Producció d'entropía

La producció d'entropía determina el rendiment de màquines tèrmiques com plantes d'energia, motors de combustió, refrigeradorés, bombes de calor i acondicionadors d'aire. També juga una funció clau en la termodinàmica de processos irreversibles.

Breu història

l'entropía és produïda en processos irreversibles. L'importància d'evitar els processos irreversibles (per tant reduint la producció d'entropía) va ser reconeguda a principis de 1824 per Carnot.^[1] En 1867 Rudolf Clausius va estendre el seu treball previ de 1854 en el concepte de “unkompensierte Verwandlungen” (transformacions no compensades), el qual, en la nostra nomenclatura moderna, seria nomenada producció d'entropía.^[2] En el mateix artícul en el qual va introduir el nom d'entropía, Clausius otorga l'expressió per a la producció d'entropía (per a un sistema tancat), el qual denota per N, en equació (71) que es llig^[3]

N = S - S_{0} - \int \frac{d Q}{T} .

Ací S és la entropía en l'estat final i l'integral és presa de l'estat inicial a l'estat final. Del context està clar que N = 0 si el procés és reversible i N > 0 en cas d'un procés irreversible.

Primera i segona llei

Les lleis dels sistemes termodinàmics apliquen a sistemes ben definits. Fig. 1 és una representació general d'un sistema termodinàmic. Nosatres considerem sistemes els quals, en general, són no homogéneus. La calor i la massa són transferits a través de les fronteres (no adiabàtiques, sistemes oberts), i les fronteres estan movent-se (usualment a través de pistones). En la nostra formulació assumim que la transferència de calor i massa, i els canvis de volum prenen lloc sol per separat en regions ben definides de les fronteres del sistema. L'expressió, ací donada, no és de les formulació més generals de la primera i segona llei. P. ej. l'energia cinétca i determinis d'energia potencial falten i intercanvi de l'assunt per difusió està exclós.

La taxa de producció d'entropía, denotat per ${\dot{S}}_{i}$ , que és un element clau de la segona llei de termodinàmica per a sistemes no homogéneus oberts el qual és

$\frac{d S}{d t} = Σ_{k} \frac{{\dot{Q}}_{k}}{T_{k}} + Σ_{k} {\dot{S}}_{k} + Σ_{k} {\dot{S}}_{i k} con {\dot{S}}_{i k} \geq 0.$

Ací S és la entropía del sistema; Tk is la temperatura a la qual el fluix de calor ${\dot{Q}}_{k}$ entra al sistema ${\dot{S}}_{k} = {\dot{n}}_{k} S_{m k} = {\dot{m}}_{k} s_{k}$ ; representa el fluix d'entropía dins del sistema en la posició k, pel fluix de matèria en el sistema $({\dot{n}}_{k}, {\dot{m}}_{k}$ molar i fluix másico i Smk i sk són la entropía molar (i.i. entropía per mol) i entropía específica (i.i. entropía per unitat de massa) de la matèria, fluint en el sistema, respectivament. ${\dot{S}}_{i k}$ representa la taxa de producció d'entropía per processos interns. El subíndex i en ${\dot{S}}_{i k}$ es referix al fet que la entropía és produïda per processos irreversibles. La taxa de producció d'entropía de cada procés en la naturalea és sempre positiu o zero. Açò és un aspecte essencial de la segona llei.

La ∑ indica la suma algebraica de les respectives contribucions si hi ha més fluix de calor, fluix de matèria, i processos interns.

Per a demostrar l'impacte de la segona llei, i la funció de la producció d'entropía, té que ser combinat en la primera llei que és:

\frac{d U}{d t} = Σ_{k} {\dot{Q}}_{k} + Σ_{k} {\dot{H}}_{k} - Σ_{k} p_{k} \frac{d V_{k}}{d t} + P,

en O l'energia interna del sistema.

{\dot{H}}_{k} = {\dot{n}}_{k} H_{m k} = {\dot{m}}_{k} h_{k}

l'entalpia fluïx al sistema degut a que la matèria fluïx cap al sistema (Hmk la seua entalpia molar, hk l'entalpia específica (i.i. entalpia per unitat de massa)), i dVk/dt són els fluix de canvi del volum del sistema pel moviment d'una frontera en la posició k mentres Pk és la pressió darrere d'eixa frontera; P representa totes les demés formes d'aplicació d'energia (com a elèctric).

La primera i segona llei han segut formulades en térmens de derivades de temps d'O i S, més que en térmens de diferencials totals dU i dS a on és implícitament supost que dt > 0. Llavors, la formulació en térmens de derivades de temps és més elegant. Una ventaja inclús més gran d'esta formulació és, no obstant, que emfatisa que el fluix de calor i l'energia són les propietats termodinàmiques bàsiques i que la calor i el treball són cantitats derivades sent les integrals de temps del fluix de calor i l'energia respectivament.

Vore també

Referències

↑ S. Carnot Reflexions sur la puissance motrice du feu Bachelier, París, 1824.
↑ (1854).Annalen der Physik und Chemie.93(12)
481–506.Consultat el 25 de juny de 2012.
↑ Philos. Mag.12(77)
81–98.Consultat el 25 de juny de 2012.

Bibliografia

Belandria, José Iraides (2008) entropía positiva i negativa; producció en sistemes termodinàmics. Universitat dels Vages, Veneçola.
Pocavergonyes, G. (1999). "Teorema de fluctuació de producció d'entropía i el no-relació de treball de l'equilibri per a diferències d'energia lliure". Revisió física I (PDF Lliure)|el format= requerix |url= (ajuda). 60 (3): 2721. arXiv:cond-Mat/9901352. Bibcode:1999PhRvE..60.2721C. doi:10.1103/PhysRevE.60.2721.
Seifert, Udo (2005). "Producció d'entropía a lo llarc d'una trayectòria estocàstica, i teorema de fluctuació integral" (PDF lliure). Lletres de revisió física. 95 (4): 040602. arXiv:cond-Mat/0503686. Bibcode:2005PhRvL..95d0602S. doi:10.1103/PhysRevLett.95.040602. PMID 16090792.

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Producción de entropía» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] S. Carnot Reflexions sur la puissance motrice du feu Bachelier, París, 1824.

[2] (1854).Annalen der Physik und Chemie.93(12)
481–506.Consultat el 25 de juny de 2012.

[3] Philos. Mag.12(77)
81–98.Consultat el 25 de juny de 2012.

[1]

[2]

[3]