1. Równowaga- Zerowa Zasada Termodynamiki
Dwa układy, znajdujące się każdy z osobna w równowadze termicznej z układem trzecim, znajdują się także w równowadze termicznej.
Między ciałami nie ma oddziaływań termicznych – czyli nie ma wymiany ciepła.
2. Ciśnienie i temperatura – def, jednostki, zasady pomiaru
Pod pojęciem ciśnienia rozumiana jest odniesiona do powierzchni, działająca na nią siła narmalna.
Jednostką ciśnienia jest w układzie SI 1Pa – równy sile jednego niutona działająca na jeden metr kwadratowy.
Do pomiary temp. Wykorzystuje się pewne zjawiska pośrednie np. rozszerzalność gazu – zakłada się że przyrost gazu jest wprost proporcjonalny do przyrostu temperatury.
Empiryczne skale temperatur (Celsjusz, Fahrenheita, Reaumure’a)
Za temp. odniesienia przyjmuje się temp. Potrójnego wody, przy której to temp znajduje się w równowadze termodynamicznej lód woda i para.
3. Właściwości intensywne i ekstensywne
Najważniejsze w klasycznej termodynamice są parametry wewnętrzne- są to parametry stwierdzone przez obserwatora umieszczonego wewnątrz analizowanego układu np. temp. czy ciśnienie.
Parametry wewnętrzne dzielimy na dwie grupy:
Ekstensywne – zależne od wielkości układu. Np. – objętośc i masa
Intensywne – niezależne od wielkości układu. Np. – temp. i ciśnienie.
4. Termodynamiczne wielkości procesowe a parametry stanu.
Parametry stanu – są wielkościami opisującymi stan układu są niezależne od sposobu w jaki analizowany układ znalazł się w tym stanie, czyli są niezależne od historii układu. Charakteryzują one ten układ tu i teraz to jest w momencie jego analizy. W odróżnieniu od tego wielkości procesowe uwzględniają historię układu.
5. kinetyczna teoria materii, podstawowe równania kinetycznej teorii gazów
KTM – Materia składa się ze skończonej ilości cząsteczek, które oddziaływują na siebie siłami i które wobec siebie nieustannie się przemieszczają. Każda z tych cząsteczek wykonuje skomplikowane ruchy translacyjne i rotacyjne.
PRKTG – kinetyczna teoria gazów – opisuje gaz przy pomocy funkcji rozkładu, która określa liczbę cząsteczek znajdujących się w danym stanie, przy pomocy tej zmiennej poddaje się wszystkie wielkości termodynamiczne.
6. Ogólny bilans procesu. (właściwość bilansowa B)
Termodynamika jest dziedziną nauki, której przedmiotem są procesy konwersji i transmacji energii. Dla ich analizy poprawnie sformułować poszczególne bilanse.
Zmiana stopnia naładowania analizowanego układu właściwością B wynika z wymiany właściwości z układami zewnętrznymi oraz powstaniem względnie znikaniem bilansowej właściwości w samym układzie:
7. Bilans masy m. i bilans substancji n
Masa jest właściwa podlegająca prawu zachowania, zatem dM(i)=0
i jej bilans przybiera postać
Miara ilości substancji jest kilomol. Jeden kilomol to taka ilość substancji wyrażona w kilogramach, jaka odpowiada liczbowo jej masie cząsteczkowej. Ilość substancji nie podlega prawu zachowania i jej bilans w procesie ma postać ogólną
8. Liczba Loschmidta i Avogadra, objętość gazów w warunkach normalnych
Liczba Coschmidta – określa ilość cząsteczek dowolnej substancji w jednym metrze względnie centymetrze sześciennym
Liczba Avogadra – ilość cząsteczek przypadająca na jeden kilomol dowolnej substancji
9. Bilans energii W i klasyfikacja pojęć energii.
Energia podlega prawu zachowania, zatem nie istnieją ani upusty ani źródła energii i jej bilans ma postać
Nadrzędne pojęcie energia podzielić zatem można na dwie grupy: energie charakteryzujące stan układu analizowanego oraz energie przekazywane pomiędzy układami, tak zwane oddziaływania energetyczne.
10. Klasyfikacja układów termodynamicznych i ich charakterystyka, przykłady
Układy można generalnie podzielić na trzy grupy: zamknięte, otwarte, przepływowe.
Te pierwsze dopuszczają oddziaływanie termiczne, mechaniczne i inne za wyjątkiem substancjalnych. Przykładem takiego układu jest czynnik zawarty w cylindrze, ograniczony ruchomym tłokiem.
Układ przepływowy – to układ, w którym wymienia energię z otoczenia na różne sposoby, lecz który w odróżnieniu do układu zamkniętego dopuszcza przepływ substancji. Przykładem jest obszar bilansowy sprężarki, turbiny, wentylatora i innych urządzeń energetycznych.
Układ otwarty – dowolne oddziaływanie abstancyjne, np. reakcje chemiczne czy przemiany fazowe, które powodują zmianę ilości substancji wewnątrz układu. Przykładem są obszary reaktorów chemicznych czy też generatory pary wodnej.
11. Konwencje znaków algebraicznych ciepła Q i pracy L
W związku z uogólnioną postacią równania bilansowego, w odniesieniu do bilansu energii w jego szczególnej postaci, jaką jest 1 ZTD, należy zwrócić uwagę na tzw. Tradycyjną i logiczną konwencję znaków algebraicznych. Doprowadzone do układu ciepło i doprowadzona praca mają znak dodatni podczas gdy odprowadzone ciepło i doprowadzona praca ujemny. Wszystkie oddziaływania powodujące przyrost stopnia naładowania energię układu analizowanego są dodatnie, a prowadzące do zmniejszenia stopnia naładowania ujemne.
Ponieważ układ zamknięty nie może wymieniać energii z układami zewnętrznymi za pośrednictwem substancji, zatem na podstawie ogólnego bilansu energii 1 ZTD dla tego układ będzie miała postaci:
Równanie ! ZTD dla układu przepływowego musi w miejsce pracy bezwzględnej uwzględnić charakterystyczne dla tego układu pojęcie pracy technicznej. Dając jednostronnie do postaci 1 ZTD dla układu zamkniętego iloczyn Vdp otrzymuje się po przekształceniach:
Podstawą sformułowania 2 ZRT jest obserwacja i eksperyment. Fundamentalnym spostrzeżeniem Rudolfa Clausiusa które mówi o nieodwracalności procesów. 2 ZTD dotyczy kierunku przebiegu procesów.
Proces odwracalny – to proces, w którym układ mu podlegający po osiągnięciu stanu końcowego może być przeprowadzony do stanu początkowego nie zostawiając przy tym żadnych możliwych do zmierzenia trwałych śladów w otoczeniu.
Proces nieodwracalny – to proces w którym układ mu podlegający po osiągnięciu stanu końcowego i przeprowadzeniu do stanu początkowego pozostawia możliwe do zmierzenia trwałe ślady w otoczeniu – wielkość tych trwałych śladów w otoczeniu jest miarą nieodwracalności procesu.
19.Bilans entropii w procesie – ciepło zredukowane i nieodwracalna produkcja entropii
Istotą 2 ZTD jest tzw. Zasada wzrostu entropii w każdym procesie nieodwracalnym entropia rośnie , tzn. istnieje związane z nieodwracalnością źródła entropii. Całkowita zmiana entropii: układu w procesie składa się zatem ze zmiany odwracalnej, wywołanej wymianą ciepła z otoczeniem, oraz zmianę nieodwracalnej , zawsze dodatniej, związanej z nieodwracalnością.
20. Obieg termodynamiczny: def. i zastosowanie
Obieg termodynamiczny jest zamkniętym cyklem kolejno po sobie następujących co najmniej dwóch procesów składowych, w którym stan początkowy układu jest identyczny ze stanem końcowym. Dla takiego cyklu procesów całkowita zmiana parametrów stanu zeruje się. Zastosowanie:
-silnik cieplny, - sprężarka, - pompa ciepła
21. Proste urządzenia Carnotta
22. Sprawność termiczna prostych urządzeń Carnotta i przedziały wartości liczbowych tych sprawności
Sprawność termiczną urządzeń Carnotta można przedstawić:
23. Termodynamiczna istota różnicy pomiędzy chłodziarką a pompą ciepła
Różnica pomiędzy chłodziarką a pompą ciepła jest taka że pompa ciepła działa w zakresie temperatur powyżej temp. T0 narzuconego przez przyrodę otoczenia, druga natomiast poniżej. Inny jest też praktyczny cel ich stosowania.
25. Hipoteza cieplnej śmierci wszechświata.
Rudolf Clausius – w następujący sposób sformułował I i II ZTD : energia wszechświata pozostaje niezmieniona, entropia wszechświata dąży do maksimum. Ich interpretacja na cały wszechświat jako olbrzymi układ izolowany prowadzi do wniosku, że także we wszechświecie wszystkie procesy przekształceń energii prowadzą nieuchronnie do stanu równowagi, w którym entropia osiąga swą maksymalną wartość. Wszystkie parametry intensywne wszystkich produktów będą jednakowe i wobec tego nic już nie będzie działo.
26.Ogólna def. Egzergii, znaczenie egzergii dla analiz energetycznych.
Egzergia – to maksymalna praca, jaką układ termodynamicznie otwarty może wykonać w procesie odwracalnym.
Egzergia oddziaływania energetycznego jest ta jego największa część, która w obecności narzuconego przez przyrodę otoczenia może być zamieniona na dowolną inna formę oddziaływania w pracującym w sposób ustalonym konwertorze energii.
27. Def. I równanie stanu gazu doskonałego.
Gaz doskonały jest modelem substancji w fazie gazowej, podlegającym określonym założeniom upraszczającym i stosującym się do równania stanu
Gdzie są tzw. Stałymi gazowymi: indywidualną i
uniwersalną.
30. Gaz rzeczywisty na przykładzie gazu van ser Vaalsa, równanie stanu i zanczenie
Gaz rzeczywisty zachowuje się inaczej, niż modelowy gaz doskonały i różnica ta jest tym większa, im większa jest gęstość gazu, rosnąca wraz z podnoszeniem jego ciśnienia i obniżaniem temperatury. Wynika ona ze skończonych wymiarów cząsteczek, istnienia sił międzycząsteczkowych i szeregu innych przyczyn. Pierwszym naukowo udokumentowanym równaniem gazu rzeczywistego był model van Vaalsa gdzie a jest stałą
indywidualną dla każdego gazu, natomiast b stała, uwzględniającą stałą objętość.
36. Para a gaz, pojęcie odparowania, wrzenia, kondensacji, pary mokrej, suchej i przegrzanej.
Para to gaz rzeczywisty, charakteryzujący się stosunkowo wysoką zawartością temperatury krytycznej i jednocześnie o parametrach bliskich stanowi nasycenia:
- parowanie – tworzenie fazy gazowej na powierzchni cieczy
- wrzenie – tworzenie fazy gazowej w całej objętości cieczy
- kondensacja – zmiana stanu skupienia od pary do cieczy
37. Stopień suchości pary x, objętość, entalpia i entropia właściwa pary mokrej.
Stopień suchości pary x określamy ze wzoru:
Podczas ogrzewania cieczy w zamkniętym naczyniu osiąga ona temperaturę parowania która jest jednoznacznie zależna od ciśnienia, ze współrzędnych p-v punkt ten należy na tzw. Dolnej krzywej granicznej x=0. Następuje intensywne odparowanie i w wyniku przemieszania w naczyniu znajduje się jednorodna mieszanina paryi cieczy, tzw. Para mokra o stopniu suchości x. Wartość x zmienia się od 0 do 1. Przy stanie (x=1) odparwouje
dawiddd93