Ugrás a tartalomhoz

Energetika – Energiamenedzsment

Dr. Benkő Zsolt István, Dr. Pitrik József (2011)

3. fejezet - Állapot, állapotjellemzés. Állapotváltozás, állapotváltoztatás

3. fejezet - Állapot, állapotjellemzés. Állapotváltozás, állapotváltoztatás

A vizsgált rendszerek mindig valamilyen állapotban vannak. Az állapotok egyértelmű leírásához állapotjelzőket használhatunk, melyek az egész rendszerre vonatkozó fizikai mennyiségek[14]. Ezek a fizikai mennyiségek lehetnek extenzív (összeadódó) mennyiségek. Ilyen például a tömeg (m), a térfogat (V) vagy a belső energia (U). Lehetnek intenzív (kiegyenlítődő) mennyiségek is. Ilyen például a nyomás (p), a sűrűség (ρ) vagy a termodinamikai hőmérséklet (T).

Az állapot jellemzése mindig adott szempont alapján történik. Ha például a rendszeren elektromos áram folyik keresztül, akkor figyelembe kell venni a rendszer elektromos ellenállását, mint állapotjelzőt, egyébként pedig nem is kell tudomást venni róla.

A rendszer állapotának teljes leírásához mindig annyi állapotjelzőt kell felhasználnunk, amennyi az adott vizsgálati szempont alapján még éppen szükséges az állapot egyértelmű meghatározásához.

A rendszerek állapota lehet időben változatlan (statikus) vagy időben változó (dinamikus). Az időben változatlan állapotot egyensúlyi állapotnak nevezzük. Az energodinamika törvényszerűségei az egyensúlyi állapotokra érvényesek. Egyensúlyi állapotra tudjuk felírni az állapotjelzők közötti összefüggéseket megadó állapotegyenleteket is. Emiatt sok esetben a változásokat is úgy képzeljük el, hogy kismértékben különböző egyensúlyi állapotok sorozatán keresztül valósulnak meg (kvázisztatikus leírás).

Az időben változó rendszerek viselkedése során folyamatok figyelhetők meg. A folyamatok különféle áramlások. Lehetnek tisztán anyagáramlások vagy tisztán energiaáramlások, de leggyakrabban anyag- és energiaáramlások együtt. A könnyebb leírás érdekében a folyamatot részfolyamatokra bonthatjuk, azonban a valóságban a részfolyamatok önmagukban nem játszódnak le, szorosan összefonódnak a többi részfolyamattal, azoktól nem elkülöníthetők.

Egyensúlyi állapot esetében meg lehet különböztetni statikus és dinamikus egyensúlyi állapotot. A statikus egyensúlyi állapot olyan rendszerre jellemző, melyre nem hat a környezete, és az egyensúly magától beállt. Dinamikus egyensúly esetén a rendszerre időben állandó külső hatás időben állandó kimenetet eredményez. A rendszer egyensúlyban van, hiszen a rendszer állapotjelzői nem változnak, de ez az egyensúly csak addig tart, amíg a külső hatás fennáll. Sztatikus egyensúlyban lévő rendszerben nem játszódnak le folyamatok, míg dinamikus egyensúlyban lévő rendszerben több folyamat is lejátszódhat. Ilyenkor ezek a folyamatok (áramlások) időben állandóak.

A folyamatok hajtóereje az intenzív mennyiségek inhomogenitása. Ez rendszerint valamilyen (akár több) extenzív mennyiség változását is eredményezi. A környezetével kapcsolatban nem lévő (zárt) rendszerben a folyamatok addig tartanak, amíg a rendszeren belül minden intenzív mennyiség térben homogénné nem válik: beáll a sztatikus egyensúly. Dinamikus egyensúlyban lévő rendszerben egy vagy több intenzív mennyiség térben inhomogén marad.

Az állapotjelzők között vannak konjugált állapotjelzők. A konjugált állapotjelzők párosával definiálhatók: egy extenzív és egy intenzív mennyiség alkot konjugált állapotjelző párt. Az intenzív mennyiség tekinthető egy „általánosított erő”-nek, az extenzív mennyiség pedig egy „általánosított elmozdulás”-nak. Az „általánosított erő” okozza az „általánosított elmozdulás” változását, és a kettő szorzata energia dimenziójú. Ilyen konjugált állapotjelző pár például a nyomás – térfogat (p - V), vagy termodinamikai hőmérséklet – entrópia (T – S). Inhomogenitás a nyomásban (p) térfogatváltozást okozhat (dV); inhomogenitás a hőmérsékletben (T) entrópiaváltozást okozhat (dS). A fundamentális egyenletben (2.18 egyenlet) konjugált állapotjelzők szorzatai szerepelnek.



[14] Litz József: Fizika II., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2005, pp. 100-101