فرایند هم‌آنتروپی کیست؟ توضیح بده.
فرایند هم‌آنتروپی یا فرایند آیزنتروپیک (به انگلیسی: Isentropic process)، یک فرایند ترمودینامیکی ایده‌آل است که همزمان بی‌دررو (آدیاباتیک) و برگشت‌پذیر باشد.در ترمودینامیک، فرآیندهای بی‌دررو برگشت‌پذیر هستند. کلاوزیوس (۱۸۷۵) واژه «هم‌آنتروپی» را به همان معنای واژه رانکین یعنی «بی‌دررو» به کار برد.در این فرایند، انتقال کار در سیستم بدون اصطکاک است و هیچ انتقال خالص گرما یا ماده صورت نمی‌گیرد. چنین فرایند ایده‌آلی در مهندسی به عنوان یک مدل و مبنایی برای مقایسه با فرآیندهای واقعی کاربرد دارد. این فرایند ایده‌آل است زیرا فرآیندهای برگشت‌پذیر در واقعیت رخ نمی‌دهند؛ در نظر گرفتن یک فرایند به عنوان هم بی‌دررو و هم برگشت‌پذیر نشان می‌دهد که آنتروپی‌های اولیه و نهایی یکسان هستند، و به همین دلیل به آن هم‌آنتروپی (isentropic) می‌گویند (آنتروپی تغییر نمی‌کند). فرآیندهای ترمودینامیکی بر اساس تأثیری که بر سیستم دارند نام‌گذاری می‌شوند (برای مثال: هم‌حجم/ایزوکوریک: حجم ثابت، هم‌آنتالپی: آنتالپی ثابت). اگرچه در واقعیت انجام یک فرایند هم‌آنتروپی لزوماً ممکن نیست، اما برخی فرایندها را می‌توان به این شکل تقریب زد.واژه «هم‌آنتروپی» (isentropic) از این واقعیت نشأت می‌گیرد که در این فرایند، علاوه بر آنکه بی‌دررو و برگشت‌پذیر است، آنتروپی سیستم نیز ثابت باقی می‌ماند.پیش‌زمینه.قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌دارد که:که در آن formula_2 مقدار انرژی است که سیستم از طریق گرما به دست می‌آورد، formula_3 دمای محیط اطراف و formula_4 تغییر در آنتروپی است. علامت مساوی به یک فرایند برگشت‌پذیر اشاره دارد که یک حد نظری و ایده‌آل است و هرگز در واقعیت فیزیکی رخ نمی‌دهد، و در آن دمای سیستم و محیط اساساً با هم برابر است.برای یک فرایند هم‌آنتروپی، اگر برگشت‌پذیر نیز باشد، هیچ انتقال انرژی به صورت گرما وجود ندارد، زیرا فرایند بی‌دررو است؛ "δQ" = ۰. در مقابل، اگر فرایند برگشت‌ناپذیر باشد، آنتروپی در داخل سیستم تولید می‌شود؛ در نتیجه، برای ثابت نگه داشتن آنتروپی در سیستم، انرژی باید به‌طور همزمان به صورت گرما از سیستم خارج شود.برای فرآیندهای برگشت‌پذیر، یک تبدیل هم‌آنتروپی با «عایق‌بندی» حرارتی سیستم از محیط اطراف آن انجام می‌شود. دما متغیر مزدوج ترمودینامیکی برای آنتروپی است، بنابراین فرایند مزدوج، یک فرایند هم‌دما خواهد بود که در آن سیستم به صورت حرارتی به یک حمام حرارتی با دمای ثابت «متصل» است.فرآیندهای هم‌آنتروپی در سیستم‌های ترمودینامیکی.آنتروپی یک جرم معین طی فرآیندی که به صورت داخلی برگشت‌پذیر و بی‌دررو باشد، تغییر نمی‌کند. فرآیندی که در طی آن آنتروپی ثابت باقی می‌ماند، فرایند هم‌آنتروپی نامیده می‌شود و به صورت formula_5 یا formula_6 نوشته می‌شود. برخی از نمونه‌های تجهیزات ترمودینامیکی که به صورت نظری هم‌آنتروپی هستند عبارتند از پمپ‌ها، کمپرسور گازها، توربین‌ها، شیپوره‌ها و پخش‌کننده‌ها.بازده هم‌آنتروپی تجهیزات جریان-پایدار در سیستم‌های ترمودینامیکی.بیشتر تجهیزات جریان-پایدار در شرایط بی‌دررو کار می‌کنند و فرایند ایده‌آل برای این تجهیزات، فرایند هم‌آنتروپی است. پارامتری که توصیف می‌کند یک تجهیز با چه بازدهی به تجهیز هم‌آنتروپی متناظر خود نزدیک می‌شود، بازده هم‌آنتروپی یا بازده بی‌دررو نامیده می‌شود.بازده هم‌آنتروپی توربین‌ها:بازده هم‌آنتروپی کمپرسورها:بازده هم‌آنتروپی شیپوره (نازل):برای تمام معادلات فوق:تجهیزات هم‌آنتروپی در چرخه‌های ترمودینامیکی.توجه: فرضیات هم‌آنتروپی فقط برای چرخه‌های ایده‌آل قابل اعمال هستند. چرخه‌های واقعی به دلیل ناکارآمدی کمپرسور و توربین و قانون دوم ترمودینامیک، تلفات ذاتی دارند. سیستم‌های واقعی کاملاً هم‌آنتروپی نیستند، اما رفتار هم‌آنتروپی برای بسیاری از اهداف محاسباتی، یک تقریب مناسب است.جریان هم‌آنتروپی.در دینامیک سیالات، جریان هم‌آنتروپی یک جریان سیال است که هم بی‌دررو و هم برگشت‌پذیر است؛ یعنی هیچ گرمایی به جریان اضافه نمی‌شود و هیچ تبدیل انرژی به دلیل اصطکاک یا اثرات اتلافی رخ نمی‌دهد. برای یک جریان هم‌آنتروپی از یک گاز ایده‌آل، می‌توان چندین رابطه برای تعریف فشار، چگالی و دما در امتداد یک خط جریان استخراج کرد.توجه داشته باشید که انرژی "می‌تواند" در یک تبدیل هم‌آنتروپی با جریان تبادل شود، تا زمانی که این تبادل به صورت گرما نباشد. نمونه‌ای از چنین تبادلی، انبساط یا تراکم هم‌آنتروپی است که مستلزم انجام کار بر روی جریان یا توسط جریان است.برای یک جریان هم‌آنتروپی، چگالی آنتروپی می‌تواند بین خطوط جریان مختلف متفاوت باشد. اگر چگالی آنتروپی در همه جا یکسان باشد، گفته می‌شود که جریان همگن‌آنتروپی است.استخراج روابط هم‌آنتروپی.برای یک سیستم بسته، تغییر کل انرژی یک سیستم، مجموع کار انجام شده و گرمای اضافه شده است:کار برگشت‌پذیر انجام شده بر روی یک سیستم با تغییر حجم عبارت است از:که در آن formula_15 فشار و formula_16 حجم است. تغییر در آنتالپی (formula_17) به صورت زیر داده می‌شود:سپس برای فرآیندی که هم برگشت‌پذیر و هم بی‌دررو باشد (یعنی هیچ انتقال گرمایی رخ ندهد)، formula_19 است و بنابراین formula_20. تمام فرآیندهای بی‌دررو برگشت‌پذیر، هم‌آنتروپی هستند. این منجر به دو مشاهده مهم می‌شود:در ادامه، محاسبات زیادی را می‌توان برای فرآیندهای هم‌آنتروپی یک گاز ایده‌آل انجام داد. برای هر تبدیلی از یک گاز ایده‌آل، همیشه درست است که:با استفاده از نتایج کلی که در بالا برای formula_25 و formula_26 استخراج شد، داریم:بنابراین برای یک گاز ایده‌آل، نسبت ظرفیت‌های گرمایی را می‌توان به صورت زیر نوشت:برای یک گاز کامل از نظر کالری (calorically perfect gas), formula_30 ثابت است. از این رو با انتگرال‌گیری از معادله فوق، با فرض یک گاز کامل از نظر کالری، به دست می‌آوریم:یعنی:با استفاده از معادله حالت برای یک گاز ایده‌آل، formula_33:همچنین، برای formula_38 ثابت (در هر مول):بنابراین برای فرآیندهای هم‌آنتروپی با یک گاز ایده‌آل:جدول روابط هم‌آنتروپی برای یک گاز ایده‌آل.استخراج شده از:که در آن: