Θερμοδυναμικό Μέσο

Σύστημα – Όριο – Περιβάλλον

Θερμοδυναμικό ή εργαζόμενο μέσο

Η μετατροπή μιας μορφής ενέργειας σε άλλη, προϋποθέτει την ύπαρξη ενός μέσου μεταφοράς της ενέργειας, το οποίο βρίσκεται μέσα σε κάποια μηχανική διάταξη, πχ. το νερό σε ένα λέβητα, σε ένα στρόβιλο ή έναν εναλλάκτη θερμότητας.

Η σπουδαιότητα της ύλης στη μακροσκοπική της μορφή μπορεί να εκτιμηθεί από το γεγονός ότι αυτή είναι φορέας της ενέργειας σε μια μηχανική εγκατάσταση.

---------------

Θερμοδυναμικό μέσο (ή εργαζόμενο μέσο) είναι το υλικό μέσο (ρευστό) που παίρνει, μεταφέρει και μεταδίδει, ενέργεια σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Εργαζόμενο δηλαδή μέσο είναι το μέσο που υφίσταται κάποιες μεταβολές και συμμετέχει ενεργά στη μεταβολή της θερμικής ενέργειας σε μηχανική και αντίστροφα.

---------------

Για παράδειγμα, η προωστήρια εγκατάσταση πλοίου με ατμοστρόβιλο έχει λέβητα, στρόβιλο, αντλίες κ.λ.π., όπου μετατρέπεται η θερμική ενέργεια σε μηχανικό έργο. Το μέσο μεταφοράς είναι ο ατμός στον οποίο συγκεντρώνεται η θερμική ενέργεια και μεταφέρεται από το λέβητα στο στρόβιλο για την παραγωγή μηχανικού έργου.

Σε μια ψυκτική διάταξη επίσης το εργαζόμενο μέσο είναι το ψυκτικό ρευστό και σε ένα βενζινοκινητήρα το μέσο μεταφοράς ενέργειας είναι τα προϊόντα καύσης του καυσίμου (καυσαέρια).

Η ύλη που χρησιμοποιείται ως θερμοδυναμικό μέσο κατατάσσεται σε δυο μεγάλες κατηγορίες, την καθαρή ουσία (ύλη) και το μείγμα.

Καθαρή ουσία είναι η ουσία που έχει καθορισμένη σύσταση και ιδιότητες. Οι καθαρές ουσίες έχουν σταθερά χαρακτηριστικά (πχ σημείο τήξης, σημείο πήξης, σημείο βρασμού κ.λπ.)

Παράδειγμα: Το νερό στους ατμολέβητες και το Freon στα ψυκτικά κυκλώματα.

Η καθαρή ύλη ορίζεται από:

α. Να είναι ομογενής σε φυσική σύσταση, δηλαδή να αποτελείται από τα ίδια χημικά στοιχεία και με την αυτή αναλογία.

β. Να έχει ομογενή χημική σύσταση, δηλαδή τα χημικά στοιχεία να συνδέονται με τον ίδιο τρόπο σε όλη την ύλη.

γ. Να μην αναπτύσσονται χημικές αντιδράσεις.

Εφόσον δεν ικανοποιείται ένα από τα παραπάνω κριτήρια, τότε γίνεται αναφορά για μείγμα και όχι για καθαρή ουσία.

Παραδείγματα καθαρής ουσίας και μείγματος

Σύστημα – Όριο – Περιβάλλον

Για τη μελέτη της μετατροπής ενέργειας εισάγεται η έννοια του συστήματος. Η αναγκαιότητα του συστήματος οφείλεται στο γεγονός, πως για να εξετασθεί θερμοδυναμικά μια μηχανική εγκατάσταση, θα πρέπει αρχικά να οριστεί το αντίστοιχο θερμοδυναμικό σύστημα.

Θερμοδυναμικό σύστημα ονομάζεται ένας κλειστός χώρος που περιέχει ορισμένη ποσότητα ύλης, η οποία χωρίζεται από το περιβάλλον μέσω μιας ιδεατής μεμβράνης. Αλλιώς, θερμοδυναμικό σύστημα είναι μια ορισμένη ποσότητα ύλης η οποία μπορεί να εξεταστεί χωριστά από τον υπόλοιπο κόσμο.
Περιβάλλον συστήματος είναι κάθε τι έξω από το σύστημα που δεν συμμετέχει στα όσα συμβαίνουν στο σύστημα.
Όρια συστήματος είναι η ιδεατή μεμβράνη που χωρίζει το σύστημα από το περιβάλλον του. Συνήθως παρουσιάζεται με διακεκομμένη γραμμή.

Η εκλογή του συστήματος και των ορίων του γίνεται από το μελετητή, ανάλογα με το αντικείμενο της μελέτης.

Η ύλη ενός θερμοδυναμικού συστήματος μπορεί πάντα να είναι η ίδια ή και να αλλάζει. Τα όρια δηλαδή του συστήματος μπορεί να είναι σταθερά ή μπορεί να μεταβάλλονται σε μορφή, σχήμα και θέση. Η ύλη μέσα στο σύστημα μπορεί να είναι σε στερεή, υγρή ή αέρια μορφή ή σε συνδυασμό μορφών, διαδοχικά.

Ανοικτό σύστημα καλείται το σύστημα εκείνο, του οποίου τα όρια είναι διαπερατά απ’ την ύλη.

Τα ανοικτά συστήματα συναντώνται σε τεχνικές εφαρμογές της θερμοδυναμικής και έχουν συνήθως σταθερά όρια στο χώρο. Ένα ανοικτό σύστημα παίζει κυρίως το ρόλο ενός χώρου ελέγχου σε μία τεχνική εφαρμογή, όπως για παράδειγμα είναι ο εναλλάκτης θερμότητας.

Κλειστό σύστημα καλείται το σύστημα εκείνο, του οποίου τα όρια είναι αδιαπέραστα απ’ την ύλη, δεν επιτρέπουν δηλαδή την ανταλλαγή ύλης με το περιβάλλον.

Ιδιότητα των κλειστών συστημάτων είναι η σταθερή μάζα του υλικού το οποίο βρίσκεται μέσα στο σύστημα. Απ’ τα παραπάνω συνάγεται, ότι τα όρια ενός κλειστού συστήματος μπορεί να μην είναι σταθερά, αλλά να μεταβάλλονται.

Αδιαβατικό ή απομονωμένο σύστημα καλείται το σύστημα του οποίου τα όρια είναι αδιαπέραστα από την ύλη και την ενέργεια, δεν επιτρέπουν δηλαδή την ανταλλαγή ούτε ύλης, ούτε ενέργειας με το περιβάλλον του.

Ανοιχτό Σύστημα

Κλειστό Σύστημα

Google Sites

Report abuse