Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Podobne dokumenty
Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

= = Budowa materii. Stany skupienia materii. Ilość materii (substancji) n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek), N A

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

Jednostki podstawowe. Tuż po Wielkim Wybuchu temperatura K Teraz ok. 3K. Długość metr m

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

TERMODYNAMIKA. przykłady zastosowań. I.Mańkowski I LO w Lęborku

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

Podstawy termodynamiki

Wykład FIZYKA I. 14. Termodynamika fenomenologiczna cz.ii. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Fizyka 14. Janusz Andrzejewski

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

termodynamika fenomenologiczna

Stany materii. Masa i rozmiary cząstek. Masa i rozmiary cząstek. m n mol. n = Gaz doskonały. N A = 6.022x10 23

Podstawy fizyki sezon 1 X. Elementy termodynamiki

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Termodynamika. Część 5. Procesy cykliczne Maszyny cieplne. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA

T 1 > T 2 U = 0. η = = = - jest to sprawność maszyny cieplnej. ε = 1 q. Sprawność maszyn cieplnych. Z II zasady termodynamiki wynika:

Kinetyczna teoria gazów Termodynamika. dr Mikołaj Szopa Wykład

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Zmiana energii wewnętrznej ciała lub układu ciał jest równa sumie dostarczonego ciepła i pracy wykonanej nad ciałem lub układem ciał.

Przemiany termodynamiczne

Maszyny cieplne substancja robocza

Temperatura. Zerowa zasada termodynamiki

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Termodynamika cz.1. Ziarnista budowa materii. Jak wielka jest liczba Avogadro? Podstawowe definicje. Notes. Notes. Notes. Notes

Stany skupienia materii

Temperatura i ciepło E=E K +E P +U. Q=c m T=c m(t K -T P ) Q=c przem m. Fizyka 1 Wróbel Wojciech

1 Wymagania egzaminacyjne na egzamin maturalny - poziom rozszerzony: fizyka

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Teoria kinetyczna INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

Temperatura, ciepło, oraz elementy kinetycznej teorii gazów

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

Spis treści. Przedmowa WPROWADZENIE DO PRZEDMIOTU... 11

Plan wykładu. Termodynamika cz.1. Jak wielka jest liczba Avogadro? Ziarnista budowa materii

TERMODYNAMIKA I TERMOCHEMIA

1. PIERWSZA I DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI TERMOCHEMIA

Obieg Ackeret Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji

Wykład 12 Silnik Carnota z gazem doskonałym Sprawność silnika Carnota z gazem doskonałym Współczynnik wydajności chłodziarki i pompy cieplnej Carnota

ELEMENTY TERMODYNAMIKI

Termodynamika. Część 4. Procesy izoparametryczne Entropia Druga zasada termodynamiki. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Ciśnienie i temperatura model mikroskopowy

Plan wykładu. Termodynamika cz.1. Jak wielka jest liczba Avogadro? Ziarnista budowa materii

GAZ DOSKONAŁY W TERMODYNAMICE TO POJĘCIE RÓŻNE OD GAZU DOSKONAŁEGO W HYDROMECHANICE (ten jest nielepki)

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

ZADANIA Z FIZYKI - TERMODYNAMIKA

Ciepło właściwe. Autorzy: Zbigniew Kąkol Bartek Wiendlocha

Termodynamika. Cel. Opis układu niezależny od jego struktury mikroskopowej Uniwersalne prawa. William Thomson 1. Baron Kelvin

3. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. Ile jest równy ten przyrost w kelwinach?

Druga zasada termodynamiki, odwracalność przemian, silniki cieplne, obiegi

Gaz rzeczywisty zachowuje się jak modelowy gaz doskonały, gdy ma małą gęstość i umiarkowaną

Termodynamika. pv=nrt. f 2 Energia wewnętrzna 1 MAKROSKOPOWO. pv=nk B T MIKROSKOPOWO. Fizyka 1 Wróbel Wojciech. Zderzenia. Pęd przekazywany ściance

Równanie gazu doskonałego

Przemiany gazowe. 4. Który z poniższych wykresów reprezentuje przemianę izobaryczną: 5. Który z poniższych wykresów obrazuje przemianę izochoryczną:

Druga zasada termodynamiki, odwracalność przemian, silniki cieplne, obiegi

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

Ciepła tworzenia i spalania (3)

Spis tres ci 1. Wiadomos ci wste pne

Obieg Ackereta-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa(Stirlinga)

100 29,538 21,223 38,112 29, ,118 24,803 49,392 41,077

8. Przemiany stanu gazu doskonałego (II). 9. Cykl Carnota. Sprawność silnika cieplnego sprawność procesu przemiany ciepła w energię kinetyczną.

FIZYKA STATYSTYCZNA. d dp. jest sumaryczną zmianą pędu cząsteczek zachodzącą na powierzchni S w

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany

Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1. Kierownik przedmiotu: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski

Maszyny cieplne i II zasada termodynamiki

Termodynamika Termodynamika

1. 1 J/(kg K) nie jest jednostką a) entropii właściwej b) indywidualnej stałej gazowej c) ciepła właściwego d) pracy jednostkowej

WYZNACZANIE STOSUNKU c p /c v

Temodynamika Roztwór N 2 i Ar (gazów doskonałych) ma wykładnik adiabaty κ = 1.5. Określić molowe udziały składników. 1.7

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 19 TERMODYNAMIKA CZĘŚĆ 2. I ZASADA TERMODYNAMIKI

Termodynamika cz. 2. Gaz doskonały. Gaz doskonały... Gaz doskonały... Notes. Notes. Notes. Notes. dr inż. Ireneusz Owczarek

1 I zasada termodynamiki

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

W pierwszym doświadczeniu nastąpiło wrzenie wody spowodowanie obniżeniem ciśnienia.

Spis treści. PRZEDMOWA. 11 WYKAZ WAśNIEJSZYCH OZNACZEŃ. 13 I. POJĘCIA PODSTAWOWE W TERMODYNAMICE. 19

Elementy fizyki statystycznej

Podstawowe pojęcia 1

4. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. W kelwinach przyrost ten jest równy

Termodynamika program wykładu

Fizyka statystyczna. This Book Is Generated By Wb2PDF. using

Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

3. Przejścia fazowe pomiędzy trzema stanami skupienia materii:

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

(1) Równanie stanu gazu doskonałego. I zasada termodynamiki: ciepło, praca.

WYBRANE ZAGADNIENIA Z TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Spotkania z fizyka 2. Rozkład materiału nauczania (propozycja)

Wykład FIZYKA I. 15. Termodynamika statystyczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Elementy tworzące świat i ich wzajemne oddziaływanie: b) zjawiska cieplne

Druga zasada termodynamiki.

Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

15 Kinetyczna teoria gazów i termodynamika I

Transkrypt:

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki dr inż. Zbigniew Szklarski szkla@agh.edu.pl http://layer.uci.agh.edu.pl/z.szklarski/

emperatura Fenomenologicznie wielkość informująca o tym jak ciepłe/zimne jest dane ciało. Kinetyczno-molekularnie - jest określona przez średnią energię kinetyczną ruchu cząsteczek ciała..03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i

Pomiar temperatury Zmiana temperatury zmiany własności ciał termoskop Zasada pomiaru opiera się na ZEROWEJ ZASADZIE ERMODYNAMIKI Wyskalowany termoskop termometr.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 3

Skale temperatur Punkty termometryczne: punkt potrójny wody = 73,6 K wrząca woda topniejący lód t C K 73,5 t C = K temp. ciała krzepnący roztwór salmiaku 9 t F tc 3 5.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 4

Kinetyczno-molekularna interpretacja temperatury, energii wewnętrznej i ciepła Związek energii kinetycznej cząsteczki z temperaturą: E k ~ k gdzie k stała Boltzmana Dla cząsteczki jednoatomowej 3 E k k Dla cząsteczki dwuatomowej 5 E k k ponieważ:..03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 5

Stopnie swobody cząsteczek Liczba danych koniecznych i wystarczających do określenia położenia ciała w przestrzeni 3 5 Dla cząsteczki dwuatomowej 7 E k m x m y m z I y y I z z.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 6

Zgodnie z zasadą ekwipartycji energii na każdy stopień swobody przypada ta sama średnia wartość energii kinetycznej m i I i i k dla cząsteczki jednoatomowej: stąd dla cząsteczki dwuatomowej: 3 E k Przepływ ciepła przekaz energii k 5 E k k.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 7

O zmianach energii wewnętrznej układu wnioskujemy ze zmian parametrów określających stan termodynamiczny, tzn. p,,. Istnieją dwa sposoby wymiany energii między układami w formie PRACY lub CIEPŁA.. Mówi o tym I zasada termodynamiki: ΔU= Q + W Energia wewnętrzna układu rośnie gdy dostarczamy ciepła lub wykonujemy nad układem pracę. Ilość przekazanego ciepła zależy od: - rodzaju substancji (jej ciepła właściwego) - jej masy - uzyskanej różnicy temperatur Q = c w m Δ.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 8

Ogrzewamy układ: Δ= k - 0 >0 Q > 0 - ciepło jest pobierane przez układ Oziębiamy układ: Δ= k - 0 <0 Q < 0 - ciepło jest oddawane przez układ Wynika stąd zasada bilansu cieplnego: ΣQ = 0 Małe przypomnienie: - w jednym molu substancji jest N A = 6,03 0 3 cząsteczek - masa gazu m = n μ (gdzie μ masa molowa, n ilość moli) - ciepło właściwe a ciepło molowe: c w Q m C Q n.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 9

Równanie stanu gazu doskonałego Gaz doskonały: - punkty materialne - nie oddziałują ze sobą poza - idealnie sprężystymi zderzeniami - poruszają się prostoliniowo, jednostajnie Nacisk na jedną ściankę wywierany przez N cząstek: F 3 N d mv Ciśnienie na jedną ściankę: p F d 3 N mv 3 N mv.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 0

p 3 N mv Skoro p p Nk lub const 3 E k k Przechodząc między dwoma stanami gazu: p p Dla jednego mola gazu w warunkach normalnych: p0 0 0 R R 8, 3 J mol K Dla n moli gazu w dowolnych warunkach: p nr m p R równanie Clapeyrona.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i

Praca w termodynamice F z dw Fz dx p S dx p d W dw pd dx W tym wypadku objętość się zmniejsza d<0 zatem aby być w zgodzie z I zasadą termodynamiki należy przyjąć że praca siły zewnętrznej: W jeżeli gaz się rozpręża: d>0 to W<0!! pd W p Uwaga! W podręcznikach anglojęzycznych często stosowana jest umowa odwrotna! (wówczas ΔU=Q-W).03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i

Przykład Podczas rozprężania gaz przechodzi ze stanu do stanu. Zakładamy, że = Z równania Clapeyrona p nr W pd nr d nr d W nr ln 0 oznacza to, że to gaz wykonuje pracę.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 3

Przemiany termodynamiczne gazu doskonałego Izobaryczna Gay-Lusac a p = const const Q 0 0 objętość w 0 0 C deg współczynnik rozszerzalności objętościowej gazu.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 4

W przemianie do układu Q U + W W>0 W<0 Q dostarczono ciepło: Q > 0 Q pracę wykonuje układ: W przemianie 3: W U Q W < 0 Q < 0 W > 0 W p W p.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 5

Izotermiczna Boyl a-mariotte a p p33 = const p const 3 Q Układ oddaje ciepło: Q < 0 Pracę wykonuje siła zewnętrzna: W > 0 W R ln = const ΔU = 0.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 6

Izochoryczna Charles a p p 4 4 = const p const 4 Q Do układu dostarczono ciepło: Układ nie wykonuje pracy: p p 0 współczynnik termicznej rozprężliwości gazu Q > 0 W = 0 U Q.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 7

Adiabatyczna 5 5 Układ izolowany: p const Praca siły zewnętrznej: Q = 0 c c Q = 0 W > 0 p 5 5 U W.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 8

Cykl Carnot a Izolowane ścianki i tłok Zasada pracy silników cieplnych: Substancja robocza dokonuje szeregu przemian termodynamicznych (cykli mniej lub bardziej zamkniętych), pobierając ciepło i w ich wyniku wykonuje pracę. Nieskończona pojemność cieplna źródła i chłodnicy.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 9

rozprężanie izotermiczne rozprężanie adiabatyczne U = 0 Q= W W a = U kosztem energii wewnętrznej gazu.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 0

sprężanie izotermiczne sprężanie adiabatyczne U = 0 Q = W praca wykonana w cyklu kosztem pobranego ciepła W a = U gaz pobiera pracę W= Q Q.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i

Sprawność cyklu: η = W Q = Q Q Q = Sprawność cyklu Carnota zawsze jest mniejsza od, bowiem temperatura chłodnicy ma wartość większą od zera, gdyż temperatura zera bezwzględnego jest nieosiągalna. Pompa cieplna: ciepło jest przekazywane od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej - w kierunku przeciwnym do samorzutnego przepływu ciepła. Procesowi przekazywania ciepła w tym kierunku musi towarzyszyć praca czynnika zewnętrznego (np. sprężarka w lodówce). Przykłady: Sprawność silnika spalinowego (temp. Spalania mieszanki 700 K, chłodnicy 300K) wynosi 0,56. Sprawność cyklu Carnota o temperaturze zbiornika ciepła 700 K, i otaczającego powietrza około 300 K wynosi: 0,89. Sprawność silnika parowego (kocioł o temperaturze 373 K) to jedynie 0,!.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i

5 0 Silnik Cykl spalinowy Otta 0- suw ssania - sprężanie (adiabat.) -3 zapłon 3-4 suw pracy 4--5 wydech Cykl Diesla 887r. Cykl Atkinsona.03.08 Wydział Informatyki, Elektroniki i 3