Термодинамика | |||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Классическая тепловая машина Карно | |||||||||||||||||||||
ветви | |||||||||||||||||||||
Законы | |||||||||||||||||||||
Системы
| |||||||||||||||||||||
Свойства системы Примечание: Сопряженные переменные в курсивом
| |||||||||||||||||||||
Свойства материала
| |||||||||||||||||||||
Уравнения | |||||||||||||||||||||
Потенциал | |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
Ученые | |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
|
Термодинамические диаграммы - это диаграммы, используемые для представления термодинамических состояний материала (обычно жидкости ) и последствий манипулирования этим материалом. Например, диаграмма температура- энтропия (диаграмма T – s ) может использоваться для демонстрации поведения жидкости при ее изменении компрессором.
В частности, в метеорологии они используются для анализа фактического состояния атмосферы, полученного из измерений радиозондов, обычно получаемых с помощью метеозондов. На таких диаграммах значения температуры и влажности (представленные точкой росы ) отображаются в зависимости от давления. Таким образом, диаграмма дает на первый взгляд реальную стратификацию атмосферы и вертикальное распределение водяного пара. Дальнейший анализ дает фактическую высоту основания и вершины конвективных облаков или возможные нестабильности стратификации.
Предполагая количество энергии за счет солнечного излучения, можно прогнозировать температуру, влажность и ветер на 2 м (6,6 фута ) в течение дня, развитие пограничного слоя атмосферы, возникновение и развитие облаков и условия. для парящего полета днем.
Главная особенность термодинамических диаграмм - это эквивалентность площади на диаграмме и энергии. Когда воздух изменяет давление и температуру во время процесса и задает замкнутую кривую на диаграмме, площадь, ограниченная этой кривой, пропорциональна энергии, которая была получена или высвобождена воздухом.
Диаграммы общего назначения включают:
Для метеорологического обслуживания используются в основном три различных типа термодинамических диаграмм:
Все три диаграммы получены из физической диаграммы P – альфа, которая объединяет давление ( P) и удельный объем ( альфа) в качестве основных координат. Диаграмма P – alpha показывает сильную деформацию сетки для атмосферных условий и поэтому не используется в атмосферных науках. Три диаграммы построены из диаграммы P – alpha с использованием соответствующих преобразований координат.
Не термодинамическая диаграмма в строгом смысле слова, поскольку она не отображает эквивалентность энергии и площади, является
Но из-за его более простой конструкции предпочтение отдается в образовании.
Термодинамические диаграммы обычно представляют собой сеть из пяти различных линий:
Скорость падения, сухой адиабатический градиент (DALR) и влажный адиабатический градиент (MALR), получается. С помощью этих линий можно определить такие параметры, как уровень конденсации облаков, уровень свободной конвекции, начало образования облаков. и т. д. могут быть получены из зондирований.
Путь или серия состояний, через которые система переходит от начального состояния равновесия к состоянию конечного равновесия, которые можно просмотреть графически на диаграммах давление-объем (PV), давление-температура (PT) и температура-энтропия (Ts)..
Существует бесконечное количество возможных путей от начальной точки до конечной точки в процессе. Однако во многих случаях путь имеет значение, изменения термодинамических свойств зависят только от начального и конечного состояний, а не от пути.
фигура 1Рассмотрим газ в цилиндре со свободно плавающим поршнем, находящимся наверху объема газа V 1 при температуре T 1. Если газ нагревается так, что температура газа поднимается до T 2, в то время как поршню позволяют подняться до V 2, как показано на рисунке 1, то давление в этом процессе остается неизменным из-за того, что поршень может свободно перемещаться. чтобы подняться, делая процесс изобарическим процессом или процессом постоянного давления. Этот технологический путь представляет собой прямую горизонтальную линию от состояния один до состояния два на фотоэлектрической диаграмме.
фигура 2Часто бывает полезно подсчитать работу, проделанную в процессе. Работа, выполняемая в процессе, - это область под процессом на фотоэлектрической диаграмме. Рис. 2 Если процесс изобарический, то работу, проделанную над поршнем, легко рассчитать. Например, если газ медленно расширяется по направлению к поршню, работа, выполняемая газом для подъема поршня, равна силе F, умноженной на расстояние d. Но сила - это просто давление P газа, умноженное на площадь A поршня, F = PA. Таким образом
Теперь предположим, что поршень не мог плавно перемещаться внутри цилиндра из-за статического трения о стенки цилиндра. Предположив, что температура повышалась медленно, вы обнаружите, что путь процесса не является прямым и больше не изобарическим, а вместо этого будет проходить изометрический процесс до тех пор, пока сила не превысит силу трения, а затем будет проходить изотермический процесс, возвращающийся к равновесию. штат. Этот процесс будет повторяться до достижения конечного состояния. См. Рисунок 3. Работа, выполняемая над поршнем в этом случае, будет иной из-за дополнительной работы, необходимой для сопротивления трению. Работа, выполненная из-за трения, будет разницей между работой, выполненной на этих двух технологических путях.
Многие инженеры сначала пренебрегают трением, чтобы построить упрощенную модель. Для получения более точной информации высота наивысшей точки или максимальное давление, превышающее статическое трение, будет пропорциональна коэффициенту трения, а наклон, возвращающийся к нормальному давлению, будет таким же, как при изотермическом процессе, если температура увеличивался достаточно медленно.
Другой путь в этом процессе - изометрический процесс. Это процесс, при котором объем поддерживается постоянным, что отображается вертикальной линией на диаграмме PV. Рис. 3 Поскольку во время этого процесса поршень не движется, никаких работ не производится.