Click here to load reader

termodynamika - podstawowe poję · PDF filetermodynamika - podstawowe pojęcia • Układ termodynamiczny - wyodrębniona część otaczającego nas świata. • Parametry układu

  • View
    222

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of termodynamika - podstawowe poję · PDF filetermodynamika - podstawowe pojęcia • Układ...

termodynamika - podstawowe pojcia Ukad termodynamiczny - wyodrbniona cz otaczajcego nas wiata.

Parametry ukadu termodynamicznego - wielkoci fizyczne, za pomoc ktrych opisujemy stan ukadu termodynamicznego, takie jak: temperatura (T), objto (V), cinienie (p).

Proces termodynamiczny - kada zmiana ukadu, przy ktrej zmienia si warto co najmniej jednego z parametrw ukadu. Wyrniamy nastpujce podstawowe przemiany termodynamiczne:

przemiana izotermiczna (T=const),

przemiana izobaryczna (p=const),

przemiana izochoryczna (V=const),

przemiana adiabatyczna (dQ=0; pVk=const, gdzie k=cp/cV).

Ukad izolowany - ukad, ktry nie wymienia z otoczeniem, ani materii, ani energii.

Ukad zamknity - ukad termodynamiczny, ktry nie moe wymienia z otoczeniem materii, a jedynie energi, (np. ukad zamknity adiabatycznie - nie wymienia z otoczeniem energii w postaci ciepa, lecz moe wymienia energi w postaci

pracy).

Stan rwnowagi termodynamicznej - stan ukadu, ktrego parametry nie zale od czasu (parametry okrelajce ten ukad oraz wszystkie funkcje stanu s niezmienne w czasie).

Temperatura i ciepo

Ciepo jest energi przekazan midzy ukadem a jego otoczeniem na skutek istniejcej midzy nimi rnicy temperatur.

Zmiana temperatury jest wynikiem przepywu energii termicznej midzy ukadem a jego otoczeniem.

Energia termiczna to energia wewntrzna energia kinetyczna i potencjalna atomw, czsteczek i innych mikroskopowych cia tworzcych ukad.

Ciepo jest pobierane w wyniku bezporedniego kontaktu cia od ciaa o temperaturze wyszej do ciaa o temperaturze niszej.

Zerowa zasada termodynamiki

Jeeli ciaa A i B s w stanie rwnowagi termodynamicznej z trzecim ciaem, to s one take w stanie rwnowagi termodynamicznej ze sob nawzajem.

A B

T=100C

T=100C

A

B

Q=0

Pochanianie ciepa Ciepo waciwe c jest energi ciepem Q pochonitym przez ciao o masie m 1 kg tak aby zmienio swoj temperatur DT o 1 stopie.

Ciepo przemiany jest ciepem pochonitym przez ciao o masie 1 kg tak aby zmienio swoj faz.

Tm

Q

TTm

Qc

pk D

)(

m

QL

substancja c. waciwe [J*kg-1*K-1]

c. topnienia [kJ/kg]

c. parowania [kJ/kg]

mied 386 13 300

glin (aluminium) 900 11 293

alkohol etylowy 2430 104 854

woda 4190 333 2257

ciepo przemiany

ciepo topnienia

ciepo parowania

Bilans cieplny

Bilans c. stosuje si dla ukadu izolowanego od otoczenia. Ukad tworz ciaa o rnych temperaturach i jedyn form zmiany energii wewntrznych tych cia jest wymiana ciepa pomidzy nimi. Wtedy, I-sza zasada termodynamiki redukuje si do postaci:

pobraneoddane QQ

QQQQ

2121 ''

bilans cieplny stosuje si w kalorymetrii

Bilans cieplny przykad

Na tafl lodu o temperaturze 0C puszczamy strumie pary wodnej o temperaturze 100C. Ciepo topnienia lodu: 3,3105 J kg-1, ciepo skraplania pary wodnej w 100C: 2,3106 J kg-1, ciepo waciwe wody: 4,2103 J kg-1K-1. Jeli masa pary wynosi 1 kg, to ile wyniesie masa stopionego lodu (m)?

lodutopnieniaparyskroplonejchparyskraplania QQQ ____

2,3106 J kg-1 1 kg + 1 kg 4,2103 J kg-1K-1 (100C - 0C) = 3,3105 J kg-1 m

Rozszerzalno cieplna

rozszerzalno liniowa

bimetal

Tll DD 0

substancja [10-6/K]

glin (aluminium) 23

mosidz 19

stal 11

TVV DD 0

3

rozszerzalno objtociowa

Rozszerzalno cieplna (mikroskopowy opis)

Tp

Ciepo i praca

gdzie: p cinienie gazu S powierzchnia toka

bimetal

pdVSdspsdFdW )(

koo

pocz

V

V

pdVdWW

W wyniku ujcia nieduej iloci piasku na cylinder zadziaaa sia F skierowana pionowo do gry, przesuwajc tok o mao odlego ds.

Praca a cinienie

kierunek przemiany

W > 0

Kcin

ien

ie

objto

P

W < 0

Kcin

ien

ie

objto

P

W > 0 Kci

nie

nie

objto

P

W > 0

Kci

nie

nie

objto

P

W > 0

Kci

nie

nie

objto

P

Wwyp

> 0

koo

pocz

V

V

pdVdW

I-sza zasada termodynamiki

Wyraa prawo zachowania energii w ukadach termodynamicznych: zmiana energii wewntrznej DU ukadu jest rwna sumie pracy, wykonanej nad ukadem (lub wykonanej przez ukad) i dostarczonego ukadowi (lub odebranego przez ukad) ciepa: Z zasady tej wynika, e nie mona zbudowa perpetuum mobile pierwszego rodzaju, czyli hipotetycznej maszyny, ktra wykonuje prac nie pobierajc energii z otoczenia lub wykonujcej wiksz prac od pobranej energii.

WQU DDD

Szczeglne przypadki I-szej zasady termodynamiki

przemiana adiabatyczna

przemiana adiabatyczna ukad nie wymienia ciepa z otoczeniem DQ = 0.

WU D

pV = const

T2 = 2*T

1 = const

p -

ci

nie

nie

V - objto

W

T1 = const

Szczeglne przypadki I-szej zasady termodynamiki

przemiana izochoryczna przemiana izochoryczna zachodzi przy staej objtoci V = 0. (W = -pV = 0)

QU DD

ochadzanie

ogrzewanie

V - objto

p -

ci

nie

nie

na krzywej p(V) proces izochoryczny jest lini pionow ciepo jest dodatnie przy ogrzewaniu ukadu ciepo jest ujemne przy ochadzaniu ukadu

Szczeglne przypadki I-szej zasady termodynamiki

proces cykliczny proces cykliczny ukad po wymienieniu ciepa i/lub wykonaniu pracy powraca do stanu pocztkowego, zatem jego energia wewntrzna nie ulega zmianie DU = 0.

WQ

W > 0

Kci

nie

nie

objto

P

Wwyp

> 0

kady proces cykliczny przedstawiony na krzywej p(V) jest krzyw zamknit

Szczeglne przypadki I-szej zasady termodynamiki

rozpranie swobodne rozpranie swobodne przemiana adiabatyczna + brak wykonanej pracy przez i nad ukadem DQ = 0, W = 0.

0DU

proces zachodzcy gwatownie na krzywej p(V) mona zaznaczy tylko punkt pocztkowy i kocowy

mechanizmy przekazywania ciepa

przewodnictwo cieplne i opr cieplny

R

T

L

TTkS

t

QP ZGprzew

D

kS

LR

substancja k [Wm-1K-1]

mied 401

glin (aluminium) 235

stal 14

powietrze (suche) 0,026

szko (okienne) 1

wata szklana 0,048

Strumie ciepa Pprzew, czyli ilo energii przepywajcej Q w jednostce czasu t jest proporcjonalny do rnicy temperatur TG TZ, a odwrotnie proporcjonalny do oporu cieplnego R, zdefiniowanego jako stosunek dugoci przewodnika L do iloczynu powierzchni przewodnika S i wspczynnika przewodnoci cieplnej waciwej k.

gdzie:

mechanizmy przekazywania ciepa

konwekcja

Prdy konwekcyjne to ruchy czstek (gazu, cieczy) w kierunku pionowym. Warunkiem powstania prdw konwekcyjnych jest istnienie rnic temperatur, ktre w zwizku ze zjawiskiem rozszerzalnoci, powoduj powstawanie rnic gstoci. Zgodnie z prawem Archimedesa, gazy/ciecze o mniejszej gstoci wypywaj na powierzchni, a ich miejsce zajmuj gazy/ciecze o wikszej gstoci.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Konwekcja

http://pl.wikipedia.org/wiki/Konwekcjahttp://pl.wikipedia.org/wiki/Konwekcja

mechanizmy przekazywania ciepa

promieniowanie

Promieniowanie to przepyw energii w wyniku promieniowania elektromagnetycznego. Moc promieniowania cieplnego:

4STPprom

gdzie s staa Stefana-Boltzmanna, e zdolno emisyjna powierzchni ciaa, S pole powierzchni ciaa, T temperatura

fala elektromagnetyczna nie potrzebuje orodka do rozchodzenia si, zatem jedyn izolacj od promieniowania s powierzchnie lustrzane dobrze odbijajce

Przemiany nieodwracalne, zmiana entropii

Energia nie wyznacza kierunku procesw nieodwracalnych. Entropia, tak jak cinienie objto, temperatura i energia jest parametrem stanu jej zadanie to wyznaczenie kierunku w procesie nieodwracalnym. Zmian entropii definiujemy:

Dko

pocz

poczkoT

dQSSS

przemiana nieodwracalna w ukadzie zamknitym powoduje zawsze wzrost entropii aby wyznaczy zmian entropii w przemianie nieodwracalnej zachodzcej w ukadzie zamknitym, naley zastpi t przemian dowoln przemian odwracaln , ktra ma taki sam stan pocztkowy i kocowy

II-ga zasada termodynamiki

Entropia nigdy nie maleje w ukadzie zamknitym.

0DS

entropia wzrasta w przemianach nieodwracalnych entropia si nie zmienia w przemianach odwracalnych w wiecie rzeczywistym wszystkie przemiany s nieodwracalne, procesy dla ktrych entropia si nie zmienia s idealizacj entropia moe male w ukadzie otwartym do ktrego dostarczana jest energia z zewntrz

Search related