exergy

"انرژی موجود" تغییرمسیر اینجا. برای مفهوم در فیزیک ذرات، انرژی موجود (برخورد ذرات) را ببینید.

در ترمودینامیک از اکسرژی (در استفاده های قدیمی تر، کار موجود و / یا در دسترس بودن) از یک سیستم در طول یک فرایند است که به تعادل با یک مخزن حرارتی به ارمغان می آورد سیستم حداکثر کار مفید است. [1] هنگامی که محیط اطراف مخزن هستند، اکسرژی پتانسیل یک سیستم برای ایجاد یک تغییر به عنوان رسیدن به تعادل با محیط زیست است. اکسرژی انرژی موجود مورد استفاده قرار گیرد این است که است. بعد از سیستم و محیط اطراف تعادل برسد، در اکسرژی صفر است. تعیین اکسرژی همچنین اولین هدف ترمودینامیک بود. اصطلاح "اکسرژی" در سال 1956 توسط زوران بیهوده گویی (1904-1972) با استفاده از سابق و ergon مشاهده یونانی به معنای "از کار" ابداع شد [1] [3]، اما مفهوم توسط J. ویلارد گیبس در 1873. [توسعه داده شد 4]

انرژی است که هرگز در طول یک فرایند بین می رود. آن را از یک شکل به شکل دیگر (نگاه کنید به قانون اول ترمودینامیک) تغییر می دهد. در مقابل، اکسرژی همیشه نابود هنگامی که یک فرآیند شامل یک فرآیند برگشت ناپذیر، برای مثال از دست دادن گرما به محیط زیست (نگاه کنید به قانون دوم ترمودینامیک). این تخریب متناسب با افزایش آنتروپی سیستم همراه با محیط اطراف آن است. اکسرژی نابود شده است به نام آنرژی. [2] برای یک فرآیند همدما، اکسرژی و انرژی اصطلاحات تعویض پذیرند، و هیچ آنرژی وجود دارد.

تجزیه و تحلیل اکسرژی در زمینه محیط زیست صنعتی انجام به استفاده از انرژی موثر تر است. مهندسین استفاده تحلیل اگزرژی برای بهینه سازی برنامه های کاربردی با محدودیت های فیزیکی، مانند انتخاب بهترین استفاده از فضای پشت بام برای فن آوری های انرژی خورشیدی است. [3] بوم شناسان و مهندسان طراحی اغلب یک حالت مرجع برای theDefinitions [ویرایش] را انتخاب کنید

اکسرژی یک ویژگی ترکیبی [5] از یک سیستم و محیط آن است، زیرا در دولت از هر دو سیستم و محیط بستگی دارد. اکسرژی یک سیستم در تعادل با محیط زیست صفر است. اکسرژی نه اموال ترمودینامیکی ماده و نه از ترمودینامیک یک سیستم است. اکسرژی و انرژی هر دو واحد ژول است. انرژی داخلی یک سیستم است که همیشه از یک دولت مرجع ثابت اندازه گیری است و بنابراین همیشه یک تابع حالت. برخی از نویسندگان تعریف اکسرژی سیستم به تغییر زمانی که تغییرات محیط زیست، که در این صورت آن است که یک تابع حالت است. دیگر نویسندگان ترجیح می دهند [نیازمند منبع] یک تعریف کمی متناوب از انرژی موجود و یا اکسرژی یک سیستم که در آن محیط زیست است بصورتی پایدار و محکم تعریف شده است، به عنوان یک دولت مرجع مطلق غیر قابل تغییر، و در این اکسرژی تعریف جایگزین یک ملک از حالت سیستم به تنهایی می شود .

با این حال، از نقطه نظر تئوری، اکسرژی ممکن است بدون اشاره به هر محیط تعریف شده است. اگر خواص فشرده از عناصر مختلف متناهی گسترش یک سیستم متفاوت است، همیشه این امکان را به کار مکانیکی استخراج از سیستم وجود دارد. [6] [7]

اکسرژی مدت نیز، توسط قیاس با تعریف فیزیکی آن استفاده می شود، در نظریه اطلاعات مربوط به محاسبات برگشت پذیر است. در دسترس بودن، انرژی موجود، انرژی exergic، essergy (کهنه در نظر گرفته)، انرژی قابل استفاده، کار مفید در دسترس، حداکثر (یا حداقل) کار، حداکثر (یا حداقل) محتوای کار، کار برگشت پذیر، و کار ایده آل: اکسرژی مترادف با است.

تخریب اکسرژی یک چرخه از مجموع اکسرژی از فرآیندهای که تشکیل این چرخه است. تخریب اکسرژی یک چرخه همچنین می تواند بدون ردیابی فرد پردازش با توجه به کل چرخه به عنوان یک فرایند واحد و با استفاده از یکی از معادلات اکسرژی تعیین می شود.

شرح ریاضی [ویرایش]

استفاده از قانون دوم ترمودینامیک [ویرایش]

همچنین ببینید: قانون دوم ترمودینامیک

اکسرژی با استفاده از مرزهای سیستم را در یک راه این است که نا آشنا به بسیاری از. ما در بر حضور یک موتور کارنو بین سیستم و محیط زیست مرجع آن حتی اگر این موتور در دنیای واقعی وجود ندارد تصور کنید. تنها هدف آن است که برای اندازه گیری نتایج حاصل از یک "چه اگر" سناریو برای نمایش اثر متقابل کار کارآمد که ممکن است بین سیستم و محیط اطراف آن است.

اگر یک محیط دنیای واقعی مرجع انتخاب شده است که رفتار مثل یک مخزن نامحدود که توسط سیستم بدون تغییر باقی می ماند، پس از آن حدس و گمان کارنو مورد عواقب ناشی از یک سیستم به سمت تعادل با زمان است که توسط دو عبارت ریاضی معادل خطاب. اجازه دهید B، اکسرژی و یا در دسترس کار، کاهش با زمان، و Stotal، آنتروپی سیستم و محیط زیست مرجع آن هم در یک سیستم ایزوله بزرگتر محصور در خشکی، با افزایش زمان:

D

B

D

تی

0

 برابر است با

D

S

تی

O

تی

L

D

تی

0

(1)

{\ FRAC {{\ mathrm {D}} B} {{\ mathrm {D}} T}} \ تراز معادل مواجهه 0 {\ FRAC {{\ mathrm {D}} S {\ MBOX {معادل} است} _ {{ کل}}} {{\ mathrm {D}} T}} \ GEQ 0 \ qquad {\ MBOX {(1)}}

برای سیستم های ماکروسکوپی (بالاتر از حد ترمودینامیکی)، این اظهارات هر دو عبارت از قانون دوم ترمودینامیک اگر عبارت زیر را برای اکسرژی استفاده می شود:

B

UPRVTRSiμiRNi (2) B = U + P_RV -T_RS- \ sum_i \ mu_ {من، R} N_i \ qquad \ MBOX {(2)} که در آن مقادیر گسترده ای برای سیستم عبارتند از: U = انرژی داخلی، V = حجم، و نیکل = مول جزء iThe مقادیر ویژه برای محیط اطراف عبارتند از: PR = فشار، TR = دما، μi، R بالقوه = شیمیایی از اصطلاحات جزء iIndividual نیز اغلب نام متصل به آنها را داشته باشد: PRVP_RV است به نام "کار PV موجود"، TRST_RS است به نام "از دست دادن آنتروپی" و یا "از دست دادن حرارت" و ترم آخر است به نام "انرژی شیمیایی موجود است." دیگر ممکن است پتانسیل ترمودینامیکی استفاده شود به جای انرژی داخلی تا زمانی که مراقبت مناسب در شناخت گرفته شده که متغیرهای طبیعی که بالقوه مطابقت دارد. برای نامگذاری توصیه می شود از این پتانسیل، (Alberty، 2001) را ببینید [2]. معادله (2) برای فرآیندهای که در آن حجم سیستم، آنتروپی، و تعداد مول از اجزای مختلف را تغییر دهید مفید است، زیرا انرژی داخلی نیز یک تابع از این متغیرها و تعریف جایگزین others.An انرژی داخلی می کند پتانسیل شیمیایی موجود از U جدا نیست این بیان مفید است (زمانی که به معادله جایگزین (1)) برای فرآیندهای که در آن حجم سیستم و تغییر آنتروپی، اما هیچ واکنش شیمیایی رخ می دهد: BUμ1μ2μnPRVTRSUμPRVTRS (3) B = U [\ mu_1، \ mu_2، ... \ mu_n] + P_RV -T_RS = U [\ boldsymbol {\} مو] + P_RV -T_RS \ qquad \ MBOX {(3)} در این مورد یک مجموعه از مواد شیمیایی در یک آنتروپی داده می شود و حجم یک ارزش واحد عددی برای این پتانسیل ترمودینامیکی دارند . یک سیستم چند دولت ممکن است پیچیده و یا ساده مشکل به دلیل حاکمیت فاز گیبس پیش بینی کرد که مقادیر فشرده دیگر به طور کامل مستقل از هر مماس تاریخی و فرهنگی other.A [ویرایش] خواهد بود در سال 1848، ویلیام تامسون، 1 بارون کلوین، خواسته ( و بلافاصله پاسخ) در questionIs هر اصل که یک مقیاس خنک مطلق می توان تاسیس؟ آن را به من به نظر می رسد که نظریه کارنو از نیروی محرکه حرارتی ما را قادر به دادن پاسخ مثبت است. [3] با بهره بردن از ادراک موجود در معادله (3)، ما قادر به درک تاثیر تاریخی ایده کلوین در فیزیک . کلوین نشان می دهد که بهترین مقیاس درجه حرارت یک توانایی ثابت برای یک واحد از درجه حرارت در محیط اطراف برای تغییر کار موجود از موتور کارنو توصیف می کنند. از معادله (3): dBdTRS (4) {\ FRAC {{\ mathrm {D}} B} {{\ mathrm {D}} T_ {R}}} = - S \ qquad {\ MBOX {(4)} } رودلف کلاوزیوس حضور یک ثابت تناسب در تجزیه و تحلیل کلوین شناخته و نام آنتروپی در سال 1865 از یونان به "تحول" به آن به دلیل آن را توصیف مقدار انرژی از دست رفته در طول انتقال از گرما به کار است. کار موجود از یک موتور کارنو در حداکثر خود هنگامی که محیط اطراف در دمای zero.Physicists مطلق پس از آن، در حال حاضر، اغلب در یک ملک با کلمه "دسترس" یا "قابل استفاده" در نام آن نگاه با ناراحتی خاصی . ایده از آنچه در دسترس است سؤال مطرح می "در دسترس به چه چیزی؟" و را مطرح که آیا چنین اموال انسان است. قوانین مشتق شده با استفاده از چنین اموال ممکن است جهان توصیف کنیم اما به جای توصیف آنچه مردم مایل به see.The زمینه مکانیک آماری (شروع با کار لودویگ بولتزمن در حال توسعه معادله بولتزمن) فیزیکدانان بسیاری از این نگرانی برطرف شده است. از این نظم و انضباط، ما در حال حاضر می دانیم که خواص ماکروسکوپی ممکن است تمام توان از خواص در مقیاس میکروسکوپی که در آن آنتروپی بیشتر "واقعی" از درجه حرارت است تعیین (درجه حرارت و ترمودینامیک را ببینید). نوسانات جنبشی میکروسکوپی بین ذرات باعث از دست دادن آنتروپی، و این انرژی برای کار امکانپذیر نیست زیرا این نوسانات به طور تصادفی در تمام جهات رخ می دهد. عمل انسان گرفته شده است، در چشم برخی از فیزیکدانان و مهندسان امروز، زمانی که به کسی تساوی یک مرز فرضی، در واقع او می گوید: "این سیستم من چه رخ می دهد فراتر از آن محیط اطراف است." در این زمینه، اکسرژی گاهی اوقات به عنوان یک خاصیت انسان، هر دو توسط کسانی که از آن استفاده کنید و کسانی که نمی باشد. آنتروپی به عنوان یک ویژگی اساسی تر از matter.In زمینه محیط زیست مشاهده، تعاملات میان سیستم ها (اغلب اکوسیستم) و دستکاری آنها از منابع اکسرژی است، دغدغه اصلی. با استفاده از این منظر، پاسخ "قابل دسترس برای چه؟" است که به سادگی: "در دسترس به سیستم"، چرا که اکوسیستم به نظر می رسد در دنیای واقعی وجود داشته باشد. با نظر سیستم محیط زیست، یک ویژگی از ماده مانند آنتروپی مطلق به عنوان انسان دیده می شود چرا که آن را نسبت به یک سیستم مرجع فرضی نیافتنی در انزوا در دمای صفر مطلق تعریف شده است. با این تاکید بر سیستم به جای ماده، اکسرژی است به عنوان یک ویژگی اساسی تر از یک سیستم مشاهده، و آن آنتروپی است که ممکن است به عنوان یک شرکت اموال از یک سیستم با system.A پتانسیل مرجع ایده آل برای هر وضعیت ترمودینامیکی مشاهده است [ ویرایش] علاوه بر UU \ و Uμ U [\ boldsymbol {\} مو]، از سوی دیگر پتانسیل ترمودینامیکی اغلب برای تعیین اکسرژی استفاده می شود. برای یک مجموعه از مواد شیمیایی در داده N اتلاف انرژی به عنوان کم نسبی ممکن است به ورودی های انرژی است. بازده اگزرژی و یا بهره وری-قانون دوم می روند کارآمد ترین ها بر اساس اتلاف و از بین بردن کار در دسترس به عنوان کوچک که ممکن است از یک ورودی داده شده از مهندسان work.Design دسترس تعیین رسمیت شناخته اند که راندمان اکسرژی بالاتر شامل طراحی برتر و اغلب منجر به بازگشت بالاتر در سرمایه گذاری. به عنوان مثال، در مورد تخصیص فضای سقف برای جمع آوری انرژی خورشیدی بین سیستم های حرارتی و فناوری فتوولتائیک، فتوولتائیک حرارتی ترکیبی از فن آوری کلکتور خورشیدی ارائه بالاترین راندمان اکسرژی و راه حل بهینه شده است. [3] برنامه های کاربردی در استفاده از منابع طبیعی [ویرایش] در دهه های اخیر ، استفاده از اکسرژی در خارج از فیزیک و مهندسی به زمینه های محیط زیست صنعتی، اقتصاد محیط زیست، سیستم های محیط زیست، و انرژی پخش شده است. تعریف که در آن یک رشته به پایان می رسد و بعد شروع می شود یک ماده از معانی است، اما برنامه های کاربردی از اکسرژی را می توان به categories.Researchers سفت و سخت در اقتصاد زیست محیطی و حسابداری زیست محیطی قرار داده انجام تجزیه و تحلیل اکسرژی هزینه به منظور ارزیابی تاثیر فعالیت های انسانی بر جریان محیط طبیعی. همانطور که با هوای محیط، این اغلب نیاز به تعویض غیر واقعی از خواص از یک محیط طبیعی در محل از محیط زیست دولت مرجع کارنو. به عنوان مثال، بوم شناسان و دیگران شرایط مرجع برای اقیانوس و برای پوسته زمین را توسعه داده اند. ارزش اکسرژی برای فعالیت های انسانی با استفاده از این اطلاعات می تواند برای مقایسه گزینه های سیاست بر اساس بهره وری از استفاده از منابع طبیعی به انجام کار مفید است. سوالات معمول که ممکن است پاسخ می: آیا تولید انسان یک واحد از یک کالای اقتصادی بوسیله A استفاده بیشتر از اکسرژی یک منبع نسبت به روش B آیا تولید انسان از خوب اقتصادی استفاده از اکسرژی یک منبع نسبت به تولید؟ از B خوب است؟ آیا تولید انسان از خوب اقتصادی استفاده اکسرژی یک منبع موثر تر از تولید B خوب؟ شده است برخی از پیشرفت در استانداردسازی و استفاده از این اکسرژی methods.Measuring وجود دارد نیاز به ارزیابی محیط دولت مرجع یک سیستم است. [ 14] با توجه به برنامه های کاربردی از اکسرژی در بهره برداری از منابع طبیعی، روند کمی نیاز به یک سیستم تخصیص ارزش (هر دو مورد استفاده و بالقوه) به منابع است که همیشه به راحتی به نظر هزینه و سود معمولی جدا نیست. با این حال، به طور کامل تحقق بخشیدن به پتانسیل یک سیستم برای انجام کار، آن است که به طور فزاینده ای ضروری به درک پتانسیل اگزرژتیک از منابع طبیعی، [15] و چگونه انسان دخالت مخدوش کنندهی این potential.Referencing کیفیت ذاتی یک سیستم در محل از یک مرجع محیط زیست دولت [14] مستقیم ترین راه که بومشناسان تعیین اکسرژی از یک منبع طبیعی است. به طور خاص، آن را ساده ترین است که به بررسی خواص ترمودینامیکی یک سیستم، و مواد مرجع [16] که در محیط مرجع قابل قبول است. [16] این اجازه می دهد تا تعیین برای بدست گرفتن کیفیت در یک حالت طبیعی: انحراف از این سطوح ممکن است یک تغییر در محیط زیست ناشی از منابع خارج نشان می دهد. سه نوع از مواد مرجع است که قابل قبول هستند، با توجه به گسترش آنها در این سیاره وجود دارد: گازهای درون جو، مواد جامد در پوسته زمین، و مولکول یا یون در آب دریا [14] با درک این مدل پایه، آن را ممکن است برای تعیین اکسرژی سیستم های زمین چند تعامل، مانند اثر تابش خورشیدی در زندگی گیاه. [17] این دسته بندی ها اولیه، به عنوان اجزای اصلی یک محیط مرجع در هنگام بررسی این که چگونه می توان از طریق اکسرژی کیفیت resources.Other طبیعی در یک محیط دولتی مرجع تعریف شده عبارتند از دما، فشار، و هر تعداد از ترکیبی از مواد در یک منطقه تعریف شده استفاده شده است. [14 ] باز هم، اکسرژی یک سیستم است که توسط پتانسیل که سیستم برای انجام کار تعیین می کند، پس از آن برای تعیین کیفیت پایه یک سیستم قبل از آن ممکن است به درک پتانسیل که سیستم لازم است. ارزش ترمودینامیکی از یک منبع را می توان با ضرب اکسرژی از منابع توسط هزینه به دست آوردن منابع و پردازش آن پیدا شده است. [14] امروز، آن را در حال تبدیل شدن به طور فزاینده ای محبوب به تجزیه و تحلیل اثرات زیست محیطی استفاده از منابع طبیعی، به ویژه برای تولید انرژی استفاده از. [18] برای درک پیامدهای این شیوه، اکسرژی به عنوان یک ابزار برای تعیین پتانسیل تاثیر انتشار، سوخت، و دیگر منابع انرژی استفاده شده است. [18] احتراق سوخت های فسیلی، برای مثال، با توجه به ارزیابی اثرات زیست محیطی سوزاندن زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی را مورد بررسی قرار. روش فعلی برای تجزیه و تحلیل گازهای گلخانه ای از این سه محصول را می توان به روند تعیین اکسرژی از سیستم های تحت تاثیر قرار در مقایسه؛ به طور خاص، مفید است به بررسی این با توجه به محیط زیست دولت مرجع گازهای درون atmosphنظریه یانگ منجر به کارکردهای دولت پتانسیل ترمودینامیکی توصیف تفاوت از equilibrium.In ترمودینامیکی 1873، گیبس ریاضیات "انرژی در دسترس بدن و متوسط" را به شکل امروز آن را دارد مشتق شده است. [3] (نگاه کنید به معادله بالا). فیزیک توصیف اکسرژی از آن زمان کمی تغییر کرده است

مقاله توسط برنا قاضی زاده ترجمه شده است

دانشنامه دانشگاه هاروارد ارایه شده توسط ویکیپدیا مقاله رسمی نه دانش نامه آزاد.