Можно ли понять эксергию и эксергетическое разрушение с помощью термодинамических и/или статистико-механических принципов?

В моем учебнике «Основы инженерной термодинамики» Моран и Шапиро говорится:

Эксергия — это максимальная теоретическая работа, достижимая для всей системы , состоящей из системы и среды, когда система приходит в равновесие со средой (переходит в мертвое состояние).

Эксергия системы (которую я буду называть х ), в заданном состоянии задается выражением:

х "=" ( U − U о ) + п о ( В − В о ) − Т о ( С − С о ) + К Е + п Е
Где С о , U о и т. д. обозначают мертвые состояния системы. Изменение эксергии – это:
х 2 − х 1 "=" ( U 2 − U 1 ) + п о ( В 2 − В 1 ) − Т о ( С 2 − С 1 ) + ( К . Е . 2 − К . Е . 1 ) + ( п . Е . 2 − п . Е . 1 ) − ? Т о о о

Где о о это «производство энтропии», и я не уверен, принадлежит ли оно ему или нет. Уравнение явно связано со свободной энергией Гиббса, но свободная энергия Гиббса предназначена для изотермического и изобарического процесса (естественные переменные - T и P) . Мне кажется очевидным, что если система переходит в мертвое состояние, ее температура и давление могут измениться, например: когда чашка кофе приходит в равновесие с окружающей средой, ее температура в конце концов становится такой же, как температура «резервуара». ".(Обратите внимание, что эти уравнения также могут быть выражены в виде ставок)

Я действительно не был удовлетворен глубиной физики в моем учебнике, и у меня возникли проблемы с поиском хороших концептуальных и математических объяснений эксергии и эксергетического разрушения.

Может ли кто-нибудь представить термодинамическое или статистико-механическое описание эксергии и эксергетической деструкции? Интуитивное объяснение инженера-механика, с которым я столкнулся, состоит в том, что речь идет об экономике использования энергии ( например, обогрев вашего дома радиатором было бы плохим использованием эксергии ), но я бы хотел что-то более математически строгое, если это возможно. . Онлайн-ссылки или обобщенный пример тоже были бы замечательными.

Ответы (1)

Если вы позвоните х эксергии (наличия), то х "=" U + п о В − Т о С где п о , Т о – давление и температура окружающей среды (предполагаются постоянными). Чтобы найти максимальное количество полезной работы, которую можно извлечь из системы, достаточно анализировать обратимые процессы только так, чтобы г U "=" Т г С − п г В и тогда изменение эксергии обратимого процесса равно

х 2 − х 1 "=" U 2 − U 1 + п о ( В 2 − В 1 ) − Т о ( С 2 − С 1 )
. из которого мы имеем
г х "=" ( Т − Т о ) г С − ( п − п о ) г В
Позвольте мне процитировать здесь великолепную книгу Пиппарда, стр. 101, в которой Пиппард называет А доступность, ваша эксергия х :

«Если изменение обратимо, — TdS — это теплота, извлеченная из системы, которая может быть использована с наибольшей пользой путем передачи ее идеальной машине Карно, работающей между температурами Т и То. Работа, совершаемая двигателем, будет тогда — ( T - To) dS. Также, если системе позволить обратимо расшириться на величину dV, то дополнительное давление (P - Po) должно быть приложено извне, и полезная работа расширения будет выполнена против дополнительного давления; остальная работа совершаемая системой, бесполезна, так как тратится на отталкивание атмосферы (или любого другого пассивного источника внешнего давления Po). Следовательно, (P -Po)dV есть полезная работа, и два члена работы складываются, чтобы дать dA Таким образом, уменьшение A является мерой максимально доступной полезной работы.Эта интерпретация А заставляет нас ожидать, что А принимает минимальное значение, когда Т = То и Р = Ро, ибо тогда система находится в равновесии со своим окружением и не может служить источником полезной работы».

Можно ли понять эксергию и эксергетическое разрушение с помощью термодинамических и/или статистико-механических принципов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v