Maszyny cieplne substancja robocza

Podobne dokumenty
Maszyny cieplne i II zasada termodynamiki

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Temperatura. Zerowa zasada termodynamiki

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

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

Termodynamika. Q=c m T. f 2 Energia wewnętrzna. Fizyka 1 Wróbel Wojciech

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

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

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

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

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

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Fizyka 14. Janusz Andrzejewski

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

Spis treści. Przedmowa WPROWADZENIE DO PRZEDMIOTU... 11

Pierwsza i druga zasada termodynamiki.

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

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

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

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

TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA

Druga zasada termodynamiki, odwracalność przemian, silniki cieplne, obiegi

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

Druga zasada termodynamiki, odwracalność przemian, silniki cieplne, obiegi

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

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

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

termodynamika fenomenologiczna

Podstawy fizyki sezon 1 X. Elementy termodynamiki

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

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

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

TERMODYNAMIKA I TERMOCHEMIA

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

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

Podstawy termodynamiki

Ciepła tworzenia i spalania (3)

Wykład Temperatura termodynamiczna 6.4 Nierówno

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

Przemiany termodynamiczne

Zasady termodynamiki

Termodynamika Część 6 Związki i tożsamości termodynamiczne Potencjały termodynamiczne Warunki równowagi termodynamicznej Potencjał chemiczny

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

Podstawy termodynamiki

Kinetyczna teoria gazów Termodynamika. dr Mikołaj Szopa Wykład

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

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

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

Wprowadzenie do techniki ćwiczenia energia, sprawność, praca

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

Druga zasada termodynamiki.

Obieg Ackereta-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa(Stirlinga)

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

wymiana energii ciepła

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

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

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Podstawowe pojęcia 1

ELEMENTY TERMODYNAMIKI

Podstawy fizyki wykład 6

Elementy termodynamiki

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Koninie. Janusz Walczak

Miejsce biofizyki we współczesnej nauce. Obszary zainteresowania biofizyki. - Powrót do współczesności. - obiekty mikroświata.

Wykład 3. Entropia i potencjały termodynamiczne

Elementy termodynamiki i wprowadzenie do zespołów statystycznych. Katarzyna Sznajd-Weron

Kryteria samorzutności procesów fizyko-chemicznych

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

Techniki niskotemperaturowe w medycynie

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

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

Fizyka Termodynamika Chemia reakcje chemiczne

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

Fizykochemiczne podstawy inżynierii procesowej

Wykład 4. II Zasada Termodynamiki

Krótki przegląd termodynamiki

Biofizyka. wykład: dr hab. Jerzy Nakielski. Katedra Biofizyki i Morfogenezy Roślin

Druga zasada termodynamiki. Rys Przemiana zamknięta, czyli obieg

Równowaga w układach termodynamicznych. Katarzyna Sznajd-Weron

Termodynamika materiałów

Termodynamiczny opis przejść fazowych pierwszego rodzaju

Spotkania z fizyka 2. Rozkład materiału nauczania (propozycja)

Spis treści. PRZEDMOWA.. 11 WYKAZ WAśNIEJSZYCH OZNACZEŃ.. 13

Termodynamika (1) Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. poniedziałek, 23 października 2017

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

termodynamika fenomenologiczna

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

Fizyka statystyczna. This Book Is Generated By Wb2PDF. using

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

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

1 Wymagania egzaminacyjne na egzamin maturalny - poziom rozszerzony: fizyka

PLAN REALIZACJI MATERIAŁU NAUCZANIA FIZYKI W GIMNAZJUM WRAZ Z OKREŚLENIEM WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

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

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany

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

Przegląd termodynamiki II

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

Maszyny cieplne i II zasada termodynamiki

Transkrypt:

Maszyny cieplne cel: zamiana ciepła na pracę (i odwrotnie) pracują cyklicznie pracę wykonuje substancja robocza (np.gaz, mieszanka paliwa i powietrza) która: pochłania ciepło dostarczane ze źródła ciepła o wyższej temperaturze część pochłoniętego ciepła przekształca w pracę reszta pochłoniętego ciepła przekazywana jest do chłodnicy o niższej temperaturze (aby zachowana była cykliczność procesu powrót do stanu początkowego)

Cykl Carnota Sprawność cyklu η definiujemy jako stosunek pracy użytecznej W wykonanej przez gaz do ciepła Q G dostarczonego do gazu w danym cyklu. Sprawność ΔU 0 η W Q G W Q QG Q Q G Wykonana praca Dostarczone ciepło Z η Q G G Q Z G G Z Z

Cykl Carnota Sprawność cyklu η definiujemy jako stosunek pracy użytecznej W wykonanej przez gaz do ciepła Q G dostarczonego do gazu w danym cyklu. Sprawność ΔU 0 η W Q G W Q QG Q Q G Wykonana praca Dostarczone ciepło Z η Q G G Q Z G G Z Z

Cykl gazowy ciepło i praca

Cykl Otta (silnik czterosuwowy)

Cykl Otta (silnik czterosuwowy) η 1 V V 1 2 R C V

Silnik benzynowy dwusuwowy

Cykl Diesla η 1 1 V κ V 2 3 κ 1 V1 V 2 1 V V 1 2 κ

Cykl Stirlinga η 1 ηc c n R lnv V 2 V 1 η C

Silnik Stirlinga http://www.logicsys.com.tw/wrkbas.htm

Silnik Stirlinga http://www.logicsys.com.tw/wrkbas.htm

Cykl Carnota Sprawność cyklu η definiujemy jako stosunek pracy użytecznej W wykonanej przez gaz do ciepła Q G dostarczonego do gazu w danym cyklu. Sprawność ΔU 0 η W Q G W Q QG Q Q G Wykonana praca Dostarczone ciepło Z η Q G G Q Z G G Z Z

Chłodziarka Sprawność chłodnicza QZ η Q Q G Z Z G Z

Pompa cieplna

J Q Mechanizmy przekazywania ciepła dq d dt ds d x Przypadek jednowymiarowy - opis uproszczony P Q k S t współczynnik przewodności cieplnej Prawo Fouriera L G Z grubość warstwy

Mechanizmy przekazywania ciepła Prawo Fouriera S k L R Opór cieplny 2 Z 12 2 1 12 G 1 L S k L S k P 2 2 1 1 Z G k L k L S P i i i Z G k L S P L k S t Q P Z G

Mechanizmy przekazywania ciepła P Q t k S L G Z Prawo Fouriera R L ks Opór cieplny

Promieniowanie cieplne Prawo Stefana - Boltzmana E~ 4

Promieniowanie cieplne

Konwekcja Zależna od sił wyporu i lepkości ośrodka.

Przykłady izolacja termiczna 90-99,8% powietrza ermos Aerożel

Rozszerzalność cieplna ciał stałych ΔL αl Δ L0 ΔV αv Δ V 0 Współczynnik rozszerzalności liniowej i objętościowej

Rozszerzalność cieplna ciał stałych Bi-metal

Rozszerzalność cieplna ciał stałych

Rozszerzalność wody

Rozszerzalność wody

Cykle termodynamiczne Cykl: proces lub szereg procesów które doprowadzają układ termodynamiczny z powrotem do warunków początkowych. Cykle odwracalne i nieodwracalne Procesy odwracalne Proces jest odwracalny, jeśli za pomocą małej (różniczkowej) zmiany parametrów otoczenia można wywołać proces odwrotny Proces jest odwracalny, jeśli po przejściu przez niego najpierw w normalnym, a następnie w przeciwnym kierunku, zarówno układ jak i otoczenie zewnętrzne wracają do stanu wyjściowego

Cykle termodynamiczne Proces izotermicznego sprężania/rozprężania (=const) jest procesem odwracalnym jeśli przeprowadzany jest bardzo powoli staramy się aby układ był w stanie tylko lekko odbiegającym od stanu równowagi przepływ ciepła nie jest spowodowany przez różnicę temperatur Procesy odwracalne Proces adiabatycznego sprężania/rozprężania (Q=const) jest procesem odwracalnym jeśli przeprowadzany jest bardzo powoli staramy się aby układ nie był w stanie daleko odbiegającym od stanu równowagi proces ten nie zamienia ciepła na pracę mechaniczną

Ciepło i praca dw Fdl psdl psdl pdv W dw V k pdv Vp W p ΔV

I zasada termodynamiki ciepło dostarczone do układu ΔU E WK E WP Q W U dq praca wykonana przez układ W Energia wewnętrzna układu U wzrasta, jeśli układ pobiera energię w postaci ciepła Q i maleje, kiedy układ wykonuje pracę W. Q du W Dostarczone do układu ciepło δq powoduje zwiększenie energii wewnętrznej układu o du i wykonanie przez układ pracy δw przeciwko siłom zewnętrznym.

Druga zasada termodynamiki Clausius: Niemożliwe jest przekazywanie ciepła przez ciało o niższej temperaturze ciału o wyższej temperaturze bez wprowadzenia innych zmian w obu ciałach i ich otoczeniu Kelvin: Niemożliwe jest pobieranie ciepła z jednego źródła i zamiana go na pracę bez wprowadzenia innych zmian w układzie i jego otoczeniu - Nie można zbudować perpetuum mobile II rodzaju - Przepływ ciepła zawsze następuje od ciała cieplejszego do chłodniejszego - Żadna cykliczna maszyna cieplna nie może mieć sprawności większej niż silnik Carnota - W układzie zamkniętym entropia nie może maleć

Druga zasada termodynamiki jest przejawem następujących nieodwracalnych procesów: 1. Kiedy dwa obiekty o różnej temperaturze są ze sobą w kontakcie cieplnym to przepływ ciepła odbywa się zawsze od obiektu cieplejszego do zimniejszego 2. Praca mechaniczna może być przetworzona całkowicie na ciepło ale ciepło nie może być całkowicie przetworzone na mechaniczną pracę (nie możemy zamienić ciepła w pracę z 100% sprawnością) mówi, że o energii musimy myśleć nie tylko w kategoriach jej ilości lecz również jakości Energia ulega degradacji za każdym razem kiedy zostaje użyta: np. ciepło z reaktora jądrowego Þ elektryczność Þ zasilanie urządzeń domowych - w każdej z tych przemian dochodzi do strat energii której nie można odzyskać

Druga zasada termodynamiki określa kierunek spontanicznych procesów nieodwracalnych przykłady: - gaz spontanicznie rozpręża się od obszaru wysokiego ciśnienia do niskiego - gazy i ciecze mają tendencje mieszania się same ze sobą niż separowania - sól kuchenna rozcieńcza się w wodzie, ale nigdy samoczynnie nie wytrąca się z roztworu - łatwiej zrobić bałagan w swoim pokoju niż go posprzątać

Druga zasada termodynamiki Clausius: Niemożliwe jest przekazywanie ciepła przez ciało o niższej temperaturze ciału o wyższej temperaturze bez wprowadzenia innych zmian w obu ciałach i ich otoczeniu Kelvin: Niemożliwe jest pobieranie ciepła z jednego źródła i zamiana go na pracę bez wprowadzenia innych zmian w układzie i jego otoczeniu - Nie można zbudować perpetuum mobile II rodzaju - Przepływ ciepła zawsze następuje od ciała cieplejszego do chłodniejszego - Żadna cykliczna maszyna cieplna nie może mieć sprawności większej niż silnik Carnota - W układzie zamkniętym entropia nie może maleć

Perpetuum mobile I rodzaju: Ciągły wypływ energii II rodzaju: Ciepło zamieniane bezpośrednio w pracę Demon Maxwella Ciepło z oceanów

Entropia Funkcja stanu ds dq ΔS S K S P K P dq [J/K] Zmiana entropii zależy jedynie od początkowego i końcowego stanu układu ΔS n R ln V V K P nc V ln K P Dla dowolnej przemiany Miara energii układu, która nie może być użyta do wykonania pracy mechanicznej du ds p dv

Procesy odwracalne i nieodwracalne W przemianach odwracalnych w układzie zamkniętym zmiana entropii jest równa 0 S 0 Nierówność Clausiusa Przemiana nieodwracalna w układzie zamkniętym zawsze powoduje wzrost entropii.

Statystyczna definicja entropii N! n 1! n 2! wielokrotność konfiguracji S ln k B Wzór Boltzmana Układy dążą do stanu bardziej prawdopodobnego konfiguracji o wyższej wielokrotności (wyższej entropii) S( 1 1 ) = S( 1 ) + S( 1 )

Statystyczna definicja entropii N! n 1! n 2! wielokrotność konfiguracji S ln k B Wzór Boltzmana Układy dążą do stanu bardziej prawdopodobnego konfiguracji o wyższej wielokrotności (wyższej entropii) S( 1 1 ) = S( 1 ) + S( 1 )

Entropia a oś czasu W przemianach nieodwracalnych entropia wyznacza kierunek zachodzenia procesu

Entropia miara nieuporządkowania ds dq ciepło przemiany temperatura przemiany Ekosystemy są układem otwartym

Entropia