Teoria Motoarelor Termice - Transformări Reale

Un proces ciclic care are ca rezultat unic transferul de căldură de la o sursă la o sursă cu temperatură mai înaltă este imposibil. Aceasta este o formulare simplă a principiului II al termodinamicii.

Coeficientul de performanţă al unui sistem frigorific exprimă raportul dintre căldura transferată din interiorul congelatorului și lucrul mecanic efectuat.

Coeficientul de performanţă al unui sistem frigorific în cazul cvasistatic-reversibil.

Procesele nonstatice-ireversibile (reale) implică o creștere a entropiei, chiar și fără schimb de căldură cu exteriorul.

Într-un proces izentropic, entropia rămâne constantă. Entropia poate varia doar în procesele cvasistatice-reversibile, prin schimb de căldură cu exteriorul.

O pompă de căldură preia căldura din exterior și o cedează în interiorul camerei, pentru a o încălzi. Un sistem frigorific preia căldura din interiorul congelatorului și o cedează în exterior.

Sistemul frigorific este un dispozitiv care preia căldura din interiorul unui recipient (congelator) și o cedează în exterior, răcind sistemul.

Un sistem frigorific transferă căldura de la un loc cu temperatură mai mică la unul cutemperatură mai mare, necesitând lucru mecanic din exterior.

Ecuația fundamentală a termodinamicii descrie variația energiei interne (U) în funcție de variațiile entropiei (S) și a variabilelor externe (ai). Ecuația arată că energia internă depinde de entropie și variabilele externe.

Energia internă (U) este o funcție de stare, ceea ce înseamnă că valoarea sa depinde doar de starea sistemului, nu de calea urmată pentru a ajunge în acea stare. Aceasta înseamnă că variația energiei interne (dU) este o diferențială totală exactă.

Această relație exprimă faptul că variația energiei interne este egală cu lucrul mecanic efectuat asupra sistemului, când entropia și presiunea sunt constante. Aceasta înseamnă că energia internă poate fi schimbată prin lucrul extern efectuat asupra sistemului.

Temperatură (T) este o măsură a energiei interne a sistemului. Relația (7) arată că temperatura este derivata parțială a energiei interne în raport cu entropia la variabile externe constante.

Potențialul termodinamic (Ai) este o funcție de stare care definește un tip specific de energie potențială într-un sistem termodinamic. Relația (7) arată că potențialul termodinamic este derivata parțială a energiei interne în raport cu variabila externă corespunzătoare la entropie și alte variabile externe constante.

Această relație este un caz particular al relațiilor Maxwell, care leagă derivatele parțiale ale variabilelor termodinamice. Demonstrează legătura strânsă între derivatele parțiale ale temperaturii și presiunii în raport cu variația volumului și entropiei.

Pentru sistemele simple, temperatura poate fi exprimată ca derivata parțială a energiei interne în raport cu entropia la volum constant, iar presiunea ca derivata parțială a energiei interne în raport cu volumul la entropie constantă.

Această ecuație demonstrează că variația energiei interne, exprimată ca funcție de volum și entropie, este independentă de ordinea derivării parțiale. Această relație este valabilă întotdeauna pentru funcțiile de stare.

Sistemul trebuie să transfere mediului exterior o entropie egală cu cea generată în sistem din cauza ireversibilităților.

Inegalitatea fundamentală a termodinamicii poate fi exprimată folosind relația dintre entropie, energie internă și lucru mecanic.

Egalitatea este valabilă pentru procese reversibile, iar inegalitatea pentru cele ireversibile.

Un ciclu biterm ireversibil reprezintă un ciclu termodinamic real care ia în considerare natura ireversibilă a proceselor reale, spre deosebire de ciclul Carnot ideal.

Raportul dintre lucrul mecanic produs de un sistem și căldura primită de acesta.

O formulă care leagă lucrul mecanic produs de sistem de diferența dintre căldura primită și cea cedată de sistem.

Randamentul unui ciclu Carnot, un ciclu termodinamic ideal, este dat de diferența dintre 1 și raportul dintre temperatura sursei reci și temperatura sursei calde.

Randamentul unui ciclu Carnot depinde doar de temperaturile surselor calde și reci, nefiind influențat de natura sistemului.

Un sistem care ar funcționa cu o singură sursă de căldură, producând continuu lucru mecanic, fără a necesita altă energie.

Un sistem termodinamic realizează un ciclu atunci când revine la starea inițială după o serie de transformări.

Cantitatea de căldură primită de un sistem într-un proces termodinamic

Cantitatea de căldură cedată de un sistem într-un proces termodinamic

Ecuația care definește evoluția proceselor politrope când capacitatea calorică rămâne constantă.

Raportul dintre lucrul mecanic efectuat și căldura transferată într-un proces politrop.

Ecuația care descrie relația dintre variabila termodinamică "U" (energia internă) și temperatura și volumul unui gaz ideal.

Ecuația care descrie relația dintre presiunea, volumul și temperatura unui gaz ideal.

O relație care descrie procesul politrop pentru un gaz ideal, demonstrând aplicabilitatea ecuației procesului politrop pentru un gaz ideal.

O funcție termodinamică care măsoară dezordinea într-un sistem și care crește în mod spontan în sistemele izolate.

Un proces în care entropia rămâne constantă.

Un proces în care se transferă căldură într-un sistem, iar entropia crește.

Un proces politrop este un proces termodinamic în care produsul dintre presiune și volum ridicat la o anumită putere este constant. Puterea 'n' reprezintă indicele politropic, care definește tipul de proces.

Izotermă este un proces politropic cu indicele politropic n = 0. Temperatura rămâne constantă.

Izobar este un proces politropic cu indicele politropic n = 1. Presiunea rămâne constantă.

Izocor este un proces politropic cu indicele politropic n = infinit. Volumul rămâne constant.

Adiabat este un proces politropic cu indicele politropic n = κ. κ este indicele adiabatic, care este legat de căldura specifică a gazului.

Lucrul mecanic într-un proces politropic este definit prin formula Lpolitrop = (p2V2 - p1V1) / (1 - n) unde p1 și V1 sunt presiunea și volumul inițiale, iar p2 și V2 sunt presiunea și volumul finale.

În cazul proceselor izoterme, lucrul mechanic este dat de formula L = νRT ln(V2/V1), unde ν este numărul de moli, R este constanta gazelor ideale, T este temperatura și V1 și V2 sunt volumele inițială și finală.

În cazul proceselor izobare, lucrul mechanic este dat de formula L = p*(V2-V1), unde p este presiunea constantă, iar V1 și V2 sunt volumele inițială și finală.

În cazul proceselor izocorie, lucrul mecanic este nul, deoarece nu există variație de volum. Formula L = 0.

Adiabat este un proces politropic cu indicele n = κ. Lucrul mecanic într-un proces adiabatic este dat de formula L = (p2 * V2 - p1 * V1) / (1 - κ), unde κ este indicele adiabatic, p1 și V1 sunt presiunea și volumul inițiale, iar p2 și V2 sunt presiunea și volumul finale.