Задача: Потери эксергии при дросселировании?
Варианты ответов:
- Равны нулю только в случае, если система приходит к равновесию с окружающей средой
- Всегда больше нуля
- Равны нулю только в случае, если в процессе нет взаимодействия с окружающей средой и система приходит к равновесию с окружающей средой
- Равны нулю только в случае, если в процессе не взаимодействия с окружающей средой
- Всегда равны нулю
Решение:
Дросселирование – это необратимый адиабатический процесс расширения газа или жидкости через узкое отверстие или пористую перегородку, сопровождающийся падением давления. Ключевым словом здесь является "необратимый".
Потери эксергии (или диссипация эксергии, необратимые потери) связаны с необратимостью процесса. Согласно второму закону термодинамики, в любом необратимом процессе энтропия системы и окружающей среды (или изолированной системы) всегда возрастает. Увеличение энтропии в необратимом процессе приводит к уменьшению доступной для совершения работы энергии, то есть к потерям эксергии.
Потери эксергии \(\Delta E_{потери}\) можно выразить через изменение энтропии:
\[\Delta E_{потери} = T_0 \Delta S_{генерация}\]где \(T_0\) – абсолютная температура окружающей среды, а \(\Delta S_{генерация}\) – энтропия, генерируемая в результате необратимости процесса.
Поскольку дросселирование является inherently необратимым процессом (из-за трения, вихреобразования и других диссипативных эффектов), в нем всегда происходит генерация энтропии, то есть \(\Delta S_{генерация} > 0\).
Следовательно, потери эксергии при дросселировании всегда будут больше нуля:
\[\Delta E_{потери} > 0\]Это означает, что часть потенциальной работы, которая могла бы быть получена от газа до дросселирования, безвозвратно теряется в процессе дросселирования.
Рассмотрим варианты ответов:
- 1. Равны нулю только в случае, если система приходит к равновесию с окружающей средой. Это условие для нулевой эксергии самой системы, но не для потерь эксергии в процессе. Потери эксергии – это мера необратимости процесса.
- 2. Всегда больше нуля. Это соответствует термодинамическому принципу, что необратимые процессы всегда сопровождаются потерями эксергии.
- 3. Равны нулю только в случае, если в процессе нет взаимодействия с окружающей средой и система приходит к равновесию с окружающей средой. Взаимодействие с окружающей средой не является определяющим фактором для потерь эксергии в необратимом процессе.
- 4. Равны нулю только в случае, если в процессе не взаимодействия с окружающей средой. Отсутствие взаимодействия с окружающей средой (адиабатический процесс) не делает процесс обратимым. Дросселирование остается необратимым.
- 5. Всегда равны нулю. Это неверно, так как дросселирование – необратимый процесс.
Правильный ответ: 2. Всегда больше нуля.