Avainero – syklinen vs. käännettävä prosessi
Syklinen prosessi ja palautuva prosessi liittyvät järjestelmän alku- ja lopputilaan työn valmistumisen jälkeen. Järjestelmän alku- ja lopputila vaikuttavat kuitenkin näihin prosesseihin kahdella eri tavalla. Esimerkiksi syklisessä prosessissa alku- ja lopputila ovat identtiset prosessin päättymisen jälkeen, mutta palautuvassa prosessissa prosessi voidaan kääntää päinvastaiseksi saadakseen sen alkutilan. Siten syklistä prosessia voidaan pitää palautuvana prosessina. Mutta palautuva prosessi ei välttämättä ole syklinen prosessi, se on vain prosessi, joka voidaan kääntää. Tämä on avainero syklisen ja palautuvan prosessin välillä.
Mikä on syklinen prosessi?
Syklinen prosessi on prosessi, jossa järjestelmä palaa samaan termodynaamiseen tilaan kuin se alkoi. Kokonaisentalpian muutos syklisessä prosessissa on yhtä suuri kuin nolla, koska lopullisessa ja alkuperäisessä termodynaamisessa tilassa ei ole muutosta. Toisin sanoen sisäinen energian muutos syklisessä prosessissa on myös nolla. Koska kun järjestelmä käy läpi syklisen prosessin, alku- ja lopullinen sisäinen energiataso ovat samat. Järjestelmän syklisessä prosessissa tekemä työ on yhtä suuri kuin järjestelmän absorboima lämpö.
Mikä on palautuva prosessi?
Käännettävä prosessi on prosessi, joka voidaan kääntää alkutilaansa, vaikka prosessi on suoritettu loppuun. Tämän prosessin aikana järjestelmä on termodynaamisessa tasapainossa ympäristönsä kanssa. Siksi se ei lisää järjestelmän tai ympäristön entropiaa. Käännettävä prosessi voidaan tehdä, jos kokonaislämmön ja kokonaistyön vaihto järjestelmän ja ympäristön välillä on nolla. Tämä ei ole luonnossa käytännössä mahdollista. Sitä voidaan pitää hypoteettisena prosessina. Koska on todella vaikeaa saavuttaa palautuvaa prosessia.
Mitä eroa on syklisellä ja käänteisellä prosessilla?
Määritelmä:
Syklinen prosessi: Prosessin sanotaan olevan syklinen, jos järjestelmän alkutila ja lopputila ovat identtiset prosessin suorittamisen jälkeen.
Käännettävä prosessi: Prosessin sanotaan olevan palautuva, jos järjestelmä voidaan palauttaa alkuperäiseen tilaan prosessin päätyttyä. Tämä tehdään tekemällä äärettömän pieni muutos johonkin järjestelmän ominaisuuteen.
Esimerkkejä:
Syklinen prosessi: Seuraavia esimerkkejä voidaan pitää syklisinä prosesseina.
- Laajentuminen vakiolämpötilassa (T).
- Lämmön poisto vakiotilavuudella (V).
- Puristus vakiolämpötilassa (T).
- Lämmön lisääminen vakiotilavuudella (V).
Käännettävä prosessi: Käännettävät prosessit ovat ihanteellisia prosesseja, joita ei voida koskaan saavuttaa käytännössä. Mutta on joitain todellisia prosesseja, joita voidaan pitää hyvinä likiarvoina.
Esimerkki: Carnot'n sykli (teoreettinen käsite, jonka Nicolas Léonard Sadi Carnot ehdotti vuonna 1824.
Oletukset:
- Sylinterissä liikkuva mäntä ei aiheuta kitkaa liikkeen aikana.
- Männän ja sylinterin seinämät ovat täydellisiä lämmöneristeitä.
- Lämmön siirtyminen ei vaikuta lähteen tai nielun lämpötilaan.
- Työneste on ihanteellinen kaasu.
- Pakkaus ja laajennus ovat palautuvia.
Ominaisuudet:
Syklinen prosessi: Kaasulle tehty työ on yhtä suuri kuin kaasun tekemä työ. Lisäksi järjestelmän sisäinen energia ja entalpian muutos on nolla syklisessä prosessissa.
Kääntyvä prosessi: Kääntyvän prosessin aikana järjestelmät ovat termodynaamisessa tasapainossa keskenään. Tätä varten prosessin tulisi tapahtua äärettömän pienessä ajassa ja järjestelmän lämpöpitoisuus pysyy vakiona prosessin aikana. Siksi järjestelmän entropia pysyy vakiona.
