فرآیند برگشت پذیر در مقابل فرآیند غیرقابل برگشت

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1881

سپاس: 3351

جنسیت:

تماس:

فرآیند برگشت پذیر در مقابل فرآیند غیرقابل برگشت

پست توسط rohamjpl »

یک موقعیت فرضی:
دو سیستم عایق حرارتی یکسان دارای ظرفیت گرمایی هستند که به شرح زیر است:
$Cv =βT^4$(β ثابت است)در ابتدا یک سیستم در 300K و دیگری در 400K است. سپس سیستم ها در تماس حرارتی قرار می گیرند و سیستم ترکیبی اجازه می یابد تا به تعادل حرارتی برسد.
توجه: من از تمام محاسبات دقیق ریاضی به دلیل مشکل تایپ صرف نظر می کنم.
حال اگر بخواهم دمای نهایی سیستم ترکیبی را محاسبه کنم (با صرف نظر از محاسبه ریاضی) به دو صورت می توانم محاسبه را انجام دهم:
از طریق یک فرآیند برگشت پذیر.
از طریق یک فرآیند برگشت ناپذیر.
از آنجایی که کل سیستم (هر دو سیستم) از نظر حرارتی ایزوله هستند، انرژی از دست نخواهد رفت. اما برای دو روش مختلف، دمای نهایی سیستم ترکیبی متفاوت خواهد بود. من می توانم آن را از نظر ریاضی درک کنم اما در تعجب هستم که واقعاً از نظر فیزیکی چه اتفاقی می افتد!
برای حالت برگشت ناپذیر تغییر در آنتروپی بزرگتر از صفر است. بنابراین تبادل حرارت بین دو سیستم یکسان خواهد بود یعنی
$∫Cv dT1 = ∫Cv dT2$
(محدودیت ادغام با توجه به سوال و دمای نهایی است)
اما برای حالت برگشت پذیر تغییر آنتروپی برابر با صفر است $∆S1+∆S2=0$. بنابراین، اگرچه انرژی کل حفظ می شود، تبادل حرارت بین دو سیستم یکسان نیست! من تعجب می کنم که چگونه این امکان وجود دارد؟
منظورم این است که اگر یک سیستم مقدار q گرما آزاد می کند و سیستم دیگر همان مقدار گرما را دریافت می کند اما دمای نهایی سیستم ترکیبی مطابق با گرمای مصرفی نیست. در ابتدا، من فکر کردم که در واقع مقداری گرما فقط برای به دست آوردن آنتروپی استفاده می شود اما برای دما استفاده نمی شود. اما من نمی دانم چگونه می توان بدون افزایش دما گرما مصرف کرد؟ (این مرحله نیز مرحله انتقال فاز نیست پس چگونه ممکن است؟)
به نظر می رسد منبع سردرگمی اینجاست:
اما برای حالت برگشت پذیر تغییر آنتروپی برابر با صفر است $∆S1+∆S2=0$.
در یک فرآیند برگشت پذیر، تغییر آنتروپی برای کل سیستمی که این فرآیند را طی می کند، صفر است. اما این فرآیند برگشت پذیر در این مورد چیست؟ نکته مهم این است که فرآیند واقعی دو سیستم در دماهای مختلف مبادله گرما غیر قابل برگشت است. اما کلید اینجاست:
اگر تمام چیزی که ما به آن اهمیت می‌دهیم حالت اولیه و نهایی است، می‌توانیم فرآیند واقعی را با هر فرآیند جعلی دیگری که دوست داریم جایگزین کنیم تا زمانی که حالت اولیه و نهایی را تغییر ندهیم.
بنابراین، با کدام فرآیند برگشت‌پذیر جعلی می‌توانیم فرآیند واقعی را جایگزین کنیم؟ گزینه های زیادی وجود دارد اما یک فرآیند برگشت پذیر استاندارد و ساده وجود دارد که افراد در موقعیت هایی مانند این از آن استفاده می کنند. این مستلزم اتصال هر یک از دو سیستم به یک مخزن جداگانه و به آرامی، برگشت پذیر، استخراج یا افزودن گرما است تا زمانی که دو سیستم به حالت نهایی برسند که دماهای برابر و همان انرژی کل را داشته باشند که با آن شروع کردند.
ممکن است بپرسید چگونه گرما را به صورت برگشت پذیر به یک مخزن استخراج کنیم؟ سوال عالی، چون من کمی دروغ گفتم، یک مخزن کافی نیست. برای اینکه تبادل گرما برگشت پذیر باشد، مخزن باید در دمای (تقریبا) همان سیستم باشد. بنابراین، همانطور که ما گرما را از سیستم استخراج می کنیم و دمای آن کمتر و کمتر می شود، باید مدام مخزن را با مخزن سردتر و سردتر جایگزین کنیم، به طوری که در هر مرحله سیستم و مخزنی که گرما را از دست می دهد در یک دما باشند. . اما برای سادگی، دروغ را ادامه می دهم و از کلمه مخزن برای نشان دادن این مجموعه از مخازن استفاده می کنم.
در طی فرآیند برگشت پذیر ذکر شده در بالا، کدام تغییر آنتروپی صفر است؟ این تغییر آنتروپی سیستم اول به اضافه مخزن آن، و به طور جداگانه، تغییر آنتروپی سیستم دوم به اضافه مخزن آن است. تغییر آنتروپی سیستم اول به اضافه سیستم دوم نیست، آن دو سیستم با هم در یک فرآیند برگشت پذیر شرکت نمی کنند!
این نشان می دهد که تغییر آنتروپی سیستم اول + دوم اصلاً نباید صفر باشد، که ناسازگاری ظاهری را برطرف می کند.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
smile260 smile016 :?:

ا
تصویر

ارسال پست