BILANSE ENERGETYCZ1TE. I ZASADA TERMODYNAMIKI

Podobne dokumenty
Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

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

YCa. y 1. lx \x. Hi-2* sp = SPRĘŻARKI TŁOKOWE 7.1. PODSTAWY TEORETYCZNE

WŁAŚCIWOŚCI GAZÓW 3.1. PODSTAWY TEORETYCZNE

K raków 26 ma rca 2011 r.

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

3. PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI Bilans energii

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

Zasada działania maszyny przepływowej.

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

WYZNACZANIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU METODĄ BILANSU CIEPLNEGO

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

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (SILNIK IDEALNY) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH

Wykład Temperatura termodynamiczna 6.4 Nierówno

Zadania domowe z termodynamiki dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E. Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków

PORÓWNANIE WYKRESU INDYKATOROWEGO I TEORETYCZNEGO - PRZYKŁADOWY TOK OBLICZEŃ

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

Podstawy termodynamiki

Termochemia elementy termodynamiki

Wykład 7 Entalpia: odwracalne izobaryczne rozpręŝanie gazu, adiabatyczne dławienie gazu dla przepływu ustalonego, nieodwracalne napełnianie gazem

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

Zestaw zadań na I etap konkursu fizycznego. Zad. 1 Kamień spadał swobodnie z wysokości h=20m. Średnia prędkość kamienia wynosiła :

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

WYKŁAD 3 TERMOCHEMIA

Przegląd termodynamiki II

Przemiany termodynamiczne

Konkurs fizyczny - gimnazjum. 2018/2019. Etap rejonowy

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Zestaw 1cR. Dane: t = 6 s czas spadania ciała, g = 10 m/s 2 przyspieszenie ziemskie. Szukane: H wysokość, z której rzucono ciało poziomo, Rozwiązanie

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

Termodynamika, ciepło

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

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

ZADANIA Z CHEMII Efekty energetyczne reakcji chemicznej - prawo Hessa

Rodzaje pracy mechanicznej

E r energia, która została rozproszona, np. zwiększyła energię wewnętrzną rury. Ponieważ (2)

Konkurs fizyczny szkoła podstawowa. 2018/2019. Etap rejonowy

Czego można się nauczyć z prostego modelu szyny magnetycznej

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

Eksperymentalnie wyznacz bilans energii oraz wydajność turbiny wiatrowej, przy obciążeniu stałą rezystancją..

PRZEMIAITY CHARAKTERYSTYCZNE GAZÓW DOSKONAŁYCH I PÓŁDOSKONAŁYCH

Zagospodarowanie energii odpadowej w energetyce na przykładzie współpracy bloku gazowo-parowego z obiegiem ORC.

Zasady termodynamiki

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

Krótki przegląd termodynamiki

PL B1. ZAWADA HENRYK, Siemianowice Śląskie, PL ZAWADA MARCIN, Siemianowice Śląskie, PL BUP 09/13

Laboratorium z Konwersji Energii SILNIK SPALINOWY

W pierwszym doświadczeniu nastąpiło wrzenie wody spowodowanie obniżeniem ciśnienia.

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

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

c = 1 - właściwa praca sprężania izoentropowego [kj/kg], 1 - właściwa praca rozprężania izoentropowego

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

Ćwiczenie M-2 Pomiar mocy

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Spotkania z fizyka 2. Rozkład materiału nauczania (propozycja)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

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

Klucz odpowiedzi i kryteria punktowania zadań

Jak mierzyć i jak liczyć efekty cieplne reakcji?

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

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY z Fizyki dla uczniów dotychczasowych gimnazjów i klas dotychczasowych gimnazjów 2018/2019

Obieg Ackereta-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa(Stirlinga)

ZADANIA DLA CHĘTNYCH NA 6 (SERIA I) KLASA II

, (2.1) A powierzchnia przekroju zbiornika, Równanie bilansu masy cieczy w zbiorniku ma postać. , gdzie: q i dopływ,

AUTOMATYKA I POMIARY LABORATORIUM - ĆWICZENIE NR 15 WYMIENNIK CIEPŁA CHARAKTERYSTYKI DYNAMICZNE

Energetyka odnawialna i nieodnawialna

1. PIERWSZA I DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI TERMOCHEMIA

ZADANIA Z FIZYKI - TERMODYNAMIKA

ROZWIĄZUJEMY ZADANIA Z FIZYKI

KONKURS FIZYCZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA MAZOWIECKIEGO

Zad. 5 Sześcian o boku 1m i ciężarze 1kN wywiera na podłoże ciśnienie o wartości: A) 1hPa B) 1kPa C) 10000Pa D) 1000N.

Ciepło właściwe. Autorzy: Zbigniew Kąkol Bartek Wiendlocha

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

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

ETAP I - szkolny. 24 listopada 2017 r. godz

Na podstawie: J.Szargut, A.Ziębik, Podstawy energetyki cieplnej, PWN, Warszawa 2000

Napęd pojęcia podstawowe

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

Wymagania edukacyjne z fizyki w klasie drugiej gimnazjum rok szkolny 2016/2017

Metoda Elementów Skończonych

BADANIE SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ.

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

ZADANIA Z FIZYKI NA II ETAP

KONKURS FIZYCZNY dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 6 lutego 2009 r. zawody II stopnia (rejonowe)

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

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Stany skupienia materii

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego. Schemat punktowania zadań

Aerodynamika i mechanika lotu

1. Wykres przedstawia zależność wzrostu temperatury T dwóch gazów zawierających w funkcji ciepła Q dostarczonego gazom.

PL B1. ZAWADA HENRYK, Siemianowice Śląskie, PL BUP 13/13. HENRYK ZAWADA, Siemianowice Śląskie, PL

12.1. Proste obiegi cieplne (Excel - Solver) Proste obiegi cieplne (MathCad) Proste obiegi cieplne (MathCad) Proste obiegi cieplne

Transkrypt:

BILANSE ENERGETYCZ1TE. I ZASADA TERMODYNAMIKI 2.1. PODSTAWY TEORETYCZNE Sporządzenie bilansu energetycznego układu polega na określeniu ilości energii doprowadzonej, odprowadzonej oraz przyrostu energii układu. Najbardziej ogólne sformułowanie I zasady termodynamiki ma postać: A - a + JV i I*;, i J gdzie: E^, - suma energii doprowadzonej do układu [J], E - suma energii odprowadzonej z układu [J], E - przyrost energii układu [j]. W technice cieplnej często występują urządzenia działające w sposób ciągły (wymiennik przepływowy, turbina, kocioł). Jeżeli taki układ znajduje się w warunkach ustalonych, to bilans energetyczny odniesiony do jednostki czasu przybierze postać! = E,!2.2) Energię do układu można doprowadzić lub odprowadzić przy pomocy: pracy mechanicznej, energii cieplnej, energii elektrycznej, energii strumienia czynnika. Ogólnie przyjęto, że energię cieplną pochłoniętą przez układ uważa się za dodatnią, energię cieplną oddaną - za ujemną. Pracę wykonaną przez układ traktuje się jako dodatnią, natomiast pracę do-

- 15 - prowadzoną - za ujemną. Dla lepszego zapamiętania regułę tę przedstawiono na rys.2.1. Rozpatrując pracę sprężarek wygodniej jest zmienić umowę i traktować pracę doprowadzoną jako dodatnią a odprowadzoną jako ujemną. Tak też postąpiono w rozdziale 7. Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że jeżeli energia ciecieplna zostanie zamieniona na pracę mechaniczną, to ilość \ otrzymanej pracy jest dokładnie równa ilości zużytej energii; cieplnej. Prawdziwe też jest twierdzenie odwrotne: przy zamianie pracy mechanicznej na energię cieplną, ilość powstałego ciepła jest dokładnie równa ilości zużytej pracy. Matematyczne wyrażenie I zasady termodynamiki dla nieskończenie małych zmian stanu dowolnego gazu ma postać: dq = du + dl, (2.5) gdzie: dq ilość ciepła zużyta do zmiany stanu gazu [j], du - zmiana energii wewnętrznej gazu [J], dl - wykonana praca bezwzględna [J]. Każda z wartości w równaniu (2 3) może być w zależności od charakteru przemiany - większa, mniejsza lub równa zeru. Dla masy 1 kg gazu równanie (2-3) przybierze postać: dq =_du + dl dl = p dv, (2,4-a) więc dq = du + p dv (2.4-b) Rozpatrując zmianę stanu gazu dla wartości skończonych od parametrów początkowych 1 do końcowych 2 otrzymano: = (U 2 " V + L 1-2» (2.51)) Praca "bezwzględna dla 1 kg gazu dl = p dv r 2 H-2 = J P d v = P(^2 ~ ^^ (2.6a) lub dla m kg gazu L 1-2 = mp(v 2 - Ti ) = p(v 2 - V,,). (2.6b)

- 16 - Pierwsze równanie termodynamiki (2-5) lub (2-4) można przedstawić w drugiej postaci, wprowadzając pojęcie pracy technicznej i entalpii: dq = di - v dp, dq = di H (2.7a) (2.7b) Ponieważ dl t = - v dp to h ^1-2= -i" n (2.8a) 2 1 2 (2.8b) Równanie definicyjne entalpii: i = u + pv. (2.9) Druga postać pierwszego równania termodynamiki dla wartości skończonych od stanu 1 do 2: q 1-2 = ^2 ~ i 1 + l t1-2* (2.10) 2.1. ZADANIA 2.2.1. Bijak młota parowego uderzył stalowy przedmiot nagrzewając go od temperatury T,, = 300 K (27 C) do T 2 a 350 K (73 0). Masa bijaka wynosiła m. = 500 kg. Wysokość swobodnego spadku h = 2,5 n. Zakładając, że 35% wydzielonego przy uderzeniu ciepła zużyta z-ostała na podgrzanie przedmiotu obliczyć jego masę nu. Przyjąć: ciepło właściwe stali c = 0,452 kj/(kg«deg), przyspieszenie ziemskie g = 9,81 m/s. Energia spadającego bijaka zamieniona na ciepło zużyte do podgrzania przedmiotu wynosi E,, = 0,35-m i.łi-g oraz E 2 = m 2 «c(!d 2 - T^), ponieważ. E,, = 1-,*

- 17 - Skąd 0,35 m 2 = m kg.m»deg N, s.kg»deg c a 0,452 kj/(kg.deg) = 452 J/(kg-deg), 1J = 1 (kg.m. 2 )/s 2 ; ostatecznie po wstawieniu wartości liczbowych! m 2 _ ~ 2, ~ 452(350 - _ o 2.2.2. Przeprowadzono badanie silnika spalinowego obciążonego hamulcem szczękowym. Uzyskano następujące wyniki: - ilość wody chłodzącej hamulec m s 1,72 kg, - przyrost temperatury wody AT = 35 deg, - prędkość kątowa wału w =157 rad/s. Zakładając, że 20% ciepła wytworzonego w hamulcu ulegnie rozproszeniu, oraz przyjmując ciepło właściwe wody c = 4187.J/(kg-deg) obliczyć moment obrotowy wału. W hamulcu cała moc efektywna została zamieniona na ciepło tarcia. Natomiast 80% wydzielonego ciepła podgrzewa wodę chłodzącą, czyli 0,8 N = moment obrotowy wynosis m -c-at w J2 0,8-w wstawiając wartości liczbowe otrzymano ' M - 1.72-4187-35 _? 0 0 0 0,8-157 M = 2000 N.m.

- 18-2.2.3. Ciepło właściwe oleju określono w kalorymetrze przedstawionym na rys.2.2. W czasie pomiaru otrzymano następujące wyniki; spadek napięcia na grzałce AU = 43 V, wielkość prądu J = 6 A, czas nagrzewania badanego oleju T = 720 s, przyrost rn temperatury oleju AT = =18 deg, masa badanego oleju m = 3 kg. Wcześniej wyznaczono stałą kalorymetru K, tj. ilość ciepła jaką należy doprowadzić częściom stałym kalo- Hys.2.2 rymetru (naczynie, mieszadło termometr), aby ich temperaturę podnieść o 1 deg; K a = 3120 J/deg. Obliczyć ciepło właściwe oleju. Odp. c = 2360 J/(kg-deg). 2.2.4. Na stanowisku badawczym wał silnika bezpośrednio połączono z prądnicą prądu stałego. W trakcie pomiarów zmierzono na zaciskach prądnicy: napięcie prądu U = 220 V, natężenie prądu I = 50 A. Zakładając sprawność ogólną prądnicy r^ = 0,98, obliczyć moc na wale silnika. Odp. N = 11,2 kw. 2,2.5- Samochód o masie 5000 kg poruszający się z prędkością w = 15 m/s został zahamowany. Obliczyć ilość ciepła wydzielonego w bębnach hamulcowych pojazdu. W obliczeniach uwzględnić wyłącznie energię kinetyczną ruchu postępowego. Odp. Q s 1562,5 kj. 2.2.6. Ołowiany pocisk uderzając w stalową płytę uległ stopieniu. Temperatura kuli przed uderzeniem wynosiła T* = 300 K. Temperatura topnienia ołowiu T = 600 K, ciepło topnienia ołowiu r = 20,09 kj/kg, ciepło właściwe c = 0,1256 kj/(kg«deg). Przy założeniu, że cała wydzielona energia cieplna została zużyta na podgrzanie pocisku, obliczyć jego prędkość. Odp. w = 340 m/s.

- 19-2.2.7- Rtęć o masie m = 0 f 4 kg spadła z wysokości h = 20 m do kalorymetru wypełnionego wodą. Temperatury wody w kalorymetrze i spadającej rtęci były równe. Obliczyć przyrost temperatury wody i rtęci, przyjmując że cała energia kinetyczna spadającej rtęci została w kalorymetrze zamieniona na ciepło. Masa wody w kalorymetrze ny = 0,04- kg. Ciepło właściwe rtęci c H = 01398 kj/(kg«deg), wody c H Q = = 4,187 kj/(kg"deg). W obliczeniach nie uwzględniać pojemności cieplnej części stałych kalorymetru. Odp. AT a 0,35 <łeg. 2.2.8. Przy temperaturze T = 273,16 K i ciśnieniu bezwzględnym p B 610,77 N/nr (punkt potrójny) entalpia wody równa jest zeru. Obliczyć energię wewnętrzną wody w tym stanie, jeżeli jej objętość właściwa v = 0,001002 nr/kg. Korzystając z równania (2-9) można napisać: ponieważ więc u = i - pv; i = 0, u = - 610,77*0,001002 = - 0,611 kgm/(s 2.m 2 ) m 5 /kg, u = - 0,611 J/kg. 2.2.9. Na skutek doprowadzenia ciepła gaz znajdujący się w cylindrze pod tłokiem zwiększył swoją objętość przy stałym ciśnieniu wykonując pracę L-? = 3000 kj. Ilość doprowadzonego ciepła Q^ 2 = 2700 kj. Obliczyć zmianę energii wewnętrznej i entalpii gazu. Z pierwszego równania termodynamiki (2-5a) otrzymano wstawiając dane otrzymamy U 2 - T^ = 2700-3000 - 300 kj,

- 20 - Z zależności (2-8) i (2-10) wynika, że przy dp = 0 Q 1-2 = I 2 "' 1 1 = 3 00 kj " 2.2.10. W zbiorniku znajduje się gaz o masie nu 50 kg mający energię wewnętrzną u^, a 195 kj/kg. Z rurociągu doprowadzono do zbiornika nu = 65 kg takiego samego gazu o entalpii 1_ a 1200 kj/kg. W trakcie ładowania gaz w zbiorniku stracił Q Q = 2500 kj ciepła. Obliczyć energię wewnętrzną gaau znajdującego się w zbiorniku po doładowaniu. Odp u 2 = 129,2 fcj/kg. 2.2.11. W wymienniku ciepła pokazanym na rys.2.3 czynnik o masowym natężeniu przepływu m^ =0,5 kg/s oddaje ciepło zmniejszając swoją entalpię od i. a a 2100 kj/kg do t«1^ = 1800 kj/kg. m, -~~ Czynnik ogrzewany (/ przepływając przez wymiennik zwiększa swoją entalpię od i 2 a 50 kj/kg do Sys.2.3 i' 2 = 232 kj/kg. Wielkość strat ciepła czynnika ogrzewanego na rzecz otoczenia wynosi Q = = 8,44 kw. Oblic-ayć masov/e natężenie przepływu czynnika ogrzewanego. Odp. siu = 0,778 kg/s.