Transformare termodinamicăDe la Wikipedia, enciclopedia liberă

O transformare termodinamică este o succesiune de stări prin care trece un sistemtermodinamic când parametrii săi variază de la valorile din starea inițială la cele din starea finală.

O transformare simplă este o transformare care respectă de la început și până la sfârșitaceeași lege de transformare. Exemple de transformări simple:

Transformarea izocoră sau (Legea lui Charles), care se petrece la volum constant;Transformarea izobară, (Legea Gay-Lussac), care se petrece la presiune constantă;Transformarea izotermă, (Legea Boyle-Mariotte), care se petrece la temperatură constantă;Transformarea adiabatică, care se petrece fără schimb de căldură cu mediul ambiant;Transformarea politropică, care se petrece cu exponent politropic constant;Transformarea izoentalpică, care se petrece la entalpie constantă;Transformarea izoentropică, care se petrece la entropie constantă.

Cuprins [ascunde]

1 Modele2 Transformări

2.1 Transformare izocoră2.2 Transformare izobară2.3 Transformare izotermă2.4 Transformare adiabatică2.5 Transformare politropică2.6 Transformare izoentalpică2.7 Transformare izoentropică

3 Note4 Bibliografie5 Vezi și

În tehnică, în special în termoenergetică, se folosesc următoarele tipuri de modele:

Modelul gazului ideal, care pentru aer și amestecuri de gaze departe de punctul critic este oaproximație cât se poate de satisfăcătoare, astfel că expresiile matematice care descriutransformările se referă la proprietățile gazului ideal, caracterizat prin ecuația de stare:

unde:p este presiunea, în Pa;

V este volumul, în m3;m este masa gazului, în kg;M este masa molară a gazului, în kg/kmol;

R este constanta universală a gazelor = 8314,472 m3 Pa K-1 kmol-1[1]

T este temperatura absolută, în K.

Modelul gazului semiideal, caracterizat prin ecuația de stare a gazului ideal, însă admițând căcapacitatea termică a agentului termic variază cu temperatura.

Modele ale gazelor reale, pentru care ecuația de stare a gazelor ideale este nesatisfăcătoare.

Modele [ modificare sursă ]

Expresiile matematice ale ecuațiilor de stare sunt foarte complexe, astfel că în acest cazpentru calcule în aplicații practice se folosesc diagrame, tabele de valori, și, actual, aplicații pecalculator.

Pentru gazul ideal, la fiecare transformare vor fi prezentate expresiile matematice ale variațieiparametrilor de stare, a lucrului mecanic exterior, a lucrului mecanic tehnic, a căldurii schimbate, acapacității termice masice corespunzătoare transformării și a entropiei. În relațiile de mai jos indicii1, respectiv 2 se referă la starea inițială, respectiv cea finală a sistemului.

O transformare izocoră are loc la volum constant. O consecință este că lucrul mecanic exterioreste nul. Căldura schimbată într-un astfel de proces este transformată în întregime în variația deenergie internă a sistemului, materializată prin variația presiunii și temperaturii sistemului. Unexemplu de astfel de sistem este un vas închis încălzit. Perechea de parametri conjugațisemnificativă este T-s.

Legea de transformare:

Variația parametrilor:

Lucrul mecanic exterior este zero:

Lucrul mecanic tehnic:

Căldura schimbată:

unde U este energia internă, iar cv este capacitatea termică masică medie la volum constant

pe intervalul de temperaturi t1 - t2

Capacitatea termică masică (la volum constant):

Variația entropiei:

O transformare izobară are loc la presiune constantă. Un exemplu de astfel de transformare apareîntr-un cilindru închis (sistem termodinamic izolat) în care pistonul se mișcă, însă presiunea dincilindru rămâne constantă, de exemplu presiunea atmosferică. Perechea de parametri conjugațisemnificativă este p-V.

Legea de transformare:

Transformări [ modificare sursă ]

Transformare izocoră [ modificare sursă ]

Transformare izobară [ modificare sursă ]

Variația parametrilor:

Lucrul mecanic exterior:

Lucrul mecanic tehnic este zero:

Căldura schimbată:

unde este entalpia, iar este capacitatea termică masică medie la presiune constantă

pe intervalul de temperaturi t1 - t2

Capacitatea termică masică (la presiune constantă):

Variația entropiei:

O transformare izotermă are loc la temperatură constantă. Un exemplu de astfel de transformareapare într-un cilindru închis în contact termic perfect cu mediul ambiant. Lucrul mecanic produs depiston este obținut din căldură, care este primită din mediul ambiant, temperatura rămânândconstantă. Oricare dintre perechile de parametri conjugați p-V sau T-s sunt semnificative.

Legea de transformare:

Variația parametrilor:

Lucrul mecanic exterior:

Lucrul mecanic tehnic:

Căldura schimbată:

Capacitatea termică masică:

Variația entropiei:

Transformare izotermă [ modificare sursă ]

O transformare adiabatică are loc fără schimb de căldură cu mediul ambiant. Un exemplu deastfel de transformare apare într-un cilindru închis izolat din punct de vedere termic cu mediulambiant. Lucrul mecanic produs de piston este obținut din energia internă a sistemului. Oricaredintre perechile de parametri conjugați p-V sau T-s sunt semnificative.

Legea de transformare:

unde k este raportul capacităților termice masice adică exponentul adiabatic.

Variația parametrilor:

Lucrul mecanic tehnic:

Căldura schimbată este, prin definiție, nulă:

Capacitatea termică masică:

Variația entropiei:

Transformarea politropică apare când exponentul politropic (vezi mai jos legea de transformare)este constant și este o generalizare a transformărilor prezentate mai sus. Un exemplu de astfel detransformare apare într-un cilindru închis, dar care poate schimba cu mediul ambiant atât lucrumecanic, cât și căldură. Lucrul mecanic produs de piston este obținut atât din căldura provenitădin mediul ambiant, cât și din energia internă a sistemului. Oricare dintre perechile de parametriconjugați p-V sau T-s sunt semnificative.

Legea de transformare:

unde n este exponentul transformării.

Variația parametrilor:

Lucrul mecanic exterior:

Transformare adiabatică [ modificare sursă ]

Transformare politropică [ modificare sursă ]

Lucrul mecanic tehnic:

Căldura schimbată:

Capacitatea termică masică:

Variația entropiei:

Din relațiile pentru transformarea politropică:

Pentru se obține, la limită, transformarea izocoră.Pentru se obține, la limită, transformarea izobară.Pentru se obține, la limită, transformarea izotermă.Pentru se obține transformarea adiabatică.

La gazul perfect capacitatea termică masică nu variază cu temperatura, astfel că în cazultransformărilor reversibile transformarea izoentalpă este identică cu transformarea izotermă.

La nivel diferențial, aplicabil nu numai pentru gazul perfect, ci și pentru gaze reale, transformareaizoentalpică înseamnă (*) și se pot scrie relațiile:

din primul principiu al termodinamicii:, de unde

din principiul al doilea al termodinamicii:

,

de unde și

din ecuațiile lui Maxwell:

unde:

dq - căldura schimbată în cursul transformăriiv, dv - volumul și variația de volum, în condiția (*)dp - variatia de presiune din sistem în condiția (*)T, dT - temperatura și variația de temperatură din sistem în condiția (*)cp - capacitatea termică masică la presiune constantă

Transformare izoentalpică [ modificare sursă ]

di - variația de entalpie

La gazul perfect capacitatea termică masică nu variază cu temperatura, astfel că în cazultransformărilor reversibile transformarea izoentropică este identică cu transformarea adiabatică.

Transformare izoentropică [ modificare sursă ]