Вопрос: При каких условиях не происходит потеря эксергии при смешении веществ?
Выберите один ответ:
- Если нет взаимодействия смешиваемых веществ с окружающей средой
- При полном равновесии смешиваемых веществ и окружающей среды
- Если смешение производят при температуре и давлении окружающей среды
- Если при смешении система проходит через равновесные состояния
- При любых условиях эксергия системы уменьшается
Решение:
Потеря эксергии (или необратимость) связана с процессами, которые отклоняются от идеальных, обратимых условий. Смешение веществ — это, как правило, необратимый процесс, который приводит к увеличению энтропии и, следовательно, к потере эксергии.
Давайте рассмотрим варианты:
- 1. Если нет взаимодействия смешиваемых веществ с окружающей средой: Отсутствие взаимодействия с окружающей средой (адиабатический и изолированный процесс) не гарантирует отсутствия потери эксергии внутри самой системы при смешении. Смешение само по себе является источником необратимости.
- 2. При полном равновесии смешиваемых веществ и окружающей среды: Если смешиваемые вещества уже находятся в полном равновесии друг с другом и с окружающей средой, то процесс смешения как таковой не происходит, или же он не приводит к изменению состояния, а значит, и к потере эксергии. Это означает, что система уже достигла своего максимально возможного эксергетического состояния относительно окружающей среды, и дальнейшее "смешение" не принесет потерь, потому что нет никакого процесса.
- 3. Если смешение производят при температуре и давлении окружающей среды: Проведение процесса при температуре и давлении окружающей среды не исключает потерь эксергии. Например, смешение двух разных газов при температуре и давлении окружающей среды всё равно является необратимым процессом, приводящим к увеличению энтропии и потере эксергии.
- 4. Если при смешении система проходит через равновесные состояния: Это условие описывает квазистатический, то есть обратимый процесс. В идеальном обратимом процессе потери эксергии отсутствуют. Однако на практике смешение веществ всегда является необратимым процессом, и достичь полного прохождения через равновесные состояния при смешении невозможно. Тем не менее, теоретически, если бы процесс смешения был полностью обратимым (квазистатическим), потери эксергии не было бы.
- 5. При любых условиях эксергия системы уменьшается: Это утверждение в целом верно для реальных, необратимых процессов. Однако вопрос спрашивает, при каких условиях не происходит потеря эксергии, то есть когда она не уменьшается.
Наиболее точный ответ, описывающий условие отсутствия потери эксергии, связан с идеальным, обратимым процессом. В термодинамике потеря эксергии (необратимость) равна произведению температуры окружающей среды на изменение энтропии, вызванное необратимыми процессами: \(I = T_0 \cdot S_{gen}\). Чтобы \(I\) было равно нулю, \(S_{gen}\) должно быть равно нулю, что соответствует обратимому процессу.
Вариант 4 наиболее точно описывает условия, при которых теоретически не происходит потеря эксергии, так как прохождение через равновесные состояния является определением обратимого процесса. В реальных процессах смешения всегда есть необратимость, но если бы процесс был идеальным и квазистатическим, потерь эксергии не было бы.
Правильный ответ:
4. Если при смешении система проходит через равновесные состояния