Pierwsza i druga zasada termodynamiki.

Transkrypt

1 Pierwsza i druga zasada termodynamiki.

2 Jaki jest sens fizyczny tego równania? E= W Zmiana energii ciała równa jest pracy wykonanej nad tym ciałem przez siły zewnętrzne lub przez to ciało.

3 Kiedy praca jest wykonywana nad ciałem przez siły zewnętrzne? Np. gdy nakręcam spręŝynę zegarka, to JA wykonuję pracę NAD spręŝyną. Jej energia w tej sytuacji rośnie.

4 Kiedy praca jest wykonywana przez ciało? Np. gdy spręŝyna przesuwa wskazówki zegarka. Jej energia w tej sytuacji maleje.

5 Pierwsza zasada termodynamiki. Zmiana energii wewnętrznej ciała równa jest sumie pracy wykonanej nad ciałem przez siły zewnętrzne lub przez ciało i energii przekazanej w sposób cieplny. U = W+ Q U zmiana energii wewnętrznej W praca Q energia przekazana w sposób cieplny

6 Co to znaczy energia przekazana w sposób cieplny? W sposób cieplny, czyli poprzez przewodnictwo cieplne, konwekcję lub promieniowanie.

7 Pierwsza zasada termodynamiki określa cztery moŝliwości zmiany energii wewnętrznej: 3. Wzrost energii wewnętrznej ciała uzyskany poprzez wykonanie pracy nad tym ciałem w obecności sił tarcia. 1. Wzrost energii wewnętrznej ciała uzyskany poprzez dostarczenie energii w sposób cieplny. U = W+ Q 4. Zmniejszenie energii wewnętrznej ciała wywołane wykonaniem pracy przez to ciało. 2. Zmniejszenie energii wewnętrznej ciała wywołane odebraniem energii w sposób cieplny.

8 Przykłady: 1. Ogrzanie garnka z wodą na palniku gazowym. 2. Ochłodzenie butelki wody mineralnej w lodówce. 3. Rozgrzewanie się wiertła wiertarki w trakcie wiercenia. 4. Silniki cieplne (parowy, spalinowy, odrzutowy, rakietowy)

9 Silnik parowy

10 Silnik spalinowy

11 Silnik rakietowy

12 Silnik odrzutowy (strumieniowy)

13 Silnik turboodrzutowy

14 Perpetuum mobile pierwszego rodzaju (z łac. wiecznie ruchome) hipotetyczna maszyna, której zasada działania, sprzeczna z prawami fizyki, umoŝliwiałaby jej nieustanną pracę bez pobierania energii z zewnętrznego źródła.

15 Silnik pobiera energię ze źródła ciepła (Q 1 ). Część energii zostaje zamieniona na pracę (W), pozostała energia (Q 2 ) zostaje oddana chłodnicy.

16 Sprawność silnika określa jaką część energii pobranej ze źródła ciepła silnik zamienia na pracę. η = W Q 1 100% lub η = Q 1 Q 1 Q 2 100%

17 Czy moŝna zbudować silnik, który zamieniałby całą pobraną energię na pracę?

18 Druga zasada termodynamiki: NiemoŜliwy jest taki proces, którego jedynym rezultatem byłoby pobranie ciepła ze źródła o temperaturze wyŝszej i zamiana tego ciepła w całości na pracę. inaczej NiemoŜliwe jest zbudowanie silnika o 100% sprawności.

19 Perpetuum mobile drugiego rodzaju hipotetyczna maszyna, której zasada działania, sprzeczna z prawami fizyki, która umoŝliwiałaby jej zamianę całego ciepła pobranego ze źródła na pracę.

20 Proces odwracalny proces, w wyniku którego zmieniający swój stan układ ciał wraca bez wykonania pracy przez siły zewnętrzne do stanu początkowego. Czy te procesy (ruch oscylatora) w rzeczywistym przypadku są odwracalne?

21 W rzeczywistym przypadku, aby przywrócić stan początkowy układu wymagane jest dostarczenie energii. W naszym otoczeniu występują wyłącznie procesy nieodwracalne.

22 Czy uporządkowanie naszego otoczenia rośnie czy maleje?

23 Entropia wielkość fizyczna (symbol S) będąca miarą nieuporządkowania. Q S =, [ S] = 1 T J K Samorzutna zmiana stanu układu zawsze prowadzi do wzrostu jego entropii. (inne sformułowanie drugiej zasady termodynamiki) Rudolf Julius Emanuel Clausius ( )

24 Jak zmienia się entropia szklanki i jej zawartości? Jak zmienia się entropia otoczenia? Jaka jest sumaryczna zmiana entropii?