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Thermodynamik.
Energieumwandlung

Thermodynamische Prozesse, Definition und Arten von Prozessen

Thermodynamische Prozesse, Definition und Arten von Prozessen

Ein thermodynamischer Prozess ist die Entwicklung bestimmter Eigenschaften eines bestimmten thermodynamischen Systems. Diese Eigenschaften werden thermodynamische Eigenschaften genannt.

Die Historische Rheinschiffsmühle ...
Die Historische Rheinschiffsmühle in Ginsheim

Das System muss sich am Anfangs- und Endpunkt im thermodynamischen Gleichgewicht befinden, um den Prozess zu untersuchen. Mit anderen Worten, die Größen, die beim Übergang von einem Zustand in einen anderen eine Variation erfahren, müssen vollständig in ihrem Anfangs- und Endzustand definiert sein.

Ein thermodynamischer Prozess kann auch als die Änderung eines Systems von einigen Anfangsbedingungen zu anderen Endbedingungen angesehen werden. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ist die innere Energie die von außen zugeführte Wärmemenge abzüglich der vom System geleisteten Arbeit.

Thermodynamische Prozesse können sein:

  • Quasistatisch : Es ist ein Prozess, der unendlich langsam abläuft. Im Allgemeinen impliziert diese Tatsache, dass das System aufeinanderfolgende Gleichgewichtszustände durchläuft, in welchem ​​Fall die Transformation auch reversibel ist.

  • Reversibel: Es handelt sich um einen Prozess, der rückgängig gemacht werden kann (in die entgegengesetzte Richtung ablaufen), ohne dass einmal eingetretene Veränderungen am System oder seiner Umgebung verursacht werden.

  • Irreversibel: Es ist ein Prozess, der nicht umkehrbar ist. Die Zwischenzustände der Transformation sind kein Gleichgewicht.

Die Theorie der thermischen Prozesse wird auf die Konstruktion von Motoren , Kühlaggregaten, der chemischen Industrie und der Meteorologie angewendet .

Wie ist der Zustand eines Systems?

Der Zustand des Systems ist eine Menge von Eigenschaftswerten eines thermodynamischen Systems, die angegeben werden müssen, um das System zu reproduzieren. Die einzelnen Parameter werden als Zustandsgrößen, Zustandsgrößen oder thermodynamische Größen bezeichnet.

Wenn ein ausreichender Satz thermodynamischer Variablen angegeben wurde, werden die Werte aller anderen Systemeigenschaften definiert. Die Anzahl der benötigten Werte zur Ermittlung des Status ist jedoch systemabhängig und nicht immer bekannt.

Was ist ein zyklischer Prozess?

Ein zyklischer Prozess ist ein Prozess, bei dem der Anfangs- und Endzustand gleich sind. In der Technik sind diese Prozesse essenziell – zum Beispiel repetitive Prozesse, zum Beispiel der Carnot-Zyklus, der Rankine-Zyklus.

Reversibler Prozess in der Thermodynamik

Reversible Prozesse sind Idealisierungen realer Prozesse. Ein bekanntes und weit verbreitetes Beispiel ist die Bernoulli-Gleichung, die wir gesehen haben, um Input- und Output-Ströme auszugleichen. Reversible Prozesse sind vorteilhaft, um Grenzen für das System oder das Verhalten von Geräten zu definieren. Es hilft, die Bereiche zu identifizieren, in denen Ineffizienzen auftreten, und ermöglicht die Vorgabe von Kriterien bei der Konstruktion von Maschinen.

In einem reversiblen Prozess stellen sie die maximale Arbeit dar, die wir beim Übergang von einem Zustand in einen anderen gewinnen können. Es kann auch die minimale Arbeit bedeuten, die erforderlich ist, um eine Zustandsänderung herbeizuführen.

Arten thermodynamischer Prozesse

Die wichtigsten thermodynamischen Prozesse sind die folgenden:

  • Isobarer Prozess: er findet unter konstantem Druck statt. Mit anderen Worten, das System ist mit einer beweglichen Begrenzung dynamisch mit einem kontinuierlichen Druckbehälter verbunden. Die zugehörige Temperatur und das zugehörige Volumen folgen dem Charles'schen Gesetz, wenn sich ein perfektes Gas isobar von Zustand A nach B entwickelt.
  • Isochorer Prozess: Das Volumen bleibt konstant. Wenn das System ein konstantes Volumen hat, ist die vom System geleistete Arbeit daher Null. Dies impliziert, dass der Prozess keine Druck-Volumen-Arbeit verrichtet. Daraus folgt, dass jede von außen an das System abgegebene Wärmeenergie diese in Form von innerer Energie absorbiert.
  • Isothermer Prozess (oder isothermer Prozess): findet bei konstanter Temperatur statt. Mit anderen Worten, das System ist durch eine wärmeleitende Begrenzung mit einem Vorratsbehälter mit konstanter Temperatur thermisch verbunden.
  • Adiabatischer Prozess: Es ist ein Prozess, bei dem keine Wärmeübertragung stattfindet. Für einen reversiblen Prozess ist dies identisch mit einem isentropen Prozess. Daher kann man sagen, dass das System von seiner Umgebung thermisch isoliert ist und keine Wärme mit der Umgebung austauschen kann.
  • Isentroper Prozess: er findet bei konstanter Entropie statt. Bei einem reversiblen Prozess ist dies identisch mit einem adiabatischen Prozess.
  • Konstanter chemischer Potentialprozess: Das System ist durch Partikeltransfer mit einer durchlässigen Partikelgrenze verbunden.
  • Prozess mit konstanter Partikelanzahl: Es wird dem System keine Energie durch Partikeltransfer hinzugefügt oder abgezogen. Daher ist das System durch eine partikeldurchlässige Grenze isoliert.
  • Polytroper Prozess: Ein polytroper Prozess ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem die Wärmekapazität des Gases unverändert bleibt – es findet kein Wärmeaustausch statt.

Manchmal stellt sich während des gesamten Prozesses heraus, dass nicht eine, sondern mehrere thermodynamische Größen unverändert sind. So gibt es beispielsweise bei Verdampfung und Kondensation in einem Flüssig-Dampf-System bei konstantem Druck und konstanter Temperatur isobar- isotherme Prozesse.

Was bedeutet es, dass sich ein System im thermodynamischen Gleichgewicht befindet?

Ein thermodynamisches System befindet sich im thermodynamischen Gleichgewicht, wenn die Hauptvariablen des Systems unverändert bleiben. Das heißt, Druck, Volumen und Temperatur bleiben über die Zeit nicht konstant.

Es tritt auf, wenn sich zwei oder alle der oben genannten Variablen ändern. Es ist zu bedenken, dass die Variation nur eines von ihnen unmöglich ist, da sie alle durch ein umgekehrtes oder direktes Proportionsverhältnis miteinander verbunden sind. Diese thermodynamische Transformation wird das System zu einem anderen Gleichgewichtspunkt bringen.

Aus diesem Grund werden Anfangs- und Endzustand einer Transformation eines idealen Gases durch zwei Wertepaare aus den drei Größen identifiziert, die den Zustand eines Körpers definieren:

  • Druck.
  • Volumen.
  • Temperatur.
      Autor:

      Erscheinungsdatum: 2. Januar 2018
      Geändert am: 1. Oktober 2021