V. TERMODYNAMIKA KLASYCZNA

Podobne dokumenty
Wykład Turbina parowa kondensacyjna

Podstawy termodynamiki

KONSPEKT WYKŁADU. nt. MECHANIKA OŚRODKÓW CIĄGŁYCH. Piotr Konderla

Wykłady z termodynamiki i fizyki statystycznej. Semestr letni 2009/2010 Ewa Gudowska-Nowak, IFUJ, p.441 a

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W PILE INSTYTUT POLITECHNICZNY. Zakład Budowy i Eksploatacji Maszyn PRACOWNIA TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ INSTRUKCJA

termodynamika fenomenologiczna p, VT V, teoria kinetyczno-molekularna <v 2 > termodynamika statystyczna n(v) to jest długi czas, zachodzi

Zmiana entropii w przemianach odwracalnych

Wykład Mikroskopowa interpretacja ciepła i pracy Entropia

ELEKTROCHEMIA. ( i = i ) Wykład II b. Nadnapięcie Równanie Buttlera-Volmera Równania Tafela. Wykład II. Równowaga dynamiczna i prąd wymiany

Wykład 8. Silnik Stirlinga (R. Stirling, 1816)

Modele wzrostu kryształów stałych

GAZY DOSKONAŁE I PÓŁDOSKONAŁE

Wykład 1 Zagadnienie brzegowe liniowej teorii sprężystości. Metody rozwiązywania, metody wytrzymałości materiałów. Zestawienie wzorów i określeń.

Tadeusz Hofman, WYKŁADY Z CHEMII FIZYCZNEJ I dla chemików

TERMODYNAMIKA TECHNICZNA I CHEMICZNA

Płyny nienewtonowskie i zjawisko tiksotropii

RUCH OBROTOWY Można opisać ruch obrotowy ze stałym przyspieszeniem ε poprzez analogię do ruchu postępowego jednostajnie zmiennego.

Zestaw zadań 4: Przestrzenie wektorowe i podprzestrzenie. Liniowa niezależność. Sumy i sumy proste podprzestrzeni.

I. PRZEPŁYWY W BUDOWLACH

r i m r Fwyp R CM Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. - Prąd powstający w wyniku indukcji elektro-magnetycznej.

V. WPROWADZENIE DO PRZESTRZENI FUNKCYJNYCH

Wykład 10 Teoria kinetyczna i termodynamika

Zachowanie energii. W Y K Ł A D VI. 7-1 Zasada zachowania energii mechanicznej.

2 PRAKTYCZNA REALIZACJA PRZEMIANY ADIABATYCZNEJ. 2.1 Wprowadzenie

Wykład 13. Rozkład kanoniczny Boltzmanna Rozkład Maxwella-Boltzmanna III Zasada Termodynamiki. Rozkład Boltzmanna!!!

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Definicje ogólne

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Układy równań liniowych

Część III: Termodynamika układów biologicznych

KONSPEKT WYKŁADU. nt. METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH TEORIA I ZASTOSOWANIA. Piotr Konderla

TERMODYNAMIKA. Andrzej Syrwid. Kraków 2011 r.

Pokazać, że wyżej zdefiniowana struktura algebraiczna jest przestrzenią wektorową nad ciałem

ZADANIE 9.5. p p T. Dla dwuatomowego gazu doskonałego wykładnik izentropy = 1,4 (patrz tablica 1). Temperaturę spiętrzenia obliczymy następująco

Model ASAD. ceny i płace mogą ulegać zmianom (w odróżnieniu od poprzednio omawianych modeli)

W praktyce często zdarza się, że wyniki obu prób możemy traktować jako. wyniki pomiarów na tym samym elemencie populacji np.

) będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie normalnym z następującymi parametrami: nieznaną wartością 1 4

METODA ELEMENTU SKOŃCZONEGO. Termokinetyka

OGÓLNE PODSTAWY SPEKTROSKOPII

(M2) Dynamika 1. ŚRODEK MASY. T. Środek ciężkości i środek masy

Projekt 6 6. ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

4. Zjawisko przepływu ciepła

MECHANIKA 2 MOMENT BEZWŁADNOŚCI. Wykład Nr 10. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Wykład Efekt Joule a Thomsona

Energia potencjalna jest energią zgromadzoną w układzie. Energia potencjalna może być zmieniona w inną formę energii (na przykład energię kinetyczną)

Rozwiązywanie zadań optymalizacji w środowisku programu MATLAB

D. II ZASADA TERMODYNAMIKI

Termodynamika Techniczna dla MWT, Rozdział 14. AJ Wojtowicz IF UMK Generacja entropii; transfer ciepła przy skończonej róŝnicy temperatur

Temat 13. Rozszerzalność cieplna i przewodnictwo cieplne ciał stałych.

ZARYS LINIOWEJ TERMODYNAMIKI NIERÓWNOWAGOWEJ UKŁADÓW CIĄGŁYCH I MEMBRANOWYCH

Przykład 5.1. Kratownica dwukrotnie statycznie niewyznaczalna

XLI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

Sztuczne sieci neuronowe. Krzysztof A. Cyran POLITECHNIKA ŚLĄSKA Instytut Informatyki, p. 311

Pattern Classification

( ) ( ) 2. Zadanie 1. są niezależnymi zmiennymi losowymi o. oraz. rozkładach normalnych, przy czym EX. i σ są nieznane. 1 Niech X

Zaawansowane metody numeryczne

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI - CD. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na powstawaniu prądu elektrycznego w

I. Elementy analizy matematycznej

-Macierz gęstości: stany czyste i mieszane (przykłady) -równanie ruchu dla macierzy gęstości -granica klasyczna rozkładów kwantowych

Diagonalizacja macierzy kwadratowej

KORZYŚCI PŁYNĄCE ZE STOSOWANIA ZASADY PRAC WIRTUALNYCH NA PRZYKŁADZIE MECHANIKI OGÓLNEJ. 1. Wprowadzenie. 2. Więzy układu materialnego.

Doświadczenie Joule a i jego konsekwencje Ciepło, pojemność cieplna sens i obliczanie Praca sens i obliczanie

Współczynniki aktywności w roztworach elektrolitów. W.a. w roztworach elektrolitów (2) W.a. w roztworach elektrolitów (3) 1 r. Przypomnienie!

Współczynniki aktywności w roztworach elektrolitów

BADANIA OPERACYJNE. Podejmowanie decyzji w warunkach niepewności. dr Adam Sojda

WYKŁAD 12 ENTROPIA I NIERÓWNOŚĆ THERMODYNAMICZNA 1/10

5. Maszyna Turinga. q 1 Q. Konfiguracja: (q,α β) q stan αβ niepusta część taśmy wskazanie położenia głowicy

Współczynniki aktywności w roztworach elektrolitów

Stanisław Cichocki. Natalia Nehrebecka. Wykład 6

Wstęp do metod numerycznych Faktoryzacja SVD Metody iteracyjne. P. F. Góra

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Kwantowa natura promieniowania elektromagnetycznego

MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY Kryteria oceniania odpowiedzi. Arkusz A II. Strona 1 z 5

Natalia Nehrebecka. Wykład 2

ZASADA ZACHOWANIA MOMENTU PĘDU: PODSTAWY DYNAMIKI BRYŁY SZTYWNEJ

2. STOPIEŃ KINEMATYCZNEJ NIEWYZNACZALNOŚCI

-ignorowanie zmiennej wartości pieniądza w czasie, -niemoŝność porównywania projektów o róŝnych klasach ryzyka.

WYZNACZENIE DYSYPACJI KINETYCZNEJ ENERGII TURBULENCJI PRZY UŻYCIU PRAWA -5/3. E c = E k + E p + E w

Prąd elektryczny U R I =

AUTOMATYKA I STEROWANIE W CHŁODNICTWIE, KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWIE L3 STEROWANIE INWERTEROWYM URZĄDZENIEM CHŁODNICZYM W TRYBIE PD ORAZ PID

Ć W I C Z E N I E N R M-6

Portfele zawierające walor pozbawiony ryzyka. Elementy teorii rynku kapitałowego

XXX OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Moment siły (z ang. torque, inna nazwa moment obrotowy)

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

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

Egzamin poprawkowy z Analizy II 11 września 2013

Wykład 15 Elektrostatyka

F - wypadkowa sił działających na cząstkę.

SYSTEMY UCZĄCE SIĘ WYKŁAD 7. KLASYFIKATORY BAYESA. Dr hab. inż. Grzegorz Dudek Wydział Elektryczny Politechnika Częstochowska.

Pole magnetyczne. Za wytworzenie pola magnetycznego odpowiedzialny jest ładunek elektryczny w ruchu

Analiza danych. Analiza danych wielowymiarowych. Regresja liniowa. Dyskryminacja liniowa. PARA ZMIENNYCH LOSOWYCH

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 5 WERYFIKACJA HIPOTEZ NIEPARAMETRYCZNYCH

Siła jest przyczyną przyspieszenia. Siła jest wektorem. Siła wypadkowa jest sumą wektorową działających sił.

Termodynamiczne modelowanie procesów spalania, wybuchu i detonacji nieidealnych układów wysokoenergetycznych

u u u( x) u, x METODA RÓŻNIC SKOŃCZONYCH, METODA ELEMENTÓW BRZEGOWYCH i METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Wykład IX Optymalizacja i minimalizacja funkcji

ver ruch bryły

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 7 16.XI Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Transkrypt:

46. ERMODYNAMIKA KLASYCZNA. ERMODYNAMIKA KLASYCZNA ermodynamka jako nauka powstała w XIX w. Prawa termodynamk są wynkem obserwacj welu rzeczywstych procesów- są to prawa fenomenologczne modelu rzeczywstośc.. Układ termodynamczny Jest to cało lub zespół cał wyodrębnony z otoczena, Może być zolowany lub oddzaływać z otoczenem, Cechą charakterystyczną układu jest stan termodynamczny układu. Stan ten opsują parametry stanu μ (=,,3,...) Parametry stanu μ są nezależne. Np. w gazach: cśnene, gęstość, temperatura tylko dwa są nezależne. Zwykle zakładamy, że układ termodynamczny jest zotropowy względem parametrów stanu. Parametr μ dotyczy całego układu.. Proces termodynamczny Jest to jednoparametrowa funkcja stanów termodynamcznych. Parametrem jest czas (rys. 5.). Procesy kołowe (rys. 5.). Rys. 5.. Dwa różne procesy osągające te same stany termodynamczne Rys. 5.. Proces kołowy Równowaga termodynamczna z równowagą termodynamczną mamy do czynena wówczas kedy parametry stanu ne zmenają sę w długm okrese czasu. Czas jest czasem relaksacj, tzn czasem potrzebnym, aby proces przeszedł w stan równowag. Procesy quas-statyczne zmany zachodzą w długm okrese czasu t >. Procesy te są quasrównowagowe. Podzał procesów: procesy odwracalne, procesy neodwracalne.

Konderla P. Mechanka ośrodków cągłych 47 Uwaga: Wszystke procesy rzeczywste są neodwracalne. Klasyczna termodynamka zajmuje sę procesam quas-równowagowym. Rozszerzene termodynamk na procesy nerównowagowe natrafa na poważne trudnośc. 3. Perwsze prawo termodynamk I Prawo ermodynamk: Energę wewnętrzną układu, która jest funkcją stanu, można zmenć za pomocą pracy mechancznej wykonanej na układze oraz za pomocą doprowadzanego doń cepła. Rozważamy przejśce układu termodynamcznego z A do B (rys. 5.3). Postulujemy stnene pewnej funkcj stanu E(μ ) takej, że B B E( )d de( ) E( B) E( A), (5.) A Rys. 5.3. Przejśce układu termodynamcznego z punktu A do B A gdze: E(μ ) jest energą wewnętrzną układu. Poneważ przejśce A B może odbywać sę po różnych drogach, w takm raze: E E( B ) E( A) P Q (5.) dla wszystkch dróg L, L,... Dla A, B blskch de = dp + dq (5.3) gdze: de de d jest to różnczka zupełna, d (5.4) dp= P (μ ) dμ, (5.5) dq= Q (μ ) dμ. (5.6) Uwaga: funkcje P Q są dowolnym funkcjam, ne są funkcjam stanu. Zasada zachowana energ jest wyrażenem I prawa termodynamk. Zasadę zachowana energ

48. ERMODYNAMIKA KLASYCZNA zapsujemy w postac: D ( K E) L D D E ( L K) Q, (5.7) Q. (5.8) Po przejścu na przyrosty równane (5.8) zapsze sę w postac: d E L d t d K Q t, (5.9) d gdze: Ldt dk = dp lość pracy wykonanej na układze, Q dt = dq lość cepła doprowadzonej do układu. 4. Druge prawo termodynamk. Pojęce entrop Ne daje sę uzyskać pracę mechanczną ochładzając jeden zbornk cepła. Muszą być dwa zbornk o temperaturach ( > ). Pracę mechanczną można uzyskać poberając cepło ze zbornka o temperaturze przekazując go do zbornka o temperaturze. Sprawność teoretyczna takego procesu: Q Q Q. Q Q Jest to ogranczene na zamanę cepła na energa mechanczna. Odwrotne ne ma ogranczeń. (5.0) W rzeczywstych maszynach ceplnych sprawność <, (5.) oraz praca użyteczna: A Q Q, A Q' Q Q (5.) Q, gdze: Q straty cepła, straty energ. Następuje produkcja cepła Q kosztem energ użytecznej. Przykład: Proces adabatyczny w gazach (proces bez wymany cepła z otoczenem). Rys. 5.4.

Konderla P. Mechanka ośrodków cągłych 49 Analzujemy sprężane gazu jak to pokazano na rys. 5.4. Rys. 5.5. W przypadku procesu szybkego wytwarza sę cepło, które zepchnęło proces z adabaty (rys. 5.5). Z punktu C ne możemy sę dostać do punktu A. en stan jest neosągalny. Poszukwane procesów dopuszczalnych. Zwązane to jest z przemanam cepła Q. Pojęce entrop. Wyrażene ds dq (5.3) nazwane zostało przyrostem entrop. Stąd dq = ds (5.4) Funkcję S - entropa, podobne jak energa wewnętrzna E jest funkcją stanu. W procesach kołowych: proces defnują dwe funkcje: E, S: dq dla procesów odwracalnych ds 0, (5.5) dq dq dq dq S 0, (5.6) może przyjmować wartośc dodatne ujemne, a jednocześne ds d Qe e 0, e e dla procesów neodwracalnych d gdze: dq e natomast dq dq przyjmuje zawsze wartośc dodatne, stąd ds 0. Przyrost entrop: ds = ds e + ds = ds. (5.7) Druga zasada termodynamk: We wszystkch procesach termodynamcznych następuje wzrost entrop. Hpoteza: efekt śmerc ceplnej wszechśwata. 5. ermodynamka kontnuum materalnego Kontnuum materalne traktujemy jako zbór neskończene małych układów termodynamcz-

50. ERMODYNAMIKA KLASYCZNA nych. Pola materalne traktujmy jako pola gęstośc parametrów termodynamcznych (X, t) lub (x, t). Parametram tym są : gęstość energ wewnętrznej e, gęstość energ knetycznej v, j v gęstość mocy sł wewnętrznych w t j, pole temperatury, pole gęstośc entrop. Stan energ wewnętrznej cała materalnego można zmenć: a) wykonując na nm pracę mechanczną, b) doprowadzając / odprowadzając cepło: przez powerzchnę: h n ds S gdze: h strumeń cepła na jednostkę czasu, S powerzchna ogranczająca cało, przez objętość: qd gdze: q gęstość źródeł cepła na jednostkę masy. Stąd: Q ( B) h nds qd. (5.8) S I prawo termodynamk, zasada zachowana energ: D ( K E) L Q, (5.9) D D E L K Q. (5.0) Po podstawenu: D j W L K t v j d, (5.) mamy D E W Q, (5.) a po rozpsanu powyższych wyrażeń otrzymujemy lokalną wersję I zasady termodynamk De j t v j h q. (5.3) Druge prawo termodynamk DS D d S h n ds q d nerówność Claususa- Duhema, (5.4)

Konderla P. Mechanka ośrodków cągłych 5 w postac lokalnej: D h q dv. (5.5) Nerówność Claususa-Duhema określa klasę dopuszczalnych procesów. Jest ona słuszna dla całego cała jak równeż każdej wydzelonej częśc tego cała, w szczególnośc słuszna lokalne. Nerówność Claususa-Duhema słuszna dla procesów blskch quas-równowagowych. Dla procesów odwracalnych: D h q dv. (5.6) Wnosk wynkające z praw termodynamk Dla procesów quas-równowagowych mamy tylko dwe funkcje stanu. Spośród parametrów stanu: gęstość ρ, tensor naprężena t j, gradent deformacj x k,α= F k, temperatura θ, gęstość energ wewnętrznej e gęstośc entrop możemy wybrać tylko dwa nezależne parametry, które będą funkcjam stanu. Mogą to być: e, lub nna para, np. F k, θ. Najczęścej jako funkcje stanu obera sę gęstość energ wewnętrznej e, oraz gęstość entrop η. 6. Potencjały termodynamczne Często w budowe równań konstytutywnych wykorzystuje sę zapsane jednego parametru termodynamcznego jako potencjału drugego parametru. Dotyczy procesów quas-równowagowych. A Mówmy, że A jest potencjałem welkośc b jeżel: b gdze c jest nnym parametrem c termodynamcznym. Przykładowo dla I zasady termodynamk można zapsać: De j h q t v j. (5.7) Mnożąc powyższe równane przez różnczkę jednocześne z II zasady termodynamk mamy: D h q, (5.8) stąd de t d j v jdt d, (5.9) k d x e, Nech w (5.30) k d. (5.30) k x, η są zmennym nezależnym, stąd:

5. ERMODYNAMIKA KLASYCZNA e k e e d( x ) d. (5.3) k x d,, Porównując dwa ostatne równana (5.30) (5.3), mamy: e k e k const. (5.3) x, const x K., 7. Lnowa teora procesów neodwracalnych Na przyrost entrop składa sę: dostarczene cepła, produkcja entrop wewnątrz cała. DS D D d ( e )d S h n ds q d d, (5.33) lokalne: De D h q hgrad dv( ), (5.34) h q De gdze: dv, (5.35) grad D. (5.36) Zgodne z drugm prawem termodynamk: D h grad D 0 hgrad c. (5.37) Postulat Onsagera: gdze: X lub X uogólnone sły, X j, j j, (5.38) uogólnone strumene. Przykłady: praca sł tarca, procesy chemczne (hydratacja cementu), przepływy prądu elektrycznego. Postulat Onsagera ma ogranczone zastosowana. Nech stneje zależność: X j A jkl kl oraz j jkl kl B X, (5.39) oraz X j j j Ajkl kl, j, j 0, (5.40)

Konderla P. Mechanka ośrodków cągłych 53 a w takm raze macerze A jkl muszą być dodatkowo określone.