منو
 کاربر Online
1387 کاربر online
 : فیزیک
برای پاسخ دادن به این ارسال باید از صفحه قبلی اقدام کنید.   کاربر offline دبیر گروه فیزیک 3 ستاره ها ارسال ها: 2228   در :  چهارشنبه 14 مرداد 1388 [07:05 ]
  جهت‌ فرايندهاي ترموديناميكي
 

جهت‌ فرايندهاي ترموديناميكي
بسياري از فرايندهاي ترموديناميكي به طور طبيعي در يك جهت انجام مي‌شوند اما در جهت مخالف انجام نمي‌گيرند. براي مثال ، گرما همواره از جسم گرم به جسم سردتر شارش مي‌كند و هرگز در جهت مخالف آن صورت نمي‌گيرد. شارش گرما از جسم سرد به سوي جسم گرم قانون اول ترموديناميك را نقض نمي‌كند ؛ زيرا در اين حالت انرژي پايسته مي‌ماند. اما اين عمل در طبيعت انجام نمي‌گيرد؟ چرا نه؟ به عنوان مثالي ديگر ، توجه كنيد كه تبديل كامل انرژي مكانيكي به گرما آسان است ، و اين عمل هر وقت از ترمز اتومبيل براي متوقف كردن آن استفاده كنيم صورت مي‌پذيرد. در جهت عكس ، وسايل بسيار زيادي وجود دارند كه گرما را به طور مختصر به انرژي مكانيكي تبديل مي‌كنند.

(موتور اتومبيل يك نمونه‌ي آن است). ولي حتي باهوش‌ترين مخترعان هيچ وقت در ساختن ماشيني كه گرما را به طور كامل به انرژي مكانيكي تبديل كند موفق نبوده‌اند. بار ديگر ، چرا نه؟

پاسخ اين پرسش به جهت‌هاي فرايندهاي ترموديناميكي مربوط است و قانون دوم ترموديناميك ناميده مي‌شود. اين قانون در كارايي يك موتور يا يك نيروگاه محدوديت‌هاي اساسي ايجاد مي‌كند. اين قانون همچنين محدوديت‌هايي در كم‌ترين انرژي ورودي لازم براي به راه انداختن يك يخچال به وجود مي‌آورد. از اين رو قانون دوم با بسياري از مسائل عملي مهم ارتباط مستقيم دارد.
قانون دوم را مي‌توان برحسب مفهوم انتروپي نيز بيان كرد ، كه معياري كمي از درجه‌‌ي بي‌نظمي يا كاتوره‌ي بودن دستگاه است. انگاره‌ي (ايده‌ي) انتروپي كمك مي‌كند تا شرح دهيم كه چرا جوهر آميخته شده با آب هيچ وقت خودبه‌خود از آن جدا نمي‌شود و چرا ما هرگز بعضي فرايندهاي به ظاهر ممكن را مشاهده نمي‌كنيم.

فرايندهاي ترموديناميكي كه در طبيعت رخ مي‌دهند همگي فرايندهاي برگشت ناپذير هستند. اين‌ها فرايندهايي هستند كه كه خودبه‌خود در يك جهت روي مي‌دهند نه در جهت ديگر . شارش گرما از جسم گرم به جسم سردتر ، همانند انبساط گاز برگشت‌ناپذير است.

لغزاندن يك كتاب روي ميز انرژي مكانيكي را به گرماي اصطكاك تبديل مي‌كند ، اين فرايند برگشت‌نا‌پذير است زيرا تاكنون كسي فرايند عكس را مشاهده نكرده است (فرايندهاي كه در آن كتابي كه در ابتدا روي ميز ساكن است خودبه‌خود شروع به حركت كند و ميز و كتاب خنك شوند). موضوع اصلي ما در قانون دوم ترموديناميك است ، كه براي چنين فرايندهايي جهت برتر را مشخص مي‌كند.
به رغم اين جهتبرتر براي هر فرايند طبيعي ، مي‌توان دسته فرايندهاي آرماني‌اي را در نظر گرفت كه برگشت‌پذير باشند. دستگاهي كه در آن چنين فرايندهاي برگشت‌پذير آرماني رخ دهند ، همواره با خود و محيط مجاورش خيلي نزديك به تعادل ترموديناميكي است. هر تغيير حالتي كه رخ دهد را بعداً مي‌توان فقط با تغيير بي‌نهايت كوچكي در شرايط دستگاه معكوس كرد (به طوري كه در جهت ديگر سير كند).

مثلاً ، مي‌توان شارش گرما بين دو جسمي را كه دماي آن‌ها فقط بي‌نهايت كم تفاوت دارند با تغيير بسيار كوچك در دماي يكي يا ديگري معكوس كرد .

از اين رو فرايندهاي تعادل برگشت‌پذيرند ، و دستگاه همواره در تعادل ترموديناميكي است. البته ، اگر دستگاه واقعاً در تعادل ترموديناميكي باشد ، هيچ تغيير حالتي رخ نمي‌دهد. گرما به داخل يا به خارج از دستگاهي كه در تمام مدت واقعاً دماي يكسان دارد شارش نمي‌كند ، و دستگاهي كه واقعاً در تعادل مكانيكي است منبسط نمي‌شود و كاري در مقابل محيطش انجام نمي‌دهد. فرايند برگشت‌پذير فرايند آرماني‌اي است كه هرگز نمي‌تواند كاملاً در دنياي واقعي روي دهد. ولي با تغيير بسيار كوچك ميزان دما و فشار در يك ماده مي‌توان دستگاه را خيلي نزديك به حالت‌هاي تعادل نگه داشت و فرايند را نزديك برگشت‌پذير انجام داد. به همين دليل است كه فرايند برگشت‌پذير را فرايند شبه ـ تعادل مي‌ناميم.

برعكس ، شارش گرما با اختلاف دماي معين ، مثل انبساط آزاد يك گاز ، و تبديل كار به گرما بر اثر اصطكاك همه فرايندهاي برگشت‌ناپذير هستند ، و تغيير كوچك در شرايط هيچ كدام را وادار نمي‌كند كه در جهت ديگر پيش برود. همه‌ي آن‌ها نيز فرايندهاي غير تعادلي هستند ، و در آن‌ها دستگاه در هيچ نقطه‌اي تا انتهاي فرايند در تعادل ترموديناميكي نيست.

  امتیاز: 0.00