机械工程的概念和原理

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热力学中可逆和不可逆过程

我们在讨论这个概念工作调动传热在热力学中。我们之前也看到了热力学状态、路径、过程和循环。
让我们继续讨论可逆过程和不可逆过程的概念。我们将在这篇文章中详细讨论可逆过程和不可逆过程,但让我先在这里写,每一个自然过程都是不可逆过程。

如果我们讨论可逆过程,那么我们可以说,可逆过程实际上是不存在的,我们只把可逆过程看作假想过程或理想过程。然而,有一些过程可以接近可逆性。

让我们看看,热力学中的可逆过程和不可逆过程是什么?

可逆过程是一个可以在任何阶段停止的过程,并且可以在不影响周围环境或宇宙任何部分的情况下逆转到初始状态。简而言之,我们可以说,如果一个热力学过程可以在任何阶段停止,并以使系统和周围环境恢复到初始状态的方式逆转过来,那么这个过程就被称为可逆过程。

可逆过程必须进行得相当缓慢,这样过程才能在任何阶段被逆转,从而使系统和周围环境恢复到初始状态。

如果一个热力学过程可以倒转回来,但是它周围的环境不能恢复它的初始位置,那么我们不能说这个过程是可逆的,但这个过程也被称为不可逆过程。
不可逆过程

让我们看一个气缸活塞布置中气体膨胀的例子

让我们考虑两个类似容量的圆柱体,并包含类似的气体量。假设气体在第一个气缸中被压缩100克重量,而气体在第二个气缸中被压缩100个1克重量。最终,在这两种情况下,气体上会有类似的压力。让我们也认为两个气缸中的气体体积是相同的。

现在,如果我们从第一个气缸的活塞上移除100克的重量,气体将膨胀,活塞上的压力将减小,它将相当于大气压力,这个过程将被称为不可逆过程,因为它不能在不影响周围环境的情况下逆转。我在下面的案例2中尝试了这个过程不可逆转的原因。

现在考虑第二个气缸,如果我们从活塞中逐个移除1 GM重量,那么气体将在100个阶段缓慢地膨胀无穷小,并且过程将在这里进行,无穷小,在体积和压力上具有无限小的变化,并且每个阶段将被考虑在热平衡中。因此,该过程将被视为极限状态下的可逆过程。
可逆过程

可逆和不可逆过程:说明

案例1:加热和冷却对象

让我们考虑热力学过程的一个例子,让我们认为我们正在加热一个物体到一个特定的温度,然后我们将物体冷却到它的初始温度。现在让我们集中分析上述案例。你怎么认为?是可逆过程还是不可逆过程?

这是一个不可逆过程的例子。让我们找出这个过程是不可逆过程的原因。我们可以简单地将热量从周围传递给系统,也就是物体,来加热物体,为了保证物体的初始温度,我们可以将热量从系统,也就是物体,转移到周围,来冷却物体。

现在让我们看一下,系统已经保证了它的初始状态,因为它将有初始温度,因为我们已经通过将热量转移到周围来冷却物体。但周围环境并没有恢复其初始状态。加热对象期间从周围环境到系统的热传递和冷却对象期间系统向周围环境排出的热将不相似。

因此,周围环境受到了影响,或者我们可以说,周围环境没有恢复到初始状态,因此上述示例中的热力学过程将被视为不可逆过程。

情况2:气缸活塞装置中气体的压缩和膨胀

让我们有一个气缸活塞布置,以气体作为气缸内的内容物。让气体从更高的压强和温度膨胀到更低的压强和温度。

你觉得这个过程怎么样?这个过程是可逆过程的一个例子吗?

这将是一个不可逆过程的例子,因为这里的环境将受到影响,或者我们可以说,我们无法将环境恢复到其初始状态。让我们关注一下为什么在上述热力学过程中,周围环境不能达到其初始状态。

气体膨胀或者说系统对环境做功。而在气体压缩过程中,为了保证系统的初始压力和温度,周围环境必须对系统做功。但是我们必须注意的是,在膨胀过程中,系统从周围环境得到的功和气体压缩过程中系统从周围环境得到的功是不一样的,因此,周围环境将不能恢复到它的初始状态。

我们将在下一篇文章中看到另一个话题。”热力学过程中不可逆性的原因在热能工程范畴。新利18提款安全吗

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参考:

P.K.Nag的工程热力学
Som教授的基础热力学
图片由:谷歌

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