Adiabatic مقابل Isentropic: الفرق والمقارنة

تلخص المبادئ الأساسية للديناميكا الحرارية طريقة نقل الطاقة بين كيانين. هناك العديد من العمليات التي يتم من خلالها نقل الطاقة المذكور ، وتسمى هذه العمليات المختلفة بالعمليات الديناميكية الحرارية.

يتم تمثيلها كوظائف الضغط والحجم أو درجة الحرارة والانتروبيا. Adiabatic وIsentropic هما عمليتان من هذا القبيل.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. تشير العملية الحافظة للحرارة إلى عملية ديناميكية حرارية حيث لا تدخل الحرارة أو تغادر النظام ، بينما تشير العملية المتساوية إلى عملية ديناميكية حرارية بدون أي تغيير في الانتروبيا.
2. يمكن أن تكون العملية الأديباتية إما قابلة للعكس أو لا رجعة فيها ، في حين أن العملية المتوازنة قابلة للعكس دائمًا.
3. في عملية Adiabatic ، يمكن أن تتغير درجة الحرارة بينما تظل الطاقة الداخلية ثابتة ، بينما في عملية Isentropic ، تظل درجة الحرارة والطاقة الداخلية ثابتة.

Adiabatic مقابل Isentropic

تشير العمليات الأديباتية إلى التغيرات في درجة الحرارة والضغط التي تحدث دون تبادل الحرارة أو المادة. تشير العمليات المتساوية إلى التغيرات في درجة الحرارة والضغط التي تحدث دون تغيير في الانتروبيا. يمكن أن تكون العمليات الأديباتية متجانسة ، ولكن ليست كل العمليات الحافظة للحرارة متناحرة.

ثابت يعني عدم انتقال الحرارة ، أي لا تضيع الحرارة ولا تكتسب في نقل الطاقة. لذلك ، فهو يشكل نظامًا معزولًا حرارياً. إنه يمثل عملية نقل طاقة مثالية.

قد يكون قابلاً للعكس (حيث تظل الطاقة الداخلية الإجمالية دون تغيير) أو غير قابل للانعكاس (يتم تغيير إجمالي الطاقة الداخلية). في عملية ثابتة الحرارة ، يكون إجمالي الحرارة المتبادلة بين النظام ومحيطه صفرًا.

نتيجة لذلك ، فإن العمل المنجز هو المتغير الوحيد الذي يؤثر على التغيير في الطاقة الداخلية للنظام.

متساوي الأضلاع يشير إلى عملية ثابتة ثابتة قابلة للانعكاس ولا تعاني من أي تغيير في الانتروبيا. كل من العمليات المتساوية والعمليات القابلة للانعكاس الكاظمية هي أنواع من العمليات متعددة الاتجاهات.

عمليات متعددة الاتجاهات هي تلك التي تطيع الكهروضوئيةⁿ = ج.

في هذه الحالة ، يمثل P الضغط ، ويمثل V الحجم ، ويمثل n مؤشر تعدد الاتجاهات ، ويمثل C ثابتًا. تحدث العمليات الأديباتية في نظام معزول حرارياً بشكل صارم ، في حين أن العمليات المتجانسة قد لا تحدث.

جدول المقارنة

معلمات المقارنة	ثابت	متساوي الأضلاع
الشروط الأساسية	- نظام معزول تمامًا - عملية سريعة لتسهيل انتقال الحرارة	- يجب أن يظل الانتروبيا ثابتًا - تفريغ
علاقة الغاز المثالية	تفريغ: PVn = ثابت لا رجعة فيه: dU = -P(تحويلة)dV (وظيفة التغيير في الطاقة الداخلية والضغط والحجم)	PVn هو دائما ثابت
إجمالي الطاقة الداخلية (يو = س + دبليو)	الطاقة الداخلية تساوي العمل المنجز لأن النظام معزول حرارياً (س = 0)	الطاقة الداخلية تساوي مجموع الحرارة الخارجية المطبقة والعمل المنجز.
تغيير الانتروبيا (ΔS)	ذو وجهين - لا تغيير في الانتروبيا لا رجعة فيه - يتم تمثيل التغيير في الانتروبيا كدالة لنقل الحرارة ودرجة الحرارة الصافية للنظام.	يبقى الانتروبيا دون تغيير.
حالات الاستخدام المحتملة	ظاهرة الأرصاد الجوية لانفجار الحرارة.	توربينات

ما هو Adiabatic؟

يمكن أن تكون العمليات الأديباتية من نوعين - تمدد ثابت الحرارة وضغط ثابت الحرارة. في التمدد الأديباتي للغاز المثالي ، يعمل الغاز المثالي داخل النظام ، وبالتالي تنخفض درجة حرارة النظام.

نظرًا لانخفاض درجة الحرارة ، فإن هذا يشكل تبريدًا ثابتًا للحرارة. على العكس من ذلك ، في الضغط الحراري للغاز المثالي ، يتم العمل على النظام الذي يشتمل على الغاز في بيئة معزولة حراريًا.

نتيجة لذلك ، ترتفع درجة حرارة الغاز. يؤدي هذا إلى ظهور ما يسمى بالتسخين الحراري.

وبالتالي، تُستخدم هذه الخصائص في تطبيقات محددة في الحياة الواقعية. على سبيل المثال، تُستخدم خصائص التمدد في أبراج التبريد وخصائص الضغط في محركات الديزل.

ما هو Isentropic؟

كما يوحي المصطلح ، فإن العملية المتجانسة هي عملية لا يوجد فيها تبادل حراري صاف ، والأهم من ذلك ، أن إنتروبيا النظام ثابتة. في العمليات الأديباتية القابلة للانعكاس ، يكون تغير الانتروبيا صفرًا.

لذلك ، فإن جميع العمليات الحافظة للحرارة القابلة للانعكاس تشكل أيضًا عمليات متوازنة. ومع ذلك ، فإن العكس لا يعني دائمًا في هذه الحالة.

توجد عمليات متجانسة ليست ثابتة الحرارة. النقطة المحورية التي يجب ملاحظتها في حالة العمليات المتساوية هي أن التغيير في الانتروبيا لا يحدث.

قد يكون النظام خاضعًا للإنتروبيا الإيجابية والإنتروبيا السلبية المتساوية والمعاكسة. في مثل هذه الحالة ، يظل صافي التغيير في الانتروبيا صفراً لأن قيمتي الانتروبيا تتوازنان بعضهما البعض.

مثل هذا النظام ليس ثابتًا ثابتًا (لأنه ليس نظامًا معزولًا حراريًا) ولكنه متناحٍ. تتميز معظم الأنظمة المتجانسة أيضًا بشكل رئيسي بنقص الاحتكاك.

هذا النقص في الاحتكاك يجعل العملية قابلة للعكس وعملية ثابتة ثابتة.

الاختلافات الرئيسية بين ثابت الحرارة ومتساوي

1. تحدث العملية الحافظة للحرارة دائمًا في نظام معزول حرارياً ، بينما قد لا يحدث ذلك.
2. قد يتم مواجهة التغيير الصافي في الانتروبيا في عملية ثابتة الحرارة حيث يكون لا رجوع فيه. لا يمكن للعملية المتجانسة أن تستوعب تغييرًا في الإنتروبيا.
3. إذا كانت العملية الحافظة للحرارة قابلة للانعكاس ، فهي متوازنة. ومع ذلك ، فإن الخواص المتجانسة ليست دائمًا عملية ثابتة ثابتة قابلة للانعكاس. قد تكون العملية التي تلتزم بالشروط الأساسية للإنتروبيا الصافية متوازنة أيضًا.
4. بالنسبة لعملية ثابتة ثابتة ، لا يلزم أن يكون التوازن ثابتًا ، بينما يكون التوازن دائمًا ثابتًا لعملية متجانسة.
5. في عملية ثابتة الحرارة ، صافي الطاقة الداخلية يساوي العمل المنجز. ومع ذلك ، لا يجب أن يكون هذا هو الحال بالضرورة في عملية متناحرة.
6. لا يمكننا أن نعتبر العملية مستقرة حراريًا إلا إذا كانت العملية قابلة للعكس وثابتة الحرارة. وهناك سيناريوهات واقعية، كما في حالة الضاغط الفعلي، حيث يمكن افتراض أنها مستقرة حراريًا ولكنها تعاني من خسائر بسبب التغيرات في ظروف النظام. وبسبب هذه الخسائر، يصبح الضغط غير قابل للعكس. وبالتالي فإن الضغط ليس مستقرًا حراريًا.

مراجع حسابات

1. https://sci-hub.se/https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.197364
2. http://www.asimow.com/reprints/PhilTrans_355_255.pdf
3. http://www.mhtl.uwaterloo.ca/courses/me354/lectures/pdffiles/ch2.pdf