Θερμοδυναμικές έννοιες – ιδιότητες

Θερμοδυναμικό σύστημα:

Είναι μία διάταξη ή συνδυασμός διατάξεων, που περιέχει την υπό μελέτη ποσότητα μάζας. Ουσιαστικά

είναι ένα υλικό τμήμα του σύμπαντος, που μπορεί να εξεταστεί ξεχωριστά από το περιβάλλον του.

Όγκος ελέγχου:

Περιλαμβάνει την υπό εξέταση μάζα και τις διατάξεις που την περιβάλλουν. Διαχωρίζει το

θερμοδυναμικό σύστημα από το περιβάλλον, μέσω της διαχωριστικής επιφάνειας. Οτιδήποτε εκτός όγκου ελέγχου ανήκει στο εξωτερικό περιβάλλον.

Ένα θερμοδυναμικό σύστημα μπορεί να είναι:

Θερμοδυναμικές διεργασίες στον κτηριακό κλιματισμό

κλειστό: καμία συναλλαγή μάζας με το περιβάλλον δεν είναι δυνατή

ανοιχτό: είναι δυνατή η συναλλαγή μάζας με το περιβάλλον

μηχανικώς κλειστό: δεν είναι δυνατή η συναλλαγή έργου με το περιβάλλον

αδιαβατικό κλειστό: δεν είναι δυνατή η συναλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον

μονωμένο: δεν είναι δυνατή καμία συναλλαγή μάζας, έργου ή θερμότητας με το περιβάλλον.

Θερμοδυναμική κατάσταση συστήματος:

Ένα σύστημα μπορεί να περιέχει μάζα ενός η περισσοτέρων στοιχείων σε μία ή περισσότερες φάσεις.

Κάθε φάση χαρακτηρίζεται από διαφορετικές τιμές των λεγόμενων καταστατικών μεγεθών (πίεση,

θερμοκρασία, όγκος) και λέμε ότι βρίσκεται σε διαφορετική θερμοδυναμική κατάσταση. Για ίδιες

θερμοδυναμικές καταστάσεις, τα καταστατικά μεγέθη έχουν τις ίδιες τιμές, ανεξάρτητα από τον τρόπο που επιτεύχθηκε η κατάσταση αυτή.

Καταστατικό μέγεθος:

Κάθε μεταβλητή που περιγράφει τη φάση ενός σώματος σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα, η οποία

εξαρτάται μόνο από τη θερμοδυναμική κατάσταση του σώματος και όχι από τον τρόπο με τον οποίο έχει επιτευχθεί η συγκεκριμένη θερμοδυναμική κατάσταση, αποτελεί ένα καταστατικό μέγεθος.

Τα καταστατικά μεγέθη διακρίνονται σε εντατικά και εκτατικά:

– Στα εντατικά μεγέθη η τιμή τους δεν εξαρτάται από την περιεχόμενη ποσότητα ύλης ή τη

γεωμετρία, δηλαδή τη μάζα ή τον όγκο του σώματος. Τα εντατικά μεγέθη είναι η πίεση, η

θερμοκρασία, η πυκνότητα του σώματος κλπ.

– Στα εκτατικά μεγέθη η τιμή τους εξαρτάται από την περιεχόμενη ποσότητα ύλης ή τη

γεωμετρία του σώματος. Τα εκτατικά μεγέθη είναι η μάζα, ο όγκος, η εσωτερική ενέργεια κλπ.

Θερμοδυναμική ισορροπία:

Ένα σύστημα βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία όταν βρίσκεται ταυτόχρονα σε θερμική,

μηχανική και χημική ισορροπία. Οι ιδιότητες (καταστατικά μεγέθη) συστήματος ευρισκόμενου σε

θερμοδυναμική ισορροπία δεν μεταβάλλονται με το χρόνο, εντός του οποίου εξετάζεται το σύστημα. Τούτο

σημαίνει ότι οι όποιες μεταβολές που μπορεί να επέλθουν θα είναι αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης με άλλο σύστημα και μόνο.

Θερμική ισορροπία:

Ένα σύστημα βρίσκεται σε θερμική ισορροπία όταν σε κάθε σημείο του η θερμοκρασία είναι η ίδια,

συνεπώς δεν υπάρχει μεταφορά θερμότητας εσωτερικά στο σύστημα. Η κοινή θερμοκρασία είναι τότε η θερμοκρασία συστήματος.

Μηχανική ισορροπία:

Θερμοδυναμικές διεργασίες στον κτηριακό κλιματισμό

Είναι η κατάσταση ενός θερμοδυναμικού συστήματος κατά την οποία δεν εμφανίζεται καμία τάση

μεταβολής της πιέσεως του συστήματος με το χρόνο, σε κανένα σημείο του συστήματος και για όσο αυτό είναι μονωμένο από το περιβάλλον.

Χημική ισορροπία:

Είναι η κατάσταση ενός θερμοδυναμικού συστήματος κατά την οποία έχουν περατωθεί όλες οι χημικές αντιδράσεις των συνιστωσών του συστήματος.

Μεταβολή θερμοδυναμικής κατάστασης:

Όταν μεταβληθούν ένα ή περισσότερα καταστατικά μεγέθη του συστήματος, τότε έχουμε μεταβολή

της θερμοδυναμικής κατάστασής του. Η αλληλουχία των καταστάσεων (πορεία) από τις οποίες διέρχεται το σύστημα ονομάζεται θερμοδυναμική μεταβολή. Όταν η θερμοδυναμική μεταβολή γίνεται κάτω από καθορισμένες συνθήκες, τότε έχουμε θερμοδυναμική διεργασία.

Σε περίπτωση που κάποιο από τα καταστατικά μεγέθη διατηρείται σταθερό έχουμε:

– ισόχωρη ή ισόογκη μεταβολή (διεργασία): μεταβολή υπό σταθερό όγκο

– ισοβαρής ή ισόθλιπτη μεταβολή (διεργασία): μεταβολή υπό σταθερή πίεση

– ισοθερμοκρασιακή μεταβολή (διεργασία): μεταβολή υπό σταθερή θερμοκρασία.

Αντιστρεπτές και μη θερμοδυναμικές μεταβολές:

Αντιστρεπτές είναι οι θερμοδυναμικές διεργασίες, στις οποίες η πορεία μπορεί να αντιστραφεί, ώστε τόσο το σύστημα, όσο και το περιβάλλον να επιστρέψουν στην αρχική κατάστασή τους, χωρίς να απομένει κανένα ενεργειακό υπόλοιπο μεταξύ τους.

Οποιαδήποτε άλλη διεργασία ονομάζεται μη αντιστρεπτή.

Η αντιστρεψιμότητα μιας θερμοδυναμικής διεργασίας συνδέεται με απουσία τριβών, διαδοχικές θέσεις ισορροπίας (απείρως αργές μεταβολές), απειροστές διαφορές θερμοκρασίας και πιέσεως. Όσο περισσότερο πλησιάζει μια διεργασία αυτά τα χαρακτηριστικά, τόσο προσεγγίζει την αντιστρεπτή διεργασία.

Από τον abareta

Μπαρέτας Ντουντούς Αντώνιος Εργοδηγός Τεχνικός Μηχανικός Εφαρμογών