مقاله ترمودینامیک

فرمت فایل:word  (قابل ویرایش)

تعداد صفحات :15

فهرست مطالب :

1. بیان کلوین – پلانک و بیان کلازیوس
2. فرآیند بازگشت پذیر
3. انتقال حرارت به دلیل اختلاف درجه حرارت محدود
4. سیکل کارنو
5. دو قضیه در مورد کارآیی سیکل کارنو
6. ماشین استرلینگ
7. ماشین های درون سوز

توضیحات

انتگرال سیکلی کار برابر است . در عین حال ، قانون اول هیچ گونه محدودیتی برای جهت جریان حرارت و کار ایجاد نمی کند . سیکلی که در آن مقدار مشخصی حرارت از سیستم منتقل شده و همان مقدار کار بر سیستم انجام شده باشد نیز مانند سیکلی که جریان حرارت و کار آن عکس حالت ذکر شده است با قانون اول همخوانی دارد . اما با توجه به تجربیات خود می دانیم که متناقض نبودن یک سیکل با قانون اول ، دلیلی بر این نیست که آن سیکل حتماً اتفاق می افتد . این نوع مشاهدات تجربی منجر به تنظیم قانون دوم ترمودینامیک می شود . پس فقط آن سیکل قابل وقوع است که با قوانین اول و دوم ترمودینامیک همخوانی داشته باشد .
مفهوم جامع قانون دوم متضمن این است که یک فرآیند فقط در یک جهت معین پیش می رود ولی در جهت خلاف ، قابل وقوع نیست . یک لیوان چای داغ با انتقال حرارت به محیط ، سرد می شود ولی حرارت نمی تواند در جهت خلاف و از محیط سردتر به لیوان چای داغ تر ، منتقل شود .
دو بیان کلاسیک از قانون دوم وجود دارد : بیان کلوین – پلانک و بیان کلازیوس .
بیان کلوین – پلانک : غیر ممکن است ، وسیله ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند و در عین حال که فقط با یک مخزن تبادل حرارت دارد ، اثری بجز صعود وزنه داشته باشد .
این بیان به بحث ما درباره موتور حرارتی مربوط می شود و بدین معنی است که غیرممکن است موتور حرارتی بیابیم که در یک سیکل عمل کند و مقدار مشخصی حرارت را از جسم درجه حرارت بالا دریافت کند و همان مقدار کار انجام دهد . تنها صورت دیگر آن است که باید مقداری حرارت از سیال فعال با درجه حرارت پایین تر به یک جسم درجه حرارت پایین انتقال یابد . پس اگر دو سطح حرارتی وجود داشته باشد و حرارت از جسم درجه حرارت بالا به موتور حرارتی و نیز از موتور حرارتی به جسم درجه حرارت پایین انتقال یابد ، می توان با انتقال حرارت کار انجام داد . یعنی امکان ندارد موتور حرارتی بسازیم که کارآیی حرارتی آن صد در صد باشد .
بیان کلازیوس : غیر ممکن است وسیله ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند و تنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سردتر به جسم گرمتر باشد .
این بیان مربوط به یخچال یا پمپ حرارتی است و بدین معنی است که نمی توان یخچالی ساخت که بدون کار ورودی عمل کند . همچنین این بیان رساننده این معنی است که ضریب عمکرد همیشه کوچکتر از بینهایت است .
در مورد این دو بیان باید سه مطلب را در نظر داشت . ابتدا اینکه، هر دو بیان منفی هستند. البته اثبات بیان منفی ناممکن است ولی می توان گفت که قانون ترمودینامیک (همانند بسیاری از قوانین طبیعت) بر مشاهدات تجربی متکی است. هر آزمایش مربوطی که صورت گرفته به طور مستقیم یا غیرمستقیم موید قانون دوم بوده و هیچ آزمایشی منجر به نقض قانون دوم نشده است . بنابراین اساس قانون دوم بر مشاهدات تجربی قرار دارد .