1. I Zasada termodynamiki

W układzie odosobnionym tzn. osłoniętym osłoną adiabatyczną, ilość energii wewnętrznej układ jest stała Ed=DEu+Ew [J] Þ równ bilansu energetycznego można traktować jako I zasadę termodynamiki dot. Układu zamkniętego. Energia doprowadzona do układu wyodrębnionego osłoną adiabatyczną pozostaje częściowo w układzie a część jest wyprowadzona z układu. Interpretacja graficzna – wykr. Sankeya

Jeżeli układ działa w sposób ustalony (jego energi nie zmienia się w czasie lub zmienia się w sposób periodyczny i po skończonej liczbie cykli wraca do wart. Początkowych) to bilans energetyczny przyjmuje postać ponieważ to do czynnego silnika że jest rzeczą niemożliwą skonstruowanie perpetum mobile pierwszego rodzaju (silnika pracującego bez zasilania energią z zewnątrz).

2. II Zasada termodynamiki

sformułowanie

a)          Plancka. Jest rzeczą niemożliwą skonstr. takiego silnika (maszyny działającej periodycznie), którego działanie polegało by na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła. Silnik taki nosi nazwę perpetum mobile II rodzaju.

b)         Clausjusa ciepło nie może przejść samorzutnie od ciała o temp niższej do ciała o temp wyższej. Aby spowodować taki przepływ ciepła musimy zastosować lewo bieżną maszynę cieplną i wkładać do niej energię z zewnątrz, tzn. wywoływać zmiany w innych ciałach.

·           Samorzutne przejście – zjawisko któremu nie towarzyszą żadne zmiany w otoczeniu (otoczenie nie oddziałuje na układ)

c)          Schmidta – nie można całkowicie odwrócić przemiany, w której występuje tarcie. Pracę w całości można zmienić na ciepło przez tarcie, jednak z tego ciepła nie można w całości odzyskać pracy.

d)         Ostwalda – perpetum mobile II rodzaju jest niemożliwe – DOWÓD

czyli cykl pracy silnika stąd DSPM II R=0 bo entropia jest wielkością stanu a stan w punkcie 1-2 jest sobie równy to D=0;  p=DSPM II R+SŹR=0 - ;   Q – ciepło tarcia

p > 0 sprzeczne z prawem wzrostu entropii

e)          entropia układu zamkniętego  i izolowanego nie może maleć podczas dowolnej przemiany i wzrastać przy przemianach nieodwracalnych.

3. Wielkości zastępcze dla roztworów gazowych

Oblicza się w ten sposób, że mnoży się wielkości indywidualne przez udziały i sumuje się tak obliczone iloczyny.

a)          udziały gramowe – jeżeli jednostka danej wielkości zawiera w mianowniku kg np. R

b)         udziały molowe (objętościowe) jeżeli jednostka danej wielkości zawiera w mianowniku kmol np. M [kg/kmol]

c)          objętościowe - jeżeli m3 lub mm3

Stałą gazową R obliczamy

Masę drobinową M obliczamy

między udz mol zi i gram gi składnika roztworu zachodzi zależność

4. Entalpia – sposób obliczania

a)          ciała stałe i ciecze i=u+pv, gdzie v - obj. właść., p - bezwzględne ciśnienie statyczne, u – właściwa energia wewnętrzna

b)         gaz doskonały (funkcja tylko temp, nie zależy od ciśnienia i objętości) i=cpT+uo, gdzie cp – ciepło wł. przy stałym ciśnieniu, T – temp, uo – energia otoczenia

c)          gaz półdoskonały (funkcja tylko temp); gdzie - średnie ciepło właściwe od 0 doT, T – temp

d)         para nasycona mokra i=i`+x(i``-i`), gdzie i – entalpia pary nasyc. mokrej, i` - entalpia cieczy, i`` - ilość pary suchej nasyconej, x – stopień wilgotności

e)          para przegrzana i=i``qp, gdzie qp – ciepło przegrzania pary

f)          para mokra nasycona i=q+r+pr, gdzie r – entalpia parowania

5. Przejmowanie

jest to wymiana ciepła pomiędzy powierzchnią ciała stałego a otaczającym ją płynem

z prawa Newtona Q=A-a(tf-tw)t, gdzie tw – temp pow ciała stałego, tf - temp opływającego płynu, a - współczynnik, t - czas, A – powierzchnia

a - ozn. ilość wymienionego podczas przejmowania przez jednostkę powierzchni w ciągu jednostki czasu

Przewodzenie – polega na przenoszeniu ciepła w obrębie danego ciała od jednych drobin do drugich, odbywa się tylko gdy drobiny ciała nie podlegają przesunięciom makroskopowym. Warunek spełniony podczas przepływu ciepła przez ciała stałe Prawo Fouriera, gdzie l - wsp. przewodz. materiału, - grzdient temp. A - pole pow

6. Sposoby przekazywania ciepła

a)         przewodzenie ciepła – przenoszenie ciepła w obrębie danego ciała od jednych drobin do drugich lub przez dyfuzję

b)         konwekcja – (unoszenie ciepła) ciepło płynie z cząsteczkami płynu od ściany przegrody do rdzenia strumienia lub odwrotnie

c)          promieniowanie – ciepło przenosi się od jednego ciała do drugiego w postaci energii promienistej (za pośrednictwem fal elektromagnet)

7 Sposoby doprowadzania energii

a)         na sposób ciepła – wtedy gdy istnieje różnica temp między ciałem a otoczeniem

b)         na sposób pracy – wtedy gdy między układem a otoczeniem jest oddziaływanie różnego rodzaju sił

Ew = Lw

Ed = Ew

I – p1>po – praca na rzecz otoczenia + Lw>0

II – p1<po – otoczenie na rzecz układu – Ld<0

c)          ze strumieniem ciepła – wtedy gdy np. mamy zbiornik i:

-           substancję doprowadzamy Md

-           substancję wyprowadzamy M­w

przypadki

md>m­w

md<mw

md=mw

Md>Mw

Md<Mw

Md=Mw

d)         za pomocą prądu elektrycznego

8. Praca bezwzględna

Jest to praca wykonana przez czynnik termodynamiczny wtedy gdy ciśnienie otoczenia jest równe zero. Pracę tę można obliczyć rozpatrując układ cylinder – tłok

dx – odległość przesunięcia tłoka

Przy ¥ małym dx czynnik wykonuje pracę dl=kdx, gdzie k – siła, dx droga. Przy pracy bez tarcia siłę k równoważy ciśnienie działające na tłok. Stąd: k=pA, gdzie p – ciśnienie, A- przekrój, dl=p A dx Þ dl=p dv

p –  bezwzględne ciśnienie statyczne wewn. cylindra

dv – przyrost objętości w cylindrze

Praca bezwzględna ; interpr. graficzna (założenie – znam zależność p od v)

Jeżeli:

dv>0 to dl>0

dv<0 to dl<0

L1-2 – zależy od drogi przemiany a nie tylko od stanu początkowego i końcowego

L1-2 – dotyczy przemian zachodzących bez strat na rzecz tarcia (wtedy dl <pdv)

Zastosowanie: w układach otwartych i zamkniętych, pseudoodwr. dl = p dv - dlt = p dv - dQf  stąd dl < p dv

dlt – praca na rzecz tarcia, dQf – ciepło na rzecz tarcia

9. Sens fizyczny pracy technicznej

Pracę fizyczną rozpatrujemy wg idealnej maszyny przepływowej tzn.

-           nie występuje tarcie poruszających się względem siebie powierzchni

-           zawory nie stawiają oporu

-           w wewnętrznym zwrotnym położeniu tłok dotyka cylindra

Lt=Ln+L1-2+Lw+L1-2+p1v1-p2v2

Ln – praca napełniania

L1-2 – praca przemiany zamknietej

Lw – praca wytłaczania

zał. p1>p2

a)          w.z.p. – przemiana napełniania

b)         z.z.p. – ilość czynnika = const

Praca techniczna element. dLt = -Vdp, Lt>0 gdy dp<0

Praca skończona Lt 1-2 =

dLt>0 gdy dp<0;               dLt<0 gdy dp>0

10. Obieg Diesla

Jest obiegiem porównawczym, silników o zapłonie samoczynnym i wtryskiem paliwa za pomocą sprężonego powietrza. Jest to układ otwarty.

1-2 sprężanie izentro.

2-3spalanie p=cons

3-4 rozpr. izentropo.

4-1 wydech izochora,

Sprawność techniczna

;    

kompresja;    st. obciążeni

Stąd sprawność maleje ze wzrostem obciążenia

1-2 sprężanie izentro.

2-3 izochora (spal. wyb.)

3-4 rozpr. izentropo.

4-1 wydech (izochoryczne oddaw. ciepła)

11. Obieg Otto. Obieg porównawczy silnika z ZI

z

Lo=Qd-Qw;        

; 

;     ;    

12. Stopień suchości pary nasyconej mokrej

x – jest to parametr, który stanowi zawartość pary nasyconej suchej do całkowitej ilości pary mokrej

mp – ilość pary suchej

ilość całkowita pary mokrej

-           dla cieczy w punkcie pęcherzyków x = 0

-           dla pary w punkcie rosy x = 1

13. Wymienniki ciepła

Zadaniem ich jest umożliwienie przenikania ciepła z 1 ośrodka do 2. Zależnie od kierunków przepływu obu czynników mówi się o przepływie współprądowym, przeciwprądowym lub poprzecznoprądowym.

współpr. – przepływ w którym kierunki przepływu obu czynników są zgodne

przeciwpr. - ... są skierowane przeciwnie

poprzecznopr. - ...są do siebie prostopadłe

i nosi nazwę średniej logarytmicznej, gdyż zawiera logarytm różnicy temp na końcu i początku wymiennika

Wartość różnicy temp określana jest równaniem

Wnioski: Przy współprądzie temp końcowa płynu ogrzewanego jest niższa od końcowej temp płynu ogrzewającego. Przy przeciwprądzie końcowa temp płynu ogrzewanego może być znacznie wyższa i w pewnych przypadkach może zbliżyć się do temp początkowej płynu ogrzewającego. Przykład: Kocioł parowy, skraplacz, podgrzewacz,

14. Co to jest entalpia

To wielkość termodynamiczna określająca stan termodynamiczny układu i równa jest sumie energii wewnętrznej U układu oraz iloczynowi jego objętości i ciśnienia. Zmiana entalpii przy stałym ciśnieniu jest miarą ilości ciepła wymienionego przez układ z otoczeniem. I – entalpia, U – energia wewnętrzna, p – ciśnienie statyczne bezwzgl., V – objętość całkowita ciała.   ...