توجه - شما پس از دانلود فایل به فروش گذاشته شده یک فایل text که حاوی لینک فایل فایل در گوگل درایور می باشد را دانلود خواهید کرد
حجم جزوه 72 مگابایت می باشد
هدیه : همراه لینک این جزوه - لینک دانلود pdf خلاصه ی جزوه نیز که به صورت دستنویس ولی بدخط تر می باشد را نیز دریافت خواهید کرد
قانون دوم ترمودینامیک متضمن این مفهوم است که یک فرایند فقط در یک جهت معین پیش می رود و در جهت خلاف آن قابل وقوع نیست. این محدودیت برای جهت وقوع یک فرایند, مختصه قانون دوم است.اگرسیکلی متناقض با قانون اول ترمودینامیک نباشد,دلیلی براین نیست که آن سیکل حتماً اتفاق می افتد. همین امر منجر به تنظیم قانون دوم ترمودینامیک شده است. دو بیان کلاسیک از قانون دوم ترمودینامیک وجود دارد که هر دو بیانگر یک مفهوم اساسی هستند: بیان کلوین- پلانک و بیان کلازیوس ,بیان کلوین- پلانک بر پایه توضیح عملکرد موتورهای حرارتی است وبیان می دارد که غیرممکن است وسیله ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند و در عین حال که با یک مخزن تبادل حرارت دارد اثری بجز صعود وزنه داشته باشد. این بیان از قانون دوم ترمودینامیک در بر گیرنده این مضمون است که غیر ممکن است که یک موتور حرارتی مقدار مشخصی حرارت را از جسم درجه حرارت بالا دریافت کند و همان مقدار نیز کار انجام دهد. بیان کلازیوس نیز یک بیان منفی است و اعلام می دارد که غیر ممکن است وسیله ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند و تنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سردتر به جسم گرمتر باشد. این بیان بر پایه توضیح عملکرد پمپ های حرارتی می باشد و دربرگیرنده این مفهوم است که نمی توان یخچالی ساخت که بدون کار ورودی عمل کند. هر دو بیان کلاسیک از قانون دوم ترمودینامیک نوعاً بیان های منفی هستند و اثبات بیان منفی ناممکن است. درباره قانون دوم ترمودینامیک گفته می شود"هر آزمایش مربوطی که صورت گرفته به طور مستقیم یا غیرمستقیم ﻤﺆید قانون دوم بوده و هیچ آزمایشی منجر به نقض قانون دوم نشده است.
همانگونه که ذکر شد تنها گواه ما بر صحت قانون دوم ترمودینامیک آزمایشات گوناگونی است که همگی درستی این قانون را ﺘﺄیید می کنند. با این همه در ترمودینامیک کلاسیک سعی می کنند نشان دهند که اثبات معادل بودن دو بیان کلوین- پلانک و کلازیوس دلیلی بر صحت قانون دوم ترمودینامیک است. در حالیکه این امر درستی قانون دوم را اثبات نمی کند. در اثبات اینکه دو بیان فوق الذکر معادل یکدیگرند از یک مدل منطقی بهره جسته می شود که می گوید: " دو بیان, معادل هستند اگر صحت هر بیان منجر به صحت بیان دیگر گردد و اگر نقض هر بیان باعث نقض بیان دیگر شود." در ترمودینامیک کلاسیک ,برای اثبات معادل بودن دو بیان کلوین- پلانک و کلازیوس نشان داده می شود که نقض بیان کلازیوس منجر به نقض بیان کلوین- پلانک می شود. وسیله ناقض بیان کلازیوس یک پمپ حرارتی است که نیازی به کار ندارد. به دلیل اینکه انتقال حرارت خالص با منبع درجه حرارت پایین وجود ندارد پس پمپ حرارتی و موتور حرارتی و منبع درجه حرارت بالا مشتمل بر یک سیکل ترمودینامیکی است اما فقط با یک مخزن تبادل حرارت دارد بنابراین نتیجه می شود کهناقضبیان کلوین- پلانک می باشد. و گفته می شود تساوی کامل این دو بیان هنگامی اثبات می شود که نقض بیان کلوین- پلانک نیز موجب نقض بیان کلازیوس بشود. با این وصف باید بپذیریم که دو بیان فوق, منتج از یکدیگر هستند. " در اثبات معادل بودن چند گزاره اگر عبارتی بصورت B ↔A بیان شده باشد آنگاه B نتیجه A است و A هم نتیجه B, بعبارت دیگر AوB معادل یکدیگر هستند, بالعکس اگر A وBمعادل یکدیگرباشند,هریک از آنها نتیجه دیگری است."معادل بودن دو بیان کلوین- پلانک و کلازیوس را می توان با استفاده از قانون لایب نیتس نشان داد که می گوید: اگر Aو Bیکسان و همانند باشند باید تمام ویژگی ها و خاصه های آنها نیز یکسان باشد.از اصل لایب نیتسگاهی به عنوان اصل نامتمایز بودن همانها indescernibility ofidenticals یاد می شود.در واقع این اصل منطقی بیان می دارد که " اگر یک ویژگی یافت شود که A آن را داراست اما B فاقد آن است بنابراین A وBموجودیتهای مجزایی خواهند بود." دو بیان کلازیوس و کلوین- پلانک معادل یکدیگرند زیرا که هر دو متضمن این ویژگی هستند که ساخت یک ماشین حرکت دائمی Perpetualmovementmachine ممکن نمی باشد. روشهای اثبات منطقی در بسیاری از قضایای ترمودینامیک بر پایهء آزمایشهای ذهنی می باشد. نظیر اثبات قضایای کارایی سیکل کارنو که در آن نخست فرضی را مطرح کرده و سپس نشان داده می شود که آن فرض به نتایج غیرممکن می انجامد و چون روش استدلال در این آزمایش ذهنی نوعاً درست بوده تنها حالت ممکن این است که فرض اولیه نادرست باشد.
نامساوی کلازیوس وقانون دوم ترمودینامیک
اغلب گفته می شود که نامساوی کلازیوس لازمه قانون دوم ترمودینامیک است. نامساوی کلازیوس را با بررسی سیکل موتور حرارتی و یخچال اثبات می کنند. اما با التفات به اثبات نامساوی کلازیوس باید بپرسیم که چگونه نامساوی کلازیوس لازمه قانون دوم است در حالیکه طی مراحل آن از قانون دوم مستثنی نیست و در روند اثبات آن مدام به قانون دوم استناد می شود؟در اینجا نامساوی کلازیوس,صحت خود را از درستی ازپیش معلوم فرض شدهء قانون دوم وام می گیرد"هر دلیلی که در دفاع از فرضیه ای اقامه می کنیم باید غیر از نتیجه و مستقل از آن باشد. اگر تنها گواه صدق ما خود نتیجه باشد استنتاج مشتمل بر دور و لذا کاملاً نارضایت بخش خواهد بود." گواه صدق نامساوی کلازیوس نیز قانون دوم است بنابراین نامساوی کلازیوس نمی تواند لازمه قانون دوم ترمودینامیک باشد.
نتایج فلسفی قانون دوم ترمودینامیک
همانطور که قانون اول ترمودینامیک منجر به تنظیم خاصیتی به نام انرژی شد قانون دوم ترمودینامیک به ابداع مفهوم مجردی به نام آنتروپی(Entropy) می انجامد. این قانون ازاهمیت فلسفی فوق العاده ای برخورداراست و همیشه نظریات و مباحثات گوناگونی پیرامون آن در گرفته است. قانون دوم را عده ای به عنوان دلیلی بر وجود خدا بسیار با ارزش تلقی کرده اند(خدایی که جهان را در حالت کمترین آنتروپی آفرید و از آن پس جهان مدام از این حالت دورتر می شود و رو به تباهی می رود).اما برعکس عده ای هم آنرا به دلیل ناسازگاری با ماتریالیسم دیالکتیک ونفی کمال پذیری وضعیت انسان مردود دانسته اند.آنتروپی معیاری برای بی نظمی یک سیستم است. هرقدر نظم ساختاری و عملکردییک سیستم کمتر باشد گفته می شود آنتروپی آن بیشتر است. طبق قانون دوم ترمودینامیک هر فعالیت طبیعی موجب افزایش آنتروپی می شود و جهت و گرایش طبیعت نیز به سوی بی نظمی است. "اوراق منظمی که پشت سر هم چیده شده اند یا کتابهایی که بطور مرتب در قفسهء کتابخانه قرار دارند ,اگر کوششی در جهت برقراری نظم آنها انجام نگیرد و مثلاً اهمیتی داده نشود تا هر کتاب برداشته شده باز به جای اولیه اش برگردانده شود بی نظمی یا به عبارتی آنتروپی آن روز به روز بیشتر خواهد شد". شاید به نظر برسد که در طبیعت فرایندهایی هم هست که در آنها از یک حالت بی نظم به یک حالت منظم برسیم. مثلا فرایند ساختن ساختمان عبارتست از نظم دادن به مقداری آجر خاکسیمان و آهن پراکنده و بی نظم واین طور برداشت شود که چنین فرایندهایی در جهت افزایش نظم و به تبع آن کاهش آنتروپی پیش می رود. اما باید گفت که قانون دوم ترمودینامیک یک سیستم را مجزا از محیط در نظر نمی گیرد. آنچه افزایش می یابد آنتروپی کل است شامل محیط و سیستم. ممکن است در بخشهایی از سیستم شاهد کاهش آنتروپی ودر نتیجه افزایش نظم باشیم اما بی تردید در جایی دیگر با افزایش بیشتری در میزان بی نظمی روبرو خواهیم بود. "می توان نشان داد که تمرکز نظم در یک نقطه به قیمت افزایش بی نظمی در نقطه ای دیگر است.آنچه از تئوری و آزمایشات بر می آیند نشان می دهند که در کل هر سیستم مقدار افزایش بی نظمی بیشتر از کاهش آن است و از این رو مجموعاً در هر فرایندی مقدار بی نظمی(آنتروپی) زیاد می گردد." در یک تحلیل آماری می توان به این نتیجه رسید که همواره تعداد حالات بی نظم یک سیستم بسیار پرشمارتر از حالات منظم آن هستند. "تکه های یک عکس را درون یک جعبه در نظر بگیرید. این تکه ها در یک و تنها یک آرایش تصویری کامل می سازند. از سویی دیگر آرایش های بسیار زیادی هستند که تصویر چیزی را درست نمی کنند و تکه های عکس در حالت بی نظمی به سر می برند. هر چه جعبه را بیشتر تکان بدهیم تعداد آرایش های درهم و برهم که بیانگر هیچ تصویری نباشند بیشتر می گردد. از دیدگاه آماری احتمال اینکه یک فرایند در جهتکاهش آنتروپی پیش رود صفر نیست. به بیان دیگر امکان بروز چنین حالتی به قدری کم است که گویی غیر ممکن است. اما نمی توان صراحتاً گفت که هیچ امکانی برای آن متصور نیست. جعبه ای را که حاوی یک گاز و در تعادل ترمودینامیکی است در نظر می گیریم. طبق تعریف, گاز موجود در جعبه حداکثر آنتروپی ممکن را خواهد داشت. نظر به اینکه همه مولکولها به طور مداوم در حرکتند احتمال اینکه مولکولهای هوا به شکل خاصی قرار بگیرند و مثلا همه در یک گوشه جعبه متمرکز شوند وجود دارد ولی این احتمال فوق العاده کم است. یعنی از میلیارد میلیارد حالتی که این مولکول ها می توانند داشته باشند تنها یک حالت ممکن است آن حالت منظم مورد نظر ما باشد که آنتروپی کمتری دارداحتمال چنین اتفاقی تقریباً صفر است. واقعیت این استکه از نظر ریاضی این امکان وجود دارد که چنان آرایش منظمی اتفاق بیفتد ولی احتمال آن فوق العاده کوچک است.
افزایش بی نظمی و مرگ حرارتی(Heat death)
یکی از تعابیری که با اعمال قانون دوم ترمودینامیک به کل جهان به دست می آید این است که جهان در آغاز پیدایش, آنتروپی مشخصی داشته است ولی مقدار آن رفته رفته افزایش پیدا کرده است.این افزایش آنتروپی تا جایی ادامه پیدا می کند که جهان به حالت تعادل ترمودینامیکی برسد. آنگاه از فعالیت باز خواهد ماند و هیچ اتفاقی در آن به وقوع نخواهد پیوست و به اصطلاح خواهد مرد. این فرایند به مرگ حرارتی (Heat death) جهان معروف است. چنین استدلال می شود که "با فرض اینکه جهان در آغاز خلقت در یکحالت کاملاً نامنظم و هرج و مرج کامل و تعادل ترمودینامیکی بوده باشد احتمال اینکه به طور اتفاقی یک جهان منظم ایجاد شده باشد فوق العاده کم است. پس باید خالقی باشد که علاوه بر خلق همان جهان نامنظم آغازین, یکی از میلیاردها میلیارد حالت را برگزیند تا جهانی منظم مانند آنچه ما شاهدش هستیم به وجود آید." نظریات مخالفی هم وجود دارد که بیان می دارند جهان می توانست در یک مدت طولانی در حالت تعادل ترمودینامیکی باقی بماند. در چنان وضعیتی بالاخره لحظه ای می رسید که در گوشه ای به طور اتفاقی نظم به وجود بیاید. "اگرمدت ماندن جهان در حالت تعادل ترمودینامیکی واقعاً بلند باشد احتمال آن افزایش می یابد. خصوصاً اگر جهان را ازلی بدانیم دیگرمشکلی ازنظر زمان طولانی نخواهیم داشت. یکی از مشهورترین افرادی که وجود خالقی برای نظم دادن را لازم نمی بیند فیزیکدان مشهور آلمانی بولتزمن(boltzmann) است."جهت افزایش بی نظمی به بیانی همان پیکان زمان است که فقط در یک سو جریان دارد. یعنی تغییرحالت سیستم از یک حالت کم احتمال به یک حالت پر احتمال.دیدگاههایی که به پایان جهان در حالت تعادل ترمودینامیکی و بی نظمی حداکثر معتقدند ابراز می دارند که چون جهان به سوی بی نظمی و هرج و مرج می رود و مقدار بی نظمی آن روز به روز افزایش می یابد پس به همین دلیل می توان پیش بینی کرد که جهان هستی روزی به یک مقدار ماکزیمم در بی نظمی رسیده و فرو می پاشد.این تعبیر طرفداران بی شماری دارد زیرا پیش بینی فرجام محتوم جهان خلقت در حالت مرگ و زوال مستلزم این است که جهانهستی, ازلی و بی آغاز نبوده بنابراین آغاز و آفرینشی در کار بوده و بدین ترتیب از این امر, وجود خدا را استنتاج می کنند. در اینجا لازم است پدیدهء مرگ و زوال از دیدگاه ترمودینامیکی تبیین شود."از جمله تواناییهای جالب تمام موجودات زنده خودساختاردهی است. بدین معنی که ما برای ادامه زندگی, مدام به نظم دادن به ساختارهای بی نظم خود می پردازیم"البته این فرایند مستلزم صرف انرژی و در نتیجه افزایش ناخواسته آنتروپی و میزان بی نظمی ساختارمان است. موجودات زنده برای زنده ماندن به تغذیه و تنفس نیاز دارند. "مواد غذایی ساختاری پیچیده و منظم دارند و آنتروپی آنها پایین است. هر سیستمی که آنتروپی پایینی داشته باشدانرژی متمرکز یا مفید بیشتری دارد و لذا انرژی مفید مواد غذایی بالاست.و این مهمترین مشخصه آنهاست. بنابراین تغذیه و تنفس برای یک موجود زنده عبارتست از وارد کردن مواد کم آنتروپی به بدن و در نهایت پایین آوردن آنتروپی کل و طولانی کردن عمر" از این رو زمانی که موجود زنده ای در ارتباط با محیط نباشد زمان زیادی طول نمی کشد که کلیه حرکاتش تحت ﺘﺄثیر اصطکاک و سایر عوامل برگشت ناپذیری که به افزایش آنتروپی می انجامند متوقف شده توزیع دما در سرتاسر بدن موجود زنده یکنواخت گردد و در ادامه موجود زنده به یک تعادل ترمودینامیکی برسد که مرگ خوانده می شود. ما برای ادامه دادن به حیات خود, سعی می کنیم سرعت رسیدن به تعادل ترمودینامیکی را کندتر کنیم و اجازه ندهیم تا آنتروپی و بی نظمی بدن مانبه مقدار ماکزیمم خود برسد.اما همواره مقدار انرژی مصرفی بدن موجود زنده, بیشتر از انرژی کسب شده آن است و در نتیجه بی نظمی یک سیستم زنده بی تردید به یک مقدار حداکثری می رسد. مانند تمام رویدادهای طبیعت که با افزایش آنتروپی همراهند, آنتروپی موجود زنده نیز به دلیل خود ساختاردهی (که برای کند کردن روند رسیدن به تعادل صورت می گیرد)
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 9 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:24
فهرست مطالب:
مقدمه .....................................................................................................................................................1
هدف و دامنه ی کاربرد ......................................................................................................................2
مخازن تمام فلزی ( نوع اول CNG ) ...........................................................................................5
مخازن کمر پیچ (نوع دوم ………………….……………( CNG – 2) 7
الیاف :......................................................................................................................................................8
مخازن تمام پیچ ( CNG – 3 ) ................................................................................. 10
مخازن تمام مرکب ( CNG – 4 ) ....................................................................................12
تحلیل تنش ها :................................................................................................................................ 12
روش های آزمون و معیارها :...........................................................................................................14
اندازه گیری ضخامت دیواره :...........................................................................................................19
آماده سازی برای آزمون قرار گرفتن در معرض سیال :.............................................................22
منابع و مآخذ ................................................................................................................................... 24
مقدمه :
لوازم مورد نیاز برای پیشرفت سریع صنعت ، تنظیم مطلوب و مساعد ساختمانی مسکونی ومالیات محیط زیست ، از دلایل گسترش سریع شبکه سوخت گیری و تأمین خودروهای گاز سوز است . توسعد بستگی مستقیم به قیمت سوخت و تشویق در به رسمیت شناختن نقش مهم خودروهای گاز سوز دارد و می توان در جهت کاهش آلایندهای خودروهای موثر باشد . مسأله مهم در این بخش ، توسط تبدیل صنعت قابل تشخیص است .
این دیدگاه که CNG یک حامل سوخت تمیز است ، موضوعی است که کمتر در مورد آن بحث می شود و تقریبا" اکثر کارشناسان بر این باورند که این نوع سوخت را می توان پاک ترین گزینه قابل اجرا در جهان کنونی داشت .
اگر چه بعد اقتصادی هم این محصول شرایطی را دارد که به راحتی توجیه پذیر اقتصادی آن قابل اصبات است ، اما در شرایطی که این نوع سوخت در حالت تعادل و برابر با نزدیک ترین سوخت جایگزین یعنی بنزین قرار داشته باشد .
* هدف و دامنه کاربرد :
حداقل الزامات مربوط به تولید پیوسته مخازن سبک و قابل پرشدن مجددSI استاندارد
گاز را مشخص می کند که فقط به منظور ذخیره ی گاز طبیعی فشرده به عنوان سوخت بر روی خودرو در نظر گرفته شده اند . این استاندارد در بر گیرنده ی مخازن گاز از جنس هر گونه فولاد ، آلمینیوم و یا مواد غیر فلزی است که هر گونه طراحی یا روش ساخت مناسب برای شرایط کاری مشخص شده را به کار گرفته اند .
مخازنی که از جنس فولاد زنگ نزن هستند و یا با استفاده از روش جوشکاری ساخته شده اند شامل این استاندارد نمی گردد . مخازن تحت پوشش این استاندارد به صورت زیر نام گذاری می شوند .
ساخته شده از فلز ( CNG – 1 - مخازن تمام فلزی ( نوع اول)
ساخته شده از لایه های داخلی فلزی که با( CNG – 2 -مخازن کمر پیچ ( نوع دوم
رشته پیوسته آغشته شده با رزین تقویت شده و تنها قسمت استوانه ای مخزن پیچید شده است .
ساخته شده از لایه فلزی که با رشته پیوسته( CNG -3 نوع سوم - مخازن تمام پیچ (
آغشته شده با رزین تقویت شده و به صدد کامل پیچیده شده است .
ساخته شده از لایه داخلی غیر فلزی ( CNG – 4- مخازن تمام مرکب ( نوع چهار
که با رشته آغشته شده و با رزین پیچیده شده است .
پیش از پرداختن به تشریح و توضیح انواع مخازن به اطلاعاتی در مورد مخازن می
پردازیم .
عمر کاری :
عمر کاری ایمنی مخزن باید وسیله ی سازنده و با توجه به شرایط کاری مشخص شده تعیین می شود . حداکثر عمر کاری باید 20 سال باشد . عمر کاری مخازن فلزی و مخازن با لایه داخلی فلزی بر اساس رشد ترک خودردگی ناشی از خستگی تعیین می شود . بازرسی اولتراسونیک و یا که روش های مشابه از مخازن یا لایه داخلی باید تضمین کند که عیوی بزرگتر از حداکثر اندازه مجاز وجود نداشته باشد . این روش امکان طراحی و ساخت بهینه ی مخازن سبک را برای استفاده از گاز طبیعی در خودرو فراهم می کند .
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 37 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
ترمودینامیک و انتقال حرارت
ترمودینامیک
گرما - دما و دماسنج
فشار
انبساط اجسام
گاز کامل
گرما سنجی و واحدهای آن
گرمای لازم برای تبدیل یخ به آب
تعادل آب و یخ
تعادل آب با بخار آب
فرآیندهای ترمودینامیکی
انرژی درونی
قوانین ترمودینامیک
ماشین های گرمایی
یخچال
سعدی کارنو (۱۷۹۶ - ۱۸۳۲): پدر ترمودینامیک
شروع ترمودینامیک از ساخت اولین پمپ خلأ در سال ۱۶۵۰ میلادی و توسط اتو ون جریکو (به انگلیسی: Otto von Guericke) شروع شد و ثابت کرد که نظریه ارسطو مبنی بر اینکه طبیعت از خلا متنفر است ،اشتباه است.مدتی بعد فیزیکدان و شیمی‌دان ایرلندی رابرت بویل طرز کار دستگاه جریکو را یاد گرفت و به همراه فیزیکدان انگلیسی رابرت هوک توانست اویلن پمپ هوا را در سال ۱۶۵۶ بسازد.[۴] و بین حجم و فشار رابطهذای تعریف کردند که امروزه به قانون بویل مشهور است. سپس در سال ۱۶۷۹ شریک بویل دنیس پاپین اولین bone digester را ساخت که یک ظرف دربسته با در محکم بود که در آن بخار با فشار بالا تولید می‌شد. بررسی علمی ماشین بخار توسط سعدی کارنو شروع شد به افتخار کارنو چرخه‌ای که بر اساس دو دما کار می‌کند که بالاترین بازدهی را دارد، چرخه کارنو نامیده‌اند.
علم بررسی رفتار مواد در برابر کار و انرژی (معمولاً به شکل گرما) است.
ترمودینامیک حالت تعادل سیستم را بررسی می‌کند و ارتباطی به زمان ندارد.
قوانین ترمودینامیک
قانون صفرم ترمودینامیک
قانون اول ترمودینامیک
قانون دوم ترمودینامیک
قانون سوم ترمودینامیک
قانون صفرم ترمودینامیک
قانون صفرم ترمودینامیک بیان می‌کند که اگر دو سیستم با سیستم سومی در حال تعادل گرمایی باشند، با یکدیگر در حال تعادلند.
قانون اول ترمودینامیک
در متن این مقاله یا بخش از هیچ منبعی نام برده نشده‌است. شما میتوانید با افزودن منابع بر طبق شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع، به ویکی‌پدیا کمک کنید.
قانون اول ترمودینامیک که به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید که حالت تعادل ماکروسکوپی یک سیستم با کمیتی به نام انرژی درونی (U) بیان می‌شود. انرژی درونی دارای خاصیتی است که برای یک سیستم منزوی (ایزوله) داریم:
U=مقدار ثابت
اگر به سیستم اجازهٔ برهم‌کنش با محیط داده شود، سیستم از حالت ماکروسکوپی اولیهٔ خود به حالت ماکروسکوپی دیگری منتقل می‌شود که تغییر انرژی درونی را برای این تحول (فرآیند) می‌توان به شکل زیر نشان داد:
ΔU = Q − W
که در این فرمول W، کار ماکروسکوپی انجام شده توسط سیستم در برابر نیروی خارجی و Q مقدار گرمای جذب شده توسط سیستم در طی این فرآیند است.
نمادگذاری
شمیی و فیزیک
چون در شیمی و فیزیک سیستم مورد توجه است، گرما و کاری که به سیمتم داده می‌شود مورد نظر ماست و انرژی درونی را Q+W در نظر می‌گیریم.
where
dU یک افزایش بی‌اندازه کوچک در انرژی درونی سیستم است.,
δQ یک مقدار بی‌اندازه کوچک از گرما که به سیستم افزوده می‌شود,
δW یک کار بی‌اندازه کوچک که بر روی سیستم انجام می‌شود و
δ نماد دیفرانسیل است.
قانون دوم ترمودینامیک
قانون اول ترمودینامیک تنها بیانی از تئوری کار و انرژی یا قانون بقای انرژی است. یک آونگ ساده یا یک آونگ ایده‌آل برای همیشه به نوسان ادامه می‌دهد. فیلمی از یک آونگ که به جلو و عقب نوسان می‌کند را در نظر بگیرید. اگر ما فیلم را برعکس نشان بدهیم، نخواهیم توانست آن را از حالت عادی تشخیص بدهیم.
اما برداری (نشانگری) برای زمان وجود دارد. دامنهٔ نوسان آونگ به تدریج کوجکتر می‌شود. اگر توپی را از ارتفاع خاصی رها کنید، در هر بار برخورد توپ با زمین، کمتر از دفعهٔ قبل بالا خواهد آمد. فیلمی از این توپ در دنیای واقعی، هنگام پخش برعکس، متفاوت دیده خواهدشد. قطعات یخ در داخل فنجان چای ذوب می‌شوند در حالی که چای سردتر می‌شود.
هیچ تناقضی با قانون اول ترمودینامیک نخواهد داشت اگر ما ببینیم که در داخل یک فنجان چای قطعات یخ تشکیل شده و چای گرمتر شود. این با قانون بقای انرژی سازگار است اما «ما هیچگاه چنین چیزی را نمی‌بینیم». قانون دوم ترمودینامیک توضیح می‌دهد که چرا چنین چیزی اتفاق نمی‌افتد.
۱ بیان کلوین-پلانک
2 بیان کلازیوس
۳ ارتباط این دو بیان
۴ جستارهای وابسته
بیان کلوین-پلانک
ساخت یک موتور گرمایی سیکلی (چرخه‌ای) که جر جذب گرما از منبع و انجام کار مساوی با گرمای چذب شده تأثیر دیگری بر محیط نداشته باشد، غیر ممکن است.
یا می‌توان گفت که: ساخت ماشین گرمایی با بازدهی ۱۰۰ درصد غیرممکن است.
بیان کلازیوس
ساخت یک موتور سیکلی که تأثیری جز انتقال مداوم گرما از دمای سرد به دمای گرم نداشته باشد، غیر ممکن است.
ارتباط این دو بیان
این دو بیان قانون دوم ترمودینامیک معادل (هم‌ارز) هستند. اگر بتوان یکی از آنها را نقض کرد، دیگری نیز نقض می‌شود
قانون سوم ترمودینامیک
قانون سوم ترمودینامیک می‌گوید هنگامی که انرژی یک سیستم به حداقل مقدار خود میل می‌کند، انتروپی سیستم به مقدار قابل چشم‌پوشی می‌رسد. یا بطور نمادین: هنگامی که ،
از رابطهٔ بین انرژی درونی و دما، رابطهٔ بالا را می‌توان به صورت زیر نوشت:
اما در هنگام کاربرد این قانون باید توجه داشت که در این دما سیستم در حال تعادل است یا نه. زیرا با پایین آمدن دما، سرعت رسیدن به تعادل خیلی زیاد می‌شود.
ترمودینامیک کلاسیک
ترمودینامیک کلاسیک شاخه‌ای از ترمودینامیک است که معمولاً سیستم‌ها را از روی خواص ماکروسکوپی آنها مورد بررسی قرار می‌دهد.
دیدگاه میکروسکوپی ترمودینامیک کلاسیک
۲۲٫۴ لیتر گاز تک اتمی را در دمای ۲۷۳ کلوین در نظر بگیرید. این گاز یک مول اتم گازی شکل داشته و دارای ۶٫۰۲۲×۱۰۲۳ اتم است. برای مشخص کردن حالت این گاز از دیدگاه میکروسکوپی، باید مقادیر ۳ متغیر مختصاتی فضایی و ۳ متغیر سرعتی متناظر را مشخص کنیم. بنابراین ما با ۳۶٫۱۳۲×۱۰۲۳ مقدار متغیر سروکار خواهیم داشت.
حتی با یک کامپیوتر نیز انجام چنین محاسباتی وقت گیر است. بنابراین این دیدگاه در ترمودینامیک کلاسیک کاربد چندانی نداشته و بجای آن از ترمودینامیک آماری که بر پایهٔ مکانیک آماری استوار است، استفاده می‌شود.
برخی از کتابها این دیدگاه را جزو ترمودینامیک آماری به حساب می‌آورند.
دیدگاه ماکروسکوپی ترمودینامیک کلاسیک
در این دیدگاه اثرات کلی یا متوسط ذرات در نظر گرفته شده و بر روی آنها بحث می‌شود. مثلاً فشار معیاری از سرعت متوسط ذرات گاز است.
انتروپی
۱ تفاسیر مختلف انتروپی
۲ مفهوم ترمودینامیکی
۳ انواع انتروپی
۴ جستارهای وابسته
تفاسیر مختلف انتروپی
واژهٔ اِنتروپی یا آنتروپی در رشته‌های گوناگون علمی، معانی متفاوت پیدا کرده است که اساسی‌ترین آنها در زیر آورده شده‌اند.
برای یک فرآیند بسیار کوچک هم‌دمای برگشت‌پذیر داریم:
انتروپی بردار زمان است یعنی یک شاخص اساسی زمان است.
از دیدگاه انرژی آزاد انتروپی با گرمایی که برای انجام کار در دسترس نیست، ارتباط دارد.
انتروپی اندازهٔ بی‌نظمی سیستم یا ماده‌ای است که در حال بررسی است.
انتروپی معیاری از اشتباهات تصادفی است که در هنگام انتقال یک سیگنال به وجود می‌آید. بنابراین می‌تواند معیاری از بازدهی سیستم ارسال پیام باشد.
انتروپی معیاری از تعداد حالت‌های داخلی است که یک سیستم می‌تواند داشته باشد، بدون آنکه برای یک ناظر خارجی که فقط کمیت‌های ماکروسکوپیک (مثلاً جرم، سرعت، بار و...) آن را مشاهده می‌کند، متفاوت به نظر برسد.
مفهوم ترمودینامیکی
انتروپی (S) کمیتی ترمودینامیکی است که اندازه‌ای برای درجهٔ بی‌نظمی در هر سیستم است. هر چه درجهٔ بی‌نظمی بالاتر باشد، آنتروپی بیشتر است. بنابراین برای یک مادهٔ معین در حالت تعادل درونی کامل در هر حالت، داریم:
انتروپی جامد < انتروپی مایع < انتروپی گاز
واحد انتروپی در سیستم SI، ژول بر مول کلوین است. (J/mol.K).
توجه به این نکته ضروری است که انتروپی یک تابع حالت و مستقل از مسیر است.
با فرض صادق بودن قانون سوم ترمودینامیک می‌توان بصورت زیر مقدار مطلقی برای انتروپی جامدات در دماهای بالا بدست آورد:
در صورتی که مادهٔ مورد نظر در دماهای بالا تحت استحاله‌های فازی قرار گرفته و حالت آن تغییر یابد، باید از صورت کلی فرمول انتروپی به شکل زیر استفاده کرد:
که در این فرمول، Tm دمای ذوب، Tv دمای جوش،ΔHm تغییر آنتالپی در اثر ذوب، ΔHv تغییر آنتالپی در اثر جوش و (Cp(l)، Cp(s و (Cp(g به ترتیب ظرفیت گرمایی ماده در حالت جامد، مایع و گاز در فشار ثابت هستند.
انواع انتروپی
انتروپی حرارتی
انتروپی آماری (وضعیتی)
پنج نیروی مهم ترمودینامیک عبارتد از:
انرژی درونی
انرژی آزاد هلهمولتز
آنتالپی
انرژی آزاد گیبس
پتانسل بزرگ
گرما
هنگامی که دو جسم با دماهای متفاوت در تماس با یکدیگر قرار گیرند انرژی از جسم گرمتر به جسم سرد تر میرود به انرژی که در این شرایط منتقل می شود انرژی گرمایی می گویند
الف - گرما و حرکت مولکولی
میدانید که ماده از مولکولها تشکیل شده است این مولکولها ساکن نیستند بلکه دائما در حال حرکت هستند نوع حرکت آنها بستگی به حالت ماده دارد یکی از اثرهای گرما بر ماده این است که حرکت آنها را سرعتر می کند و فاصله مولکول ها را افزایش می دهد در نتیجه موجب افزایش طول سطح و حجم جامدات و حجم مایعات و گازها می شود
ب- گرما وانرژی درونی
مولکولهای اجسام چون در حرکتند دارای انرژی جنبشی میباشند و چون بین آنها نیروهای پیوستگی وجود دارد به سبب وضع و حالت خود دارای انرژی پتانسیل نیز هستند هنگامیکه ماده ای را گرم می کنیم انرژیهای جنبشی و پتانسیل مولکولها هردو افزایش می یابد مجموع انرژیهای جنبشی وپتانسیل تمام ملکولهای یک ماده را انرژی درونی یا گرمایی آن ماده مینامند
دما
دما کمیتی است نسبی و مقایسه ای و حالت جسم را نشان می دهد به عبارت دیگر درجه
گرمی جسم را نشان می دهد نه انرژی گرمایی آن را
دماسنجها
دماسنج وسیله اندازه گیری دمای اجسام است که بر اساس انبساط اجسام کار می کنند
مدرج کردن دماسنجها
برای مدرج کردن دماسنجها از دو نقطه ثابت در طبیعت استفاده می شود یکی نقطه پایینی که معمولا نقطه ذوب یخ یا نقطه انجماد آب خالص در فشار یک اتمسفر بوده و دومی نقطه بالایی که نقطه جوش آب خالص در فشار یک اتمسفر می باشد
الف - سلسیوس یا سانتیگراد
در این دماسنج نقطه ذوب یخ صفر درجه و نقطه جوش آب صد انتخاب شده است و فاصله بین صفر وصد به صد قسمت مساوی تقسیم شده است
ب - فارنهایت
نقطه ذوب یخ 32 و نقطه جوش آب 212 انتخاب شده است و فاصله بین به 180 قسمت مساوی تقسیم شده است
ج - کلوین یا مطلق
نقطه ذوب یخ 273 و نقطه جوش آب 373 و فاصله بین به 100 قسمت مساوی تقسیم شده است
د - رئومر
نقطه ذوب یخ صفر و نقطه جوش آب 80 درجه و فاصله بین به 80 قسمت مساوی تقسیم شده است
رابطه دماها در دماسنجهای مختلف
اگر دماسنج سلسیوس دمای جسمی راC ، فارنهایت همان دما را F ، کلوین آن را T و رئومر R نشان دهد رابطه بین آنها به صورت زیر است
فشار
فشار بزرگی نیرویی است که به طور مودی بر واحد سطح اثر می کند
صفر مطلق
پایین ترین دمای ممکن است که صفر مطلق می نامند در این دما حرکت مولکولها کاملا متوقف است و انرژی درونی ماده به کمترین مقدار ممکن می رسد رابطه بین دما کلوین و سلسیوس با توجه به فرمولهای قبل به صورت زیر است
انبساط جامدات
گرما موجب افزایش فاصله مولکولها یا انبساط اجسام می شود که در جامدات افزایش دماموجب انبساط طولی - سطحی و حجمی می شود و در سیالات باعث افزایش حجم می شود
انبساط طولی جامدات
اگر طول جسمی در دمای برابر در دمای برابر باشد رابطه بین آنها به صورت زیر می باشد
تعریف ضریب انبساط طولی
اندازه انبساط واحد طول جامد را وقتی دمای آن یک درجه افزایش می یابد ضریب انبساط طولی می نامند که با واحد بیان می شود
با توجه به فرمول فوق میزان افزایش طول از رابطه و افزایش طول نسبی
از رابطه به دست می آید
انبساط سطحی جامدات
سطح جامدات نیز بر اثر تغییردما تغییر می کند روابط محاسبه مانند انبساط طولی
می باشد
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 37 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
این بسته حاوی 3 نمونه سوال برای درس ترمودینامیک پیشرفته مهندسی شیمی از امتحانات دانشگاه پیام نور است که امیدواریم در جهت کمک به شما عزیزان مورد استفاده قرار بگیرد.
این سوالات مربوط به نیمسال اول سال تحصیلی 92-91 ، نیمسال دوم سال تحصیلی 92-91 و نیمسال اول سال تحصیلی 94-93 می باشند.