Reverzibilní adiabatická expanze: proces, vzorec, práce, příklad a vyčerpávající FAKTA

Tento článek podrobně pojednává o reverzibilní adiabatické expanzi. Adiabatický proces je proces, při kterém nedochází k přenosu tepla přes stěny systému.

Reverzibilní procesy jsou procesy, které jsou ideální. Dá se zpětně vysledovat celá cesta, kterou sledovala pracovní tekutina, to znamená, že pokud proběhne proces 1-2, pak může jít od 2-1 po stejné cestě. To znamená, že uvnitř systému nedochází k žádným ztrátám.

Co je reverzibilní adiabatická expanze?

Jak bylo diskutováno výše, reverzibilní procesy jsou ideální procesy a adiabatické procesy jsou ty, při kterých dochází k přenosu tepla se nekoná. Reverzibilní procesy jsou nekonečně pomalé, což je v uspořádání pístového válce, píst se pohybuje velmi nízkou rychlostí, takže se jeví jako stacionární.

Reverzibilní adiabatická expanze je proces, při kterém se objem plynu po dokončení procesu rozšiřuje nebo zvětšuje. Teplota pracovní kapaliny nebo systému se v důsledku expanze snižuje.

Reverzibilní adiabatický expanzní vzorec

Vzorec pro adiabatická expanze ukazuje vztah mezi objemem a teplotou. Teplota se snižuje s rostoucím objemem.

Vzorec je uveden níže -

T₂-T₁ = (V₁/V₂)^y-1/y

Reverzibilní adiabatická expanzní teplota

Teplota klesá s rostoucím objemem. Proto v procesu reverzibilní adiabatické expanze teplota klesá.

Teplota v procesu reverzibilní adiabatické expanze klesá s rostoucím objemem. Vztah mezi objemem a teplotou je diskutován výše.

Reverzibilní adiabatická expanzní entropie

Entropie je mírou náhodnosti nebo stupně neuspořádanosti. Je to velmi důležitá veličina v termodynamice. Účinnost nebo kvalita jakéhokoli termodynamického cyklu závisí na entropii.

Při reverzibilní adiabatické expanzi je entropie systému nulová. Pro jakýkoli reverzibilní adiabatický proces zůstává entropie systému nulová.

Reverzibilní adiabatická expanze ideálního plynu

Plyn je považován za ideální, když je bez tření a nedochází k žádným ztrátám termodynamické proces probíhá. Při řešení problémů v termodynamice je plyn obvykle považován za ideální pro snadné výpočty.

Důležité vzorce týkající se ideálního plynu, když prochází vratnou adiabatickou expanzí, jsou uvedeny níže -

T₂-T₁ = (V₁/V₂)^y-1/y

a pro vztah mezi tlakem a teplotou,

T₂-T₁ = (Str₂/P₁)^y-1/y

Reverzibilní adiabatická expanze skutečného plynu

Skutečný plyn není v přírodě ideální, protože nedodržuje zákony o ideálním plynu. Vykazují stlačitelné účinky, nejsou bez tření, mají proměnnou měrnou tepelnou kapacitu atd. Práce vykonaná skutečným plynem je tedy vždy menší než práce vykonaná plynem ideálním.

Van Der Wallova rovnice pro skutečný plyn je uvedena níže-

(p + an²/V²)(V – nb) = nRT

Je zřejmé, že práce získaná při provádění reverzibilní adiabatické expanze skutečného plynu je mnohem nižší než práce získaná z ideálního plynu.

Předpoklady pro ideální plyn

Plyn nemůže být nikdy ideální. Všechny plyny jsou tak či onak skutečné. I když lze učinit určité předpoklady ohledně ideálního plynu, což nám pomáhá získat představu o tom, jak ideální konkrétní plyn je. Předpoklady pro ideální plyn jsou uvedeny níže -

• Nulové mezičásticové interakce– Atomy plynu se navzájem nesrážejí.
• Bez tření– Plyn nebude ovlivněn třením v celém průběhu termodynamického procesu.
• Nestlačitelný– Hustota plynu zůstává po celou dobu konstantní, nemění se změnou okolního tlaku nebo teploty.
• Při nižších teplotách a vysokých tlacích má tendenci selhávat– To se děje proto, že mezimolekulární interakce se v této fázi stávají významnými.

V praktických situacích jsou všechny plyny ideální povahy a ideálnímu plynu je nejbližší plyn Plynné helium díky své inertnosti přírodě.

Charakteristika skutečného plynu

Charakteristikou skutečného plynu je vše, co není v přírodě ideální. To se děje v důsledku intermolekulárních interakcí, tření a dalších proměnných. Vlastnosti ideálního plynu jsou následující:

• Stlačitelný– Skutečné plyny jsou stlačitelné, což znamená, že jejich hustotu lze měnit.
• Variabilní tepelná kapacita– Jejich tepelné kapacity nejsou konstantní, mohou se měnit se změnou prostředí.
• Síly Van Der Walls– Tyto síly vznikají v důsledku interakce mezi molekulami v závislosti na vzdálenosti. Ve vzorci pro skutečný plyn je korekční faktor pro tlakové i objemové účinky.
• Nerovnovážné termodynamické efekty.

Práce prováděná v reverzibilním adiabatickém procesu

Projekt přenos tepla je nulový v reverzibilním adiabatickém procesu. Práce se tedy nepřenáší ve formě tepla, ale změny objemu.

Vzorec představující práce provedená v reverzibilním adiabatickém procesu je uvedeno níže -

W = nR(T₁-T₂)/γ-1

Obrázek kreditů: Uživatel: Stannered, Adiabatický, CC BY-SA 3.0

Reverzibilní adiabatická expanzní entalpie

Entalpie je funkce tepla. Mění se s množstvím probíhajícího přenosu tepla.

Entalpie závisí na rychlosti přenosu tepla. Protože v adiabatickém procesu je změna tepelného obsahu nulová, takže entalpie změna je také nulová.

Konečná teplota vratné adiabatické expanze

Během procesu adiabatické expanze je konečná teplota vždy nižší než počáteční teplota v důsledku procesu expanze.

Finále teplotu lze vypočítat ze vztahu teplota-objem Níže uvedené-

T₂/T₁ = (V₁/V₂)^y-1/y

Konečnou teplotu lze také vypočítat ze vztahu teplota-tlak uvedeného níže -

T₂/T₁ = (str₂/p1)^y-1/y

Příklad reverzibilní adiabatické expanze

Žádný proces není zcela reverzibilní ani adiabatický, avšak nejblíže se k vratnému adiabatickému procesu můžeme dostat šířením zvukové vlny v tekutinách.

V Carnotově cyklu (opět ideální cyklus) se používá reverzibilní adiabatická expanze a reverzibilní adiabatická komprese pro účely expanze a komprese.

Proč je změna entropie pro reverzibilní adiabatický proces nulová

Entropie systému se mění, pokud se mění tepelný obsah systému. Vzhledem k tomu, přenos tepla je zakázáno stěnami adiabatického systému, čistá změna entropie je také nulová.

Graficky jsou vlastnosti, které tvoří uzavřenou cestu, nulové. To znamená, že počáteční a koncové body jsou stejné. V případě entropie, protože sleduje vratný cyklus, entropie se vrací po stejné dráze do své původní polohy. Proto je nula.