Энтропия пара


is-диаграмма состояния воды и водяного пара

Размер: 3070х3995 пикселей

Форматы: .PDF, .JPG

Диаграмма цветная — степени сухости, температура, давление и объем выделены разными цветами, что делает работу с диаграммой очень удобной.

Большой размер позволит распечатать диаграмму на формате А3 и больше.

is-диаграмма применяется для практических расчетов процессов водяного пара. На ней теплота и энтальпия измеряются линейными отрезками.

is-диаграмма обладает рядом важных свойств: по ней можно быстро определить параметры пара и разность энтальпий в виде отрезков, наглядно изобразить адиабатный процесс, и решать другие задачи.

Так же вы можете использовать очень удобную и наглядную программу.

Описание is-диаграммы

На is-диаграмме изображены термодинамические процессы:


  • Изобарный процесс (= const) — фиолетовые линии (изобары),
  • Изотермический процесс (= const) — зеленые линии (изотермы),
  • Изохорный процесс (= const) — красные линии (изохоры).

Степень сухости и паросодержание (х) — розовые линии. Жирная розовая линия — степень сухости х=1. Все что ниже этой линии — зона влажного пара.

Подробнее о термодинамических процессах читайте в статье «Основные термодинамические процессы»

Ось «Х» — энтропия, ось «Y» — энтальпия.

i-s диаграмма

Семейство изобар в области насыщения представляет собой пучок расходящихся прямых, начинающихся на нижней и оканчивающихся на верхней пограничной кривой. Чем больше давление, тем выше лежит соответствующая изобара. Переход изобар из области влажного насыщенного в область перегретого пара происходит без перелома на верхней пограничной кривой.


В i, s-диаграмме водяного пара наносятся также линии постоянного паросодержания (x = const) и линии постоянного удельного объема (v = const). Изохоры идут несколько круче, чем изобары.

Состояние перегретого пара обычно определяется в технике давлением p и температурой t. Точка, изображающая это состояние, находится на пересечении соответствующей изобары и изотермы. Состояние влажного насыщенного пара определяется давлением p и паросодержанием x.

Точка, изображающее это состояние, определяется пересечением изобары и линии x = const.

Источник: energoworld.ru

Термодинамика, основы которой должны быть известны каждому ученику, наука занятная. Самым занятным для многих был вопрос — почему у термодинамики есть целых 2 начала и ни одного конца? Если с первыми 2 началами термодинамики особых непонятностей нет, то 3 вызывает немало споров даже в кругу ученых.

Источник изображения: coco02.net

Для 3 начала термодинамики имеется множество формулировок — автору статьи известно 9, и он полагает наиболее доступной формулировку в виде тепловой теоремы Нернста. Она гласит — "Абсолютный нуль недостижим". Однако в большинство учебников общей физики вошла иная формулировка — "Энтропия замкнутой системы нарастает".

Здесь сразу начинаются проблемы — понять, что есть энтропия реально сложно. Впервые понятие энтропии ввел германский физик Рудольф Клаузиус. С помощью этой функции он описывал возможность тепла преобразовываться в иные виды энергии. Длительное время термин «энтропия» применялся исключительно в физике, позднее он перешел и в прочие науки.

Энтропия в физике

Согласно термодинамике, всякая замкнутая система стремится достичь равновесного состояния — это значит перейти в положение, когда нет никакого излучения энергии или ее перехода из одного состояния в другое. Выйти из такого состояния невозможно и она характеризуется максимальным уровнем беспорядка. Таким образом — энтропия мера беспорядка. Чем он выше, тем больше и значение энтропии. Чем сложнее организована структура вещества, тем меньше уровень энтропии и выше вероятность ее распада.


Источник изображения: gutuka.co.ke

Например, Останкинская телевышка весьма сложная структура, она стремится к упрощению. Если за ней не смотреть и не ремонтировать, то через определенный промежуток времени конструкция телевышки развалится на составляющие части. Беспорядок сооружения, а следовательно и энтропия, увеличатся.

Еще одним способом подачи энтропии в физике является ее определение, как разность между идеальным процессом, описываемым формулами, и процессом реальным. Чтобы не усложнять статью рассмотрим это явление на простом примере.

Человек ставит свой мобильный телефон на зарядку. Идеальным будет вариант, когда вся полученная электрическая энергия перейдет в химическую энергию аккумулятора, который затем снова будет преобразовывать ее в электроэнергию необходимую для питания сотового. На самом деле, все далеко не так — часть энергии полученной из электросети необратимо тратится на нагрев блока питания, проводов и самого аккумулятора. В этом несложно убедиться, прикоснувшись к блоку питания или телефону в процессе подзарядки — они будут теплые. Энергия, преобразовавшаяся в тепло, и есть в данной ситуации энтропия.


Самые распространенные формулировки энтропии в физике

Многие известные физики пытались доступным для простых людей объяснить понятие энтропии. Выделим 3 наиболее известные формулировки объяснения.

Утверждение Клаузиуса

Нагрев тела с более высокой температурой невозможен посредством тела с более низкой температурой.

Источник изображения:pixabay.com

На примере это выглядит так — поставить чайник с водой на кусок льда можно (априори температура воды выше температуры льда), но дождаться, что вода закипит не получится. Хотя первые 2 начала термодинамики не отрицают подобной возможности.

Формулировка Томсона

В замкнутой системе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы работа, совершаемая за счет тепловой энергии полученной от какого-либо тела.


Подобный вариант формулировки означает, что вечный двигатель построить в принципе невозможно.

Утверждение Больцмана

Уменьшение энтропии в замкнутой системе невозможно.

Эта формулировка вызывает множество споров, хотя интуитивно все понятно. В заброшенном жилище будет нарастать хаос — осядет пыль, некоторые вещи развалятся. Навести порядок можно, но только приложив внешнюю энергию, то есть работу уборщика.

Проблема в том, что Вселенная в современных представлениях является замкнутой системой. Образовалась она где-то 14-15 миллиардов лет назад. За это время ее энтропия привела бы к тому, что галактики распались, звезды погасли и никаких новых звезд не появилось бы в принципе. А ведь нашему Солнцу не больше 5 миллиардов лет, да и Вселенная в целом не пришла в состояние хаоса.

Источник изображения: pikby.com

Следовательно, Вселенная получает подпитку энергией извне. Вот только откуда?

<.
re>

Многие химические процессы являются необратимыми и происходят с выбросом энергии. Например взрыв при сотрясении нитроглицерина никого не удивляет — это и есть химическая реакция сопровождаемая резким увеличением энтропии.

Экономика и энтропия

Специалистам в экономике известно понятие коэффициент энтропии. Этот коэффициент показывает изменение уровня концентрации рынка и возможность появления монополий. С ростом этого показателя вероятность захвата рынка монополистами снижается. Этот коэффициент помогает определить выгоды монопольной деятельности в том или ином сегменте рынка.

Энтропия и социология

Под энтропией в социологии полагают информационную неопределенность, которая характеризуется отклонением системы (социума), или ее частей (звеньев), от идеального (эталонного) состояния.

Источник изображения: istockphoto.com

Пример можно взять следующий — некая организация занимается проверкой деятельности других организаций. За проверкой следует составление отчета. Если руководство требует очень подробные отчеты, то наступает момент, когда почти все время сотрудников уходит на составление этих самых отчетов. Время расходуемое на основную деятельность сотрудников (собственно проверки) становится недопустимо малым. Это положение характеризуется высоким состоянием информационной неопределенности (энтропии). Руководство в такой ситуации обязано принять меры по упрощению отчетности.

Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

Источник: zen.yandex.ru

Энтропия – состояние текущего времени

Энтропия в какой-то мере является показателем качества, недостатка или достатка энергии. В частности, энтропия показывает, насколько эффективно энергия распространяется от высокотемпературного источника с охватом области, где более низкий уровень температуры.


Этот эффект распространения заставил исследовательские круги охарактеризовать энтропию «стрелкой времени». Если энтропия системы вычисляется при двух разных условиях, тогда условие, при котором энтропия увеличивается, происходит в более позднее время. Увеличение энтропии в системе в целом, всегда проходит в том же направлении, что и течение времени.

Химический эффект энтропии
Обобщённое представление процесса с химической точки зрения: 1 — кристаллическое твёрдое вещество; 2 — жидкое состояние; 3 — газообразное состояние; 4 — возрастающая энтропия

Подобные явления непроизвольно напрашиваются на философскую тему. Однако эти явления не дают помощи для вычислений фактических значений.

Поэтому практическим подходом считают определение энтропии как энергии, которая добавляется в систему или удаляется из системы. Это значение энергии делят на среднюю абсолютную температуру, относительно которой происходит изменение.

Примеры для лучшего понятия


Чтобы лучше понять, как энтропия проявляется на практике, логично рассмотреть простой термодинамический процесс с чайной чашкой, которая была заполнена некоторым количеством воды из чайника, только что снятого с плиты.

Наполненная водой чашка содержит 200 кДж тепловой энергии при 100°C (373ºK). При этом температура воздуха, окружающего заполненную кипятком ёмкость, составляет 20°C. Количество тепла, что останется в конце процесса, составит 40 кДж.

Эффект распространения энтропии
Эффект транспорта теплообмена с передачей от теплого к холодному: Т1 — среда с более высокой температурой; Т2 — среда с более низкой температурой; Q — тепло; Т — температура

Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда перетекает от горячего тела к более холодному. Для взятого примера, если ёмкость с водой простоит некоторое время, жидкость охладится до той же температуры, что имеет окружающий воздух. Каковы же будут изменения значений энтропии для общего процесса?

Расчёты энтропии для ёмкости с водой

Начальная энтальпия (теплосодержание) чайной чашки = 200 кДж.

Начальная температура воды = 100ºС.

Конечная температура источника тепла = 20ºС.

Средняя абсолютная температура наполненной чаши: Тср = 100 + 20 / 2 = 60ºС (333ºК).

Конечная энтальпия содержимого составит 40 кДж.

Расчёт энтальпии, передаваемой нагретой ёмкостью окружающей среде: 200 – 40 = 160 кДж.

Отсюда энтропия, передаваемая источником тепла окружающей среде, может быть вычислена как значение изменения энтальпии, разделённое на среднюю абсолютную температуру (Тср) в градусах Кельвина: 160 / 333 = — 0,48 кДж/К.

Поскольку имеют место потери тепла в источнике, соответственно изменение энтропии проходит отрицательным значением.

Расчёты энтропии для окружающего воздуха

Начальная температура окружающего воздуха = 20ºС.

В конце процесса теплообмена вода чайной чашки потеряет 160 кДж тепла, тогда как окружающий воздух получит эти 160 кДж. Однако по причине значительного объёма окружающего воздуха, температура атмосферы изменится незначительно.

Энтальпия (теплосодержание), передаваемая водой окружающей среде, имеет в этом эксперименте значение 160 кДж.

Средняя абсолютная температура (Тср) составляет 20ºС или 293ºК.

Отсюда несложно сделать расчёт энтропии окружающего воздуха: 160 / 293 = 0,546 кДж.

Поскольку здесь отмечается восприятие тепла окружающим воздухом, соответственно изменение энтропии имеет положительную тенденцию. Опираясь на этот пример, можно представлять производственные процессы.

В производственном теплообменнике, где, к примеру, используется насыщенный пар на первичной стороне при нагреве воды от 20°C до 60°C, на вторичной стороне пар будет конденсироваться, утрачивая собственное тепло.

Этот процесс наглядно показывает I-s диаграмма зависимости от Рихарда Молье, где точка состояния пара перемещается влево от её начального положения.

Будучи в условиях устойчивого состояния, сухой насыщенный пар конденсируется при постоянном давлении, а точка состояния пара движется вниз по линии постоянного давления.

Энтропия по диаграмме Мюллера
Диаграмма Рихарда Молье — полученная немецким тепло-техником из города Дрезден (Германия). Впервые эта диаграмма использовалась для расчётов в 1904 году

Конечно, простым примером с водой в чашке, отдаваемой тепло окружающей среде, невозможно показать все тонкости эффекта энтропии. Тем не менее, этот пример вполне доходчиво разъясняет само понятие.

Всё остальное воспринимается полным циклом уже непосредственно на практике, когда приходится сталкиваться с термодинамическими процессами, протекающими в разных условиях.

Физические величины в помощь к расчётам

Таблица: Относительная плотность и удельная теплоемкость некоторых твердых материалов

Таблица: Удельная теплоемкость газов и паров

Открытия молодости и беспорядок Вселенной

Источник: zetsila.ru

Источник: www.chem21.info


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.