Podstawy termodynamiki

Transkrypt

1 Podstawy termodynamk Temperatura cepło Praca jaką wykonuje gaz I zasada termodynamk Przemany gazowe zotermczna zobaryczna zochoryczna adabatyczna

2 Co to jest temperatura? Temperatura (K) początek wszechśwata pojęce zwązane z naszym odczucem cepła zmna każde cało zyczne ma własność zwaną temperaturą - kedy dwa cała są w równowadze termcznej to maja tę samą temperaturę jednostka podstawowa w układze SI to K (kelwn) jest marą ruchu ceplnego cząstek t. jest proporcjonalna do średnej energ knetycznej cząstek. dolny lmt ( 0 K ) zero absolutne! E = kt najwyższa temp. w lab. centrum słońca powerzchna słońca topnene wolramu zamarzane wody (273K) średna wszechśwata teraz (3K) wrzene helu-3 k rekordowa nska temp. 2

3 Temperatura cepło Zmana temperatury układu zwązana jest z przepływem energ z lub do otoczena energa ta zwana jest cepłem otoczene TO otoczene układ TS Q Znak Q jest sprawą umowną, tutaj będzemy stosować że jest ono dodatne gdy układ pobera cepło otoczene układ TS TS > TO TO TO układ TS Q TS = TO TS < TO Q<0 Q=0 Q>0 ujemne dodatne Cepło jest ormą energ która przepływa pomędzy układem a jego otoczenem spowodowanym różncą temperatur Cepło praca ne są cecham układu, opsują przepływ energ (przecwne do temperatury, która charakteryzuje układ jest parametrem stanu układu) Jednostka cepła to J (dżul), dawnej używano kalor 1 cal = J

4 Absorpcja cepła De. pojemnośc ceplnej C Q = C T = C (T T) temp. końcowa - temp. początkowa Q C= T T De. cepła właścwego c (na jednostkę masy) Q = c m T = c m (T T) Q m(t T ) [J/(kg K)] Q c= n(t T ) [J/(mol K)] c= masa De. cepła właścwego molowego c Q = c n T = c n (T T) lczba mol substancj [J/K] Jeśl Q było wyznaczone w przemane zochorycznej to wyznaczone cepło właścwe oznaczamy przez cv Jeśl Q było wyznaczone w przemane zobarycznej to wyznaczone cepło właścwe oznaczamy przez cp

5 Praca jaką wykonuje gaz przy ogrzewanu chłodzenu dw = F ds = ( pa)(ds ) = p ( A ds ) = p dv V W = p dv V dostarczane/odberane cepło powoduje że gaz wykonuje pracę przesuwając tłok Kontroler temp dw = W>0 cśnene p zolacja Odbornk cepła W>0 W>0 wartość pracy ( przekazywanego cepła) zależy od sposobu przemany od stanu początkowego () do stanu końcowego () (zależy od drog przemany) okazuje sę, że różnca Q W jest taka sama dla każdej z tych przeman W<0 W>0 objętość V

6 I zasada termodynamk W zolowanym układze różnca pomędzy pracą wykonaną przez gaz a cepłem dostarczonym do układu w danej przemane termodynamcznej jest równa zmane energ wewnętrznej gazu du = δ Q δ W U zależy wyłączne od ostatecznych zman stanu gazu (temperatury,cśnena objętośc) ne zależy od sposobu w jak nastąpła przemana tzn. U jest jednoznaczną unkcją stanu gazu ( U = U - U) Energa wew. zawera w sobe energe wszystkch postac ruchów wewnętrznych w układze (energę ruchu postępowego obrotowego wszelkch oscylacj cząstek) oraz energę oddzaływana wzajemnego wszystkch cząstek I zasada termodynamk jest zasadą zachowana energ dla procesów termodynamcznych Zmana energ wew. En. wew. gazu doskonałego sprowadza sę tylko to energ knetycznej wszystkch rodzajów ruchu cząsteczek gazu

7 Izoprocesy Proces zotermczny przemana w której temperatura jest stała T = const. zatem gaz wykonuje pracę która równa sę V W= P V V V V nrt pdv = dv = nrt ln V V V w tej przemane pv = const. (wynka to z pv=nrt ) zmana energ wewnętrznej jest równa 0 Uwaga! Zmanę en. wew. dla gazu doskonałego można zawsze polczyć z : U = n cv (T T ) U= 0 zatem Q= W tutaj cepło jest całkowce zamenone na pracę

8 Izoprocesy Proces adabatyczny układ ne wymena cepła z otoczenem Q = 0 U= W praca gazu odbywa sę kosztem jego P V energ wewnętrznej jednocześne spełnone jest: U = n cv (T T ) zolacja

9 Izoprocesy Proces adabatyczny du = pdv, du = cv dt adabata dp + p c p dv = 0 cv V γ pv = const. zoterma cśnene p n dt = dv, pv = nrt cv p dv + V dp = nr dt cp γ = cv c p cv = R T = 700K T = 500K T = 300K objętość dla gazu doskonałego

10 Izoprocesy Proces zochoryczny Przemana w której objętość jest stała dv = 0, V =const. zatem gaz ne wykonuje pracy W = 0; dw = p dv =0 U= Q P zmana energ wewnętrznej wołana jest dostarczanem/oberanem V cepła do/z układu w tej przemane p/t = const. (wynka to z pv=nrt) jednocześne spełnone jest: U = n Cv (T T )

11 Izoprocesy Proces zobaryczny Przemana w której cśnene jest stałe p = const. zatem gaz wykonuje pracę która równa sę V P W = p dv = p (V V ) V V zmana energ wewnętrznej wołana jest dostarczanem/oberanem cepła do/z układu w tej przemane p/t = const. (wynka to z rów. pv=nrt) U = Q W = n C p (T T ) p (V V ) U = n Cv (T T )