енергію підвищеної ваги) легко застосувати на практиці; дезорганізована енергія (наприклад, випадкові рухи молекул у газі) вимагає `` випрямлення '', перш ніж її можна буде ефективно використовувати. Крім того, оскільки ми завжди дещо не впевнені щодо мікроскопічного стану, це випрямлення ніколи не може бути ідеальним. Отже, інженер постійно прагне зменшити незворотність систем, щоб отримати кращі характеристики.


6. 8. 3 Приклади оборотних та незворотних процесів

Процеси, які зазвичай ідеалізуються як оборотні, включають:

  • Рух без тертя
  • Стримане стиснення або розширення
  • Передача енергії як тепло через нескінченно малу температурну неоднорідність
  • Потік електричного струму через нульовий опір
  • Стримана хімічна реакція
  • Змішування двох зразків однієї і тієї ж речовини в одному стані.
До незворотних процесів належать:
  • Рух з тертям
  • Нестримне розширення
  • Передача енергії у вигляді тепла через великі температурні нерівномірності
  • Потік електричного струму через ненульовий опір
  • Спонтанна хімічна реакція
  • Змішування речовин різного складу або стану.