Upload
dohanh
View
238
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Zerowa zasada termodynamiki: jeśli ciało A jest w równowadze termicznej z ciałem B, a ciało B jest w równowadze termicznej z ciałem C, to ciała A i C również są w równowadze termicznej.
Ciepło jest sposobem przekazywania energii z jednego ciała do drugiego. Ciepło przepływa pod wpływem różnicy temperatur. Jeżeli ciepło nie przepływa mówimy o stanie równowagi termicznej.
Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.
2
Skala Celsjusza: 1 °C jest równy 1/100 różnicy temperatur topnienia lodu i wrzenia wody.
Skala Kelwina: 1 K= 1/273.16 temperatury punktu potrójnego wody (0 K=-273.16 °C)
W termometrze wykorzystuje się zjawisko rozszerzalności cieplnej
cieczy (np. rtęci)
3
Gaz doskonały jest wyidealizowanym modelem gazu spełniającym następujące warunki: 1. Cząsteczki gazu mają zaniedbywalnie małe rozmiary 2. Cząsteczki poruszją się chaotycznie 3. Cząsteczek jest bardzo dużo 4. Brak jest oddziaływań między cząsteczkami innych niż zderzenia
sprężyste 5. Poza momentami zderzenia na cząstki nie działają żadne siły Rzeczywiste gazy nie spełniają ściśle powyższych założeń. Dobrym przybliżeniem gazu idealnego jest gaz pod niskim ciśnieniem.
Stan gazu doskonałego opisują zmienne termodynamiczne: 1. Temperatura: T 2. Ciśnienie: P 3. Objętość: V
4
NRTPV
P – ciśnienie (siła/powierzchnię) V – objętość N – liczba moli gazu R – uniwersalna stała gazowa (R=8.315 J‧mol/K) T – temperatura w Kelwinach
Równanie Clapeyrona – opisuje związek pomiędzy zmiennymi termodynamicznymi gazu doskonałego
5
Tmgh 2
Opadające ciężarki powodują obrót łopatek, które na skutek
tarcia o wodę powodują wzrost jej temperatury
Energia 4.186 J powoduje wzrost temperatury 1g wody o 1C.
1 kaloria 4.186 J
6
Jaką pracę W należy wykonać aby „spalić” posiłek o wartości energetycznej 2000 kilokalorii? Zakładamy, że wykonujemy ćwiczenie polegające na podnoszeniu ciężaru o masie 50 kg na wysokość 2m.
JcalJcalW 66 1037.8/186.4102
nmghJ 61037.8
!!!1054.82/81.950
1037.8 3
2
6
razymsmkg
Jn
7
Dostarczenie energii do ciała bez wykonania nad nim pracy powoduje wzrost jego temperatury. Na przykład aby temperatura 1g wody wzrosła o 1°C musimy dostarczyć 4.186 J energii cieplnej (1 kalorię).
TCQ Pojemość ciepla C jest ilością ciepła potrzebną do ogrzania ciała o 1°C
Tm
Qc
Ciepło właściwe c jest pojemnością cieplną przypadająca na jednostkę masy (masowe ciepło właściwe), lub jednostkę ilości materii (molowe ciepło właściwe
8
Substancja Ciepło właściwe [J/kg‧K]
woda 4181
para wodna (100°C) 2010
drewno 1700
szkło 837
marmur 860
aluminium 900
złoto 129
Wartości ciepła właściwego różnych substancji (w temperaturze pokojowej i ciśnieniu atmosferycznym)
9
Dostarczanie energii cieplnej ciału może prowadzić do jego ogrzania, ale może też doprowadzić do przemiany fazowej. Ciepłem przemiany L nazywamy stosunek ciepła potrzebnego do zajścia przemiany w danej substacji do masy tej substancji.
m
QL
Ciepło topnienia lodu: L=3.33‧105 J/kg
Ciepło parowania wody: L=2.26‧106 J/kg
para
Energia dostarczona [J] lód
woda
lód + woda
woda + para
10
definicja ciepła przemiany
Objętość gazu rośnie o dV
PAF
PdVPAdyFdydW
f
i
V
V
PdVW
dVAdy
Praca = pole pod krzywą P(V)
Konwencja: W>0 gdy pracę wykonuje układ W<0 gdy praca jest wykonywana nad układem
11
Praca W podczas przemiany zależy nie tylko od stanu początkowego i końcowego, ale także od sposobu przeprowadzenia przemiany. Analogiczne stwierdznie dotyczy ciepła Q wymienionego pomiędzy układem a otoczenim.
12
Zarówno praca W wykonana przez układ jak i ciepło Q pochłonięte przez układ zależą od sposobu przeprowadzenia przemiany. Różnica Q-W nie zależy jednak od sposobu przeprowadzenia przemiany
Różnicę Q-W nazywamy zmianą energii wewnętrznej U układu. Zmiana energii wewnetrznej zależy tylko od stanu początkowego i stanu końcowego.
WQU
zmiana energii wewnętrznej
układu
ciepło dostarczone do
układu
praca wykonana przez układ
13
Energia wewnętrzna – całkowita energia zgromadzona w ciele. Jest ona sumą całkowietej energii kinetycznej i potencjalnej cząsteczek tworzących układ.
0QW
Dla układu izolowanego:
czyli:
0U
Pierwsza zasada termodynamiki jest sposobem wyrażenia zasady zachowania energii.
constU lub
14
Przemiana adiabatyczna: Q=0
WU
Przemiana izobaryczna: P=const
if VVPW
Przemiana izochoryczna: V=const
QU
Przemiana izotermiczna: T=const
0UQW czyli
A-izochora B-adiabata C-izoterma D-izobara
15
praca = pole
Praca w przemianie cyklicznej jest równa polu zamkniętemu krzywą
Przemiana cykliczna- przemiana, w której stan końcowy jest taki sam jak stan początkowy
16
18
Q1
Zbiornik o T2<T1
Zbiornik o T1
Q2
Silnik
W=Q1-Q2
Praca wykonana przez silnik cieplny jest równa różnicy między ciepłem pobranym od grzejnika a ciepłem oddanym do chłodnicy
21 QQW
Sprawność silnika definiujemy jako stosunek pracy wykonanej do pobranego ciepła:
1
21
1 Q
Q
W
19
Nie można skonstruować silnika który zamieniałby całe ciepło pobrane w pracę.
Zbiornik o T2
Q1
Silnik
W=Q1
Zbiornik o T1