Rozróżniamy układy:
-otwarty - zamknięty
Otoczenie układu termodynamicznego:
- jest przestrzenią poza rozpatrywanym układem która może wywierać wpływ na ten układ przede wszystkim przez oddziaływanie energetyczne .
Parametr fizyczny:
- jest wielkością charakterystyczną obserwowalną dotyczącą danego układu którego znajomość nie wymaga znajomości układu.
Parametr termodynamiczny:
- jest parametrem fizycznym którego zmiana jest istotna w zjawisku termodynamicznym
a) parametry ekstensywne – dotyczą całego układu
b) parametry intensywne – nie zależą od ilości substancji (np.: t , T , p , q, v )
Przemiana QUASI- statyczna - jest to przemiana złożona z kolejno postepujących po sobie stanach równowagi.
Zerowa zasada termodynamiki – A=B , B = C , to A = C
1)
Energia wlściwa – [J/kg]
Energia – [J]
t – [0C]
T – [K]
p – [N/m2]
G – [m3/kg]
L – [J]
Strumień energii – [W]
Ciepło Q – [J]
Ciepło jednostkowe q=Q/m [J/kg]
Średnie kilo molowe ciepło właściwe – [J/kmol deg]
Entropia – [J] [kJ/kg ]
Praca bezwzględna – [N/J]
2) I zasada termodynamiki . Równ bilansu en.
I zasada termodynamiki – E1 = DEn + E2 energia dostarczona do układu równa się sumie en wyprowadzonej z układu i en zgromadzonej w układzie.
1. silnik cieplny zamienia ciepło na pracę mechaniczną
DEU – przyrost eneggii wewnętrznej
dQ – ciepło dostarczone do układu
dL – praca wyprowadzona z układu
dQ = dU+ dL
1) Q1-2 = DU + dL – skończona przemiana
CIEPŁO I ZMIANA NIE TWORZĄ RÓŻNICZKI ZUPEŁN.
Ciepło dostarczone zamienione jest na ciepłó i pracę.
DU = U2 – U1
jeżeli równanie 1 podz. przez m to otrzymam
dq = du + dl = du + pdv
wykorzystuje teraz podstawienie pod entropie
i = U + pv
dq = di – vdp
di = du + pdv + vdp
du = di – pdv – vdp
uwzględniając tarcie
dlz<pdv ( praca zewn. jest < od pracy bezwz.)
dlz + dlf = pdv
Praca tarcia zmiena się na ciepło tarcia , a ciepło :
Dlf = dqf
A ciepło całkowite rwna się ciepłu przemiany + cieplo tarcia
dqc = dq + dqf
dqc = du + pdv
dqc = di – vdp
z W
I zasada termodynamiki -
g
H
y
x
Układ jest układem odniesienia. Ciało porusza się ruchem złożonym Porusza się z prędkością W i z prędkościa kąt. w
Energia układu: En=mgH+mW2/2 + Iw2/2 + U moment bezw.
Energia wewnętrzna : U=U/m
3) Wykres Sankeya
Energia wew. Jest funkcją stanu wyraża się jako różnica
DU = u2 – u1
E1 – en dostarczona do układu , E2 en wypr z układu ,DE-przyr en ukł
Energia wewnętrzna - jest to energia związana z nieuporządkowanym ruchem czasteczek Jej składniki:
- en. ruchu drgajacego drobin , - en potencjalna w polu wzajemnego przyciągania, - en chemiczna, - en stanów elektronowych , - en jądrowa.
4) Stan ustalony układu
Stan układu – jest określony przez wszystkie parametry termodynamiczne . Dwa stany są identyczne jeśli parametry termodynamiczne tych stanów są identyczne.
5) Składniki energii wewnętrznej
6) definicja Entalpii
Entalpia - jest to suma energii wewnętrznej i pracy przetłaczania.
I = m i =[ J ] entropia
I=u + p v entropia właściwa
Uwzględniając dodatkowo en kinet i potencjaln strumienia jest równa :Es = m (w2/2 + qz + i ) pv=P/q
7)Sposoby doprowadzania i odprowadzania energii.
Sposoby doprowadzania energii do układu – I sposób :ciepło jest przekazywaniem energii nieuporządkowanego ruchu cząsteczek jednego układu termodynamicznego drugiemu. Bodźcem do przekazywania energii na sposób ciepła jest różnica temperatur . Ilość ciepła mierzy się ilością energii przekazywanej w postaci ruchu cząsteczkowego . Dla uproszczenia ten sposób przekazywania energii nazywamy ciepłem. Ciepło nie jest funkcją stanu gdyż jego ilość zależy nie tylko od początku i końca przemiany ale również od jej przebiegu. Nieskończenie mały przyrost ciepła tworzy wyrażenie Pfaffa. Q=Q/m
Q1-2=Qd-Qw
Qd Qw Qc=Q1-2-Qp
Qc1-2=mcT2/T1(T2*T1) - rzeczywiste ciepło właściwe.
Zależność ciepła właściwego od temperatury.
C
dq
q1-2
T T1 T2
Średn. ciep. właściwe CT2/T1=Qc1-2/m(T2-T1)=qc12/T2-T1
Qc1-2=Qc1-2/m
Rzeczywiste ciepło właściwe C=lim Dq/DT=dq/dT
Rzeczywiste ciepło właściwe- jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednej masy substancji do temperatury T-0,5 ®T+0,5
q
T
Q=cdT½0T(T-O)
C=dq/dt
Q1-2=mc½T1T2(T2-T1)
m=nM
Q1-2=n(Mc) ½T1T2(T2-T1)
(Mc) ½T1T2 - średnie kilo molowe ciepło właściwe
Q1-2=VCw½T1T2(T2-T1)
Cn½T1T2ciepło właściwe odmierzone do N/m3
Energia strumienia (II sposób)
Mt - masa tłocz
h
p,u,v
p – ciśń. czynnika termod
u - energia wewnetrzn.
V – obj właśiwa
U=u m
G=mg = p F energ jednostkowa
Obliczam Es E1=DE + E2
Energia doprowadzenia E1 = Es = mes E2=0
Energia strumienia Es idzie w całości na przyrost energii układu;
DEu = mt g h + m u = pFh + mu = pv + mu = mpv + mu =
= m(pv+u)=mi = J
Es=J = mes
Praca ( III sposób dostarczania energii )
K P , T,V Po=0
K – siła z jaką gaz działa na tłok
praca bezwzględna
dl = k dx = pF dx = p dv dl = p dv dl = dl/m
L1-2 = ò21 p dv
Obrazem graficznym pracy jest: P 1 La1-2>Lb1-2
V
Wykres pracy ( pole pod przemiana wyznacza prace )
Praca techniczna – z praca techniczną mamy do czynienia w naczyniach przepływowych czyli układach otwartych (pompy)
p1 1 p2,v2,T2
p2 2 p1,v1,T1
V1 V2
1
V1 = mv1
2 L1-2 = m L12
p1- napełnienie cylindra
1-2 – rozprężenie cylindra temodynamczn (przem zamknięta)
2- p2 – opróżnianie cylindra
Praca całkowita wykonana w układzie:
1. praca ekspansji
Lex = p1 v1 + L12 = m ( p1 V1 + L12)
2.Praca kompresji (opróżniania)
Lk =p2 v2 = m p2 v2
3.całkow praca wykonana przez maszyne przepł .
Lt 1-2= Lex- m(p1 v1 + L1-2 – p1v2)
Lt 1-2= -m ò21 v dp= -ò21 v dp
Lt 1-2 = -ò21 vdp
Lz1-2
Lz1-2 = L1-2 – Lf Lf=ò21 T dx - praca tarcia
Praca użyteczna – mamy z nia do czynienia gdy wysuwaj acy się tłok z cylindra musi pokonać ciśnienie otoczenia występuje tzw kompresja otoczenia.
Lu 1-2=L1-2 – Pot (V2-V1)
...
wojtekklimczak1