Các nguyên tắc cơ bản của nhiệt động lực học gói gọn phương thức truyền năng lượng giữa hai thực thể. Có một số quá trình diễn ra quá trình truyền năng lượng nói trên và các quá trình khác nhau này được gọi là quá trình nhiệt động lực học.
Chúng được biểu diễn dưới dạng hàm của áp suất và thể tích hoặc nhiệt độ và entropy. Đoạn nhiệt và Isentropic là hai quá trình như vậy.
Các nội dung chính
- Quá trình đoạn nhiệt đề cập đến một quá trình nhiệt động lực học trong đó không có nhiệt đi vào hoặc rời khỏi hệ thống, trong khi quá trình đẳng nhiệt đề cập đến một quá trình nhiệt động lực học không có sự thay đổi entropy.
- Quá trình đoạn nhiệt có thể đảo ngược hoặc không thể đảo ngược, trong khi quá trình đẳng nhiệt luôn luôn đảo ngược.
- Trong quy trình Đoạn nhiệt, nhiệt độ có thể thay đổi trong khi năng lượng bên trong không đổi, trong khi ở quy trình Đẳng nhiệt, cả nhiệt độ và năng lượng bên trong đều không đổi.
Đoạn nhiệt vs đẳng nhiệt
Các quá trình đoạn nhiệt đề cập đến những thay đổi về nhiệt độ và áp suất xảy ra mà không trao đổi nhiệt hoặc vật chất. Các quá trình đẳng hướng đề cập đến những thay đổi về nhiệt độ và áp suất xảy ra mà không thay đổi entropy. Các quá trình đoạn nhiệt có thể là đẳng entropi, nhưng không phải tất cả các quá trình đoạn nhiệt đều là đẳng entropi.
đoạn nhiệt có nghĩa là không truyền nhiệt, tức là nhiệt không mất đi cũng không thu được trong quá trình truyền năng lượng. Do đó, nó tạo thành một hệ thống cách nhiệt. Nó đại diện cho một quá trình truyền năng lượng lý tưởng.
Nó có thể thuận nghịch (trong đó tổng năng lượng bên trong không thay đổi) hoặc không thể đảo ngược (tổng năng lượng bên trong bị thay đổi). Trong một quy trình đoạn nhiệt, tổng nhiệt lượng trao đổi giữa hệ thống và xung quanh nó bằng không.
Kết quả là, công được thực hiện là biến số duy nhất ảnh hưởng đến sự thay đổi năng lượng bên trong của hệ thống.
Đẳng hướng biểu thị một quá trình đoạn nhiệt lý tưởng hóa có thể đảo ngược và không thay đổi entropy. Cả hai quy trình đẳng entropi và quy trình thuận nghịch đoạn nhiệt đều là các loại quy trình đa hướng.
Các quá trình đa hướng là những quá trình tuân theo PVn =C.
Trong trường hợp này, P đại diện cho áp suất, V đại diện cho thể tích, n là chỉ số đa hướng và C là một hằng số. Các quá trình đoạn nhiệt xảy ra trong một hệ cách ly nhiệt nghiêm ngặt, trong khi các quá trình đẳng entropi thì không.
Bảng so sánh
| Các thông số so sánh | đoạn nhiệt | Đẳng hướng |
|---|---|---|
| Điều kiện thiết yếu | – Hệ thống cách nhiệt hoàn hảo – Quá trình nhanh chóng để tạo điều kiện truyền nhiệt | – Entropy phải không đổi – Có thể đảo ngược |
| Mối quan hệ khí lý tưởng | Có thể đảo ngược: PVn = Hằng số Không thể đảo ngược: dU = -P(máy lẻ)dV (Hàm biến thiên nội năng, áp suất, thể tích) | PVn luôn luôn là một hằng số |
| Tổng năng lượng bên trong (U = Q + W) | Nội năng bằng công do hệ cách ly nhiệt (Q = 0) | Năng lượng bên trong bằng tổng của nhiệt lượng bên ngoài được áp dụng và công việc được thực hiện. |
| Thay đổi Entropy (∆S) | Có thể đảo ngược – Không thay đổi entropi Không thể đảo ngược – Thay đổi entropy được biểu diễn dưới dạng một hàm của nhiệt độ và nhiệt độ truyền nhiệt ròng của hệ thống. | Entropy không đổi. |
| Các trường hợp sử dụng có thể | Hiện tượng khí tượng bùng phát nhiệt. | Tua bin |
Adiabatic là gì?
Các quy trình đoạn nhiệt có thể có hai loại - mở rộng đoạn nhiệt và nén đoạn nhiệt. Trong sự giãn nở đoạn nhiệt của khí lý tưởng, khí lý tưởng trong hệ hoạt động và do đó nhiệt độ của hệ giảm xuống.
Do nhiệt độ giảm, điều này tạo thành quá trình làm mát đoạn nhiệt. Ngược lại, trong quá trình nén đoạn nhiệt của một loại khí lý tưởng, công việc được thực hiện trên hệ thống bao gồm khí trong môi trường cách ly nhiệt.
Kết quả là, nhiệt độ của khí tăng lên. Điều này làm phát sinh cái được gọi là gia nhiệt đoạn nhiệt.
Do đó, các tính chất này được sử dụng trong các ứng dụng thực tế cụ thể. Ví dụ, tính chất giãn nở được sử dụng trong tháp làm mát và tính chất nén trong động cơ diesel.
Đẳng hướng là gì?
Như thuật ngữ gợi ý, một quá trình đẳng entropi là một quá trình không có sự trao đổi nhiệt ròng và quan trọng hơn, entropy của hệ thống là một hằng số. Trong các quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch, sự thay đổi entropy bằng không.
Do đó, tất cả các quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch cũng tạo thành các quá trình đẳng entropi. Tuy nhiên, điều ngược lại không phải lúc nào cũng được ngụ ý trong trường hợp này.
Tồn tại các quá trình đẳng entropi không đoạn nhiệt. Điểm mấu chốt cần lưu ý trong trường hợp các quá trình đẳng entropi là sự thay đổi entropy không xảy ra.
Hệ thống có thể chịu entropy dương và entropy âm bằng nhau và ngược chiều. Trong trường hợp như vậy, thay đổi ròng trong entropy vẫn bằng không do hai giá trị entropy cân bằng lẫn nhau.
Một hệ thống như vậy không phải là hệ thống đoạn nhiệt (vì nó không phải là hệ thống cách ly nhiệt) mà là hệ thống đẳng entropi. Hầu hết các hệ thống đẳng entropi cũng được đặc trưng chủ yếu bởi sự thiếu ma sát.
Sự thiếu ma sát này làm cho quá trình có thể đảo ngược và trở thành một quá trình đoạn nhiệt lý tưởng.
Sự khác biệt chính giữa Adiabatic và Isentropic
- Quá trình đoạn nhiệt luôn xảy ra trong một hệ cô lập nhiệt, trong khi một hệ đẳng entropi thì không.
- Sự thay đổi thực của entropy có thể gặp phải trong một quá trình đoạn nhiệt trong đó nó sẽ không thể đảo ngược. Một quá trình đẳng entropi không thể thích ứng với sự thay đổi của entropy.
- Nếu một quá trình đoạn nhiệt có thể đảo ngược, nó là đẳng entropi. Tuy nhiên, đẳng entropi không phải lúc nào cũng là một quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch. Một quá trình tuân thủ các điều kiện thiết yếu của entropy ròng cũng có thể là đẳng entropi.
- Đối với quá trình đoạn nhiệt, trạng thái cân bằng không nhất thiết phải là hằng số, trong khi trạng thái cân bằng luôn là hằng số đối với quá trình đẳng entropi.
- Trong một quy trình đoạn nhiệt, năng lượng bên trong ròng bằng với công việc được thực hiện. Tuy nhiên, điều này không nhất thiết phải đúng trong một quá trình đẳng entropi.
- Chỉ khi quá trình có thể đảo ngược và đoạn nhiệt thì chúng ta mới có thể coi nó là đẳng entropy. Có những tình huống thực tế, như trong trường hợp của một máy nén thực tế, trong đó nó có thể được coi là đoạn nhiệt nhưng bị mất mát do những thay đổi trong điều kiện của hệ thống. Do những mất mát này, quá trình nén trở nên không thể đảo ngược. Do đó, quá trình nén không phải là đẳng entropy.
- https://sci-hub.se/https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.197364
- http://www.asimow.com/reprints/PhilTrans_355_255.pdf
- http://www.mhtl.uwaterloo.ca/courses/me354/lectures/pdffiles/ch2.pdf
Tôi đã nỗ lực rất nhiều để viết bài đăng trên blog này nhằm cung cấp giá trị cho bạn. Nó sẽ rất hữu ích cho tôi, nếu bạn cân nhắc chia sẻ nó trên mạng xã hội hoặc với bạn bè/gia đình của bạn. CHIA SẺ LÀ ♥️
