Необратимая термодинамика

Термодинамика
Классический тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистическая Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесие
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы Закрытая система Изолированная система Состояние Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса Фаза (материя) Равновесие Контрольный объем Инструменты Процессы Изобарический Изохорический Изотермический Адиабатический Изэнтропический Изентальпический Квазистатический Политропный Бесплатное расширение Обратимость Необратимость Необратимость Циклы Тепловые двигатели Тепловые насосы Термический КПД
Свойства системы Примечание: Сопряженные переменные в курсивом Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / энтропия  ( введение ) Давление  / Объем Химический потенциал  / число частиц Качество пара Сниженные свойства
Свойства материала Базы данных недвижимости Удельная теплоемкость  ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ partial S}$ ${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle \ partial T}$ Сжимаемость  ${\ displaystyle \ beta = -}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ partial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ partial p}$ Термическое расширение  ${\ Displaystyle \ альфа =}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ partial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Онсагер взаимные отношения Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Возможности Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${\ Displaystyle U (S, V)}$ Энтальпия ${\ Displaystyle H (S, p) = U + pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${\ Displaystyle А (Т, В) = U-TS}$ Свободная энергия Гиббса ${\ Displaystyle G (T, p) = H-TS}$
История Культура История Общий Энтропия Газовые законы Машины "вечный двигатель" Философия Энтропия и время Энтропия и жизнь Броуновская трещотка Демон Максвелла Парадокс тепловой смерти Парадокс лошмидта Синергетика Теории Теория калорийности Теория тепла Vis viva («живая сила») Механический эквивалент тепла Сила мотивации Ключевые публикации " Экспериментальное исследование ... тепла " « О равновесии неоднородных веществ » « Размышления о движущей силе огня » Сроки Термодинамика Тепловые двигатели Искусство Образование Термодинамическая поверхность Максвелла Энтропия как рассеивание энергии
Ученые Бернулли Больцман Карно Клапейрон Клаузиус Каратеодори Duhem Гиббс фон Гельмгольц Джоуль Максвелл фон Майер Онсагер Ренкин Смитон Шталь Томпсон Томсон ван дер Ваальс Waterston
Другой Зарождение Самостоятельная сборка Самоорганизация Порядок и беспорядок
Книга Категория
v т е

Эндобратимая термодинамика - это подмножество необратимой термодинамики, направленное на создание более реалистичных предположений о теплопередаче, чем обычно делается в обратимой термодинамике. Он дает верхнюю границу энергии, которая может быть получена из реального процесса, которая ниже, чем предсказанная Карно для цикла Карно , и учитывает разрушение эксергии, возникающее при необратимой передаче тепла.

Необратимая термодинамика была открыта в одновременной работе Новикова ^[1] и Чамбадаля ^[2], хотя иногда ее ошибочно приписывают Керзону и Альборну. ^[3]

Двигатель Новикова [ править ]

Уравнение для эффективности полупроницаемую идеального теплового двигателя , работающего при максимальной выходной мощности , в котором передача тепла является необратимым , но другие компоненты идеально можно показать , имеют следующий вид, ^[5] , который является эффективностью Chambadal-Новиков :

${\ displaystyle \ eta = 1 - {\ sqrt {\ frac {T_ {L}} {T_ {H}}}}}$

В пределе бесконечно малой выходной мощности восстанавливается стандартный результат Карно для эффективности. ^[4] Для некоторых типичных циклов приведенное выше уравнение (обратите внимание, что необходимо использовать абсолютные температуры ) дает следующие результаты: ^{[3] [6]}

Электростанция	${\ displaystyle T_ {c}}$ (° C)	${\ displaystyle T_ {h}}$ (° C)	${\ displaystyle \ eta}$ (Карно)	${\ displaystyle \ eta}$ (Необратимый)	${\ displaystyle \ eta}$ (Наблюдаемый)
Уэст-Террок ( Великобритания ) угольная электростанция	25	565	0,64	0,40	0,36
CANDU ( Канада ) атомная электростанция	25	300	0,48	0,28	0,30
Геотермальная электростанция Лардерелло ( Италия )	80	250	0,33	0,178	0,16

Как показано, обратимая эффективность гораздо более точно моделирует наблюдаемые данные. Однако такой двигатель нарушает принцип Карно, который гласит, что работу можно выполнять в любое время, когда есть разница в температуре. Тот факт, что горячий и холодный резервуары не имеют той же температуры, что и рабочая жидкость, с которой они контактируют, означает, что работа может выполняться и выполняется на горячих и холодных резервуарах. Результат равносилен соединению высокотемпературной и низкотемпературной частей цикла, так что цикл рушится. ^[7] В цикле Карно существует строгая необходимость, чтобы рабочая жидкость имела ту же температуру, что и тепловые резервуары, с которыми они контактируют, и чтобы они были разделены посредством адиабатических преобразований, предотвращающих тепловой контакт. Впервые эффективность была получена Уильямом Томсоном ^[8]в своем исследовании неравномерно нагретого тела, в котором устранены адиабатические перегородки между телами при разных температурах и выполняется максимальная работа. Хорошо известно, что конечная температура - это средняя геометрическая температура, так что КПД - это КПД Карно для двигателя, работающего между и .${\ displaystyle {\ sqrt {T_ {H} T_ {L}}}}$${\ displaystyle T_ {H}}$${\ displaystyle {\ sqrt {T_ {H} T_ {L}}}}$

Из-за случайной путаницы в происхождении приведенного выше уравнения его иногда называют эффективностью Чамбадала-Новикова-Керзона-Альборна .

См. Также [ править ]

Введение в эндореверсивную термодинамику дается в диссертации Катарины Вагнер. ^[4] Это также введено Hoffman et al. ^{[9] [10]} Подробное обсуждение этой концепции вместе со многими приложениями в инженерии дано в книге Ханса Ульриха Фукса. ^[11]

Ссылки [ править ]