Termodinamikai állapotváltozás

Állapotváltozás a termodinamikában olyan folyamat, melynek során egy termodinamikai rendszer állapotát leíró jellemzőkben, az úgynevezett állapotjelzőkben változás következik be. Ilyen állapotjelző például a nyomás, hőmérséklet, fajlagos térfogat, entalpia, entrópia, belső energia. Az ideális gázok állapotváltozásai megfordíthatók, a reális gázok állapotváltozásai azonban lehetnek irreverzibilisek.

Folyamatok konjugált változópárok szerint

Mechanikai változók: nyomás és térfogat

A nyomás-térfogat konjugált változópár változása a rendszeren vagy a rendszer által végzett munkával kapcsolatos.

• Izobár állapotváltozás során a rendszer nyomása állandó.
• Izochor állapotváltozás során a rendszer fajlagos térfogata állandó.

Az állandó nyomású vagy állandó térfogatú állapotváltozáshoz hőközlésre vagy hőelvonásra van szükség.

Termikus változók: hőmérséklet és entrópia

A hőmérséklet-entrópia konjugált változópár változása a rendszer által felvett vagy leadott hővel kapcsolatos.

• Izoterm állapotváltozás során a rendszer hőmérséklete állandó.
• Izentrópikus állapotváltozás során a rendszer entrópiája állandó. Ideális gázok esetében az adiabatikus állapotváltozás izentrópikus is, illetve minden reverzibilis izentrópikus állapotváltozás adiabatikus. Adiabatikus állapotváltozás akkor következik be, ha a közeg és környezete között nem lehetséges hőközlés.

Izentalpikus állapotváltozás

Az izentalpikus folyamat során a rendszer entalpiája állandó.

Izentalpikus folyamat a fojtás (Joule–Thomson-effektus), amelyet szűk nyíláson, lefojtott szelepen vagy porózus anyagon átáramlás közben szenved el a gáz. A folyamat végén a hőtartalom (entalpia) megegyezik a kiinduló állapotéval, a nyomás lecsökken. A hőmérséklet ideális gázoknál változatlan, gőzöknél csökken az állapotváltozás során, az entrópia nő.

Politropikus állapotváltozás

A politropikus állapotváltozásra igaz a $pV^{\,n}=C$ egyenlet, ahol $p$ a nyomás, $V$ a fajlagos térfogat, $n$ a politropikus kitevő, $C$ pedig konstans. Ez a legáltalánosabb állapotváltozás. A hőközlés a környezettel tetszőleges.

Kvázisztatikus

A kvázisztatikus állapotváltozás egy idealizált modell, amely végtelenül lassan megy végbe. Egy valós folyamat sem ilyen. Kvázisztatikus folyamat során a rendszer állapota az egyensúlyi állapothoz végtelenül közeli állapotokon megy keresztül.

Források

• Pattantyús Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 2. kötet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961.

További információk

A Wikimédia Commons tartalmaz Termodinamikai állapotváltozás témájú médiaállományokat.

• Prof. Dr. Szabó Gábor - Péter Szabó István: Alkalmazott műszaki hőtan. (Szegedi Tudományegyetem Szegedi Élelmiszeripari Főiskolai Kar távoktatási jegyzete)
• Vitéz Gábor:Fizika I. Hőtan. Egyetemi jegyzet.
• Műszaki hőtan jegyzet. Újvidéki Egyetem.
• Interaktív Java szimuláció izoterm, izobár és izochor állapotváltozások szemléltetésével. Szerző: Wolfgang Bauer