UCIąGA~1.DOC

(546 KB) Pobierz

Technika cieplna – gałąź fizyki zajmująca się zjawiskami przepływu energii i zmiany ciepła na pracę

Technika cieplna – gałąź fizyki zajmująca się zjawiskami przepływu energii i zmiany ciepła na pracę.

Ciepło i praca są dwoma sposobami wymiany energii. Ciepło to sposób przekazywania energii którym ulegają zmiany amplitudy i częstości drgań cząstek ośrodka w którym przepływa energia, sposób ten określa mianem mikroskopowym wymian energii.

Praca wiąże się ze skończonymi przesunięciami ośrodka nazywamy określeniem makroskopowym sposób przekazywania energii.

Podstawowe pojęcia

Układ termodynamiczny – nazywamy substancje wypełniające obszar oddzielony od pozostałej substancji zwanej otoczeniem, powłoką rzeczywistą lub abstrakcyjną w zależności od własności tej powłoki. Układy term. dzielimy na otwarte mogą wymieniać z otoczeniem substancje i energię zarówno na drodze ciepła jak i pracy, zamknięte które nie mogą wymieniać z otoczeniem substancji ale tylko energię, odosobnione które nie mogą wymieniać z otoczeniem ani substancji ani energii.

Układy term. adiabatyczne (adiotermiczne) wymieniać mogą z otoczeniem energię jedynie na drodze pracy nie mogą wymieniać na drodze ciepła. Stan układu term. określa się za pomocą parametrów którymi są wielkości fizyczne o następujących własnościach: zmieniają wartości wraz ze zmianą stanu układu a wartości ich nie zależy od zmian jakimi układ podlega rozpatrywany stan.

Stan układu term. określa się podając średnie wartości parametru. Parametry dzieli się na intensywne i ekstensywne. Wartość parametrów intensywnych nie zależy od ilości masy substancji układu term. Wartość parametrów ekstensywnych zależna jest od masy układu term.

Równowagą term. nazywamy pojęcie:

- równowagi chemicznej określonej stałością składu substancji

- równowagi mechanicznej określonej układem sił działających na układ term.

- równowagi termicznej określonej zachowaniem stałą temp. w obszarze układu term.

Układ term. znajduje się w równowadze term. jeżeli parametry jego pozostają stałe tak długo jak długo są niezmiennymi parametry otoczenia.

Układ term. wymieniając z otoczeniem energię może ulegać przemianą term. Przemianę term. nazywa się zbiór kolejnych stanów układu zawartych od stanu początkowego do końcowego, każdy z tych kolejnych stanów traktowany jest jako stan równowagi term. układu. Tak określoną przemianę nazywamy równowagą i przebiegającą w sposób fazy stałej.

Przemiany term. dzieli się na odwracalne i nieodwracalne. Odwracalną nazywa się przemianę dla której możliwy jest powrót od stanu końcowego 2 do stanu początkowego 1, przy zadaniu tych samych parametrów układu i warunków otoczenia w każdym ze stanów pośrednich jak przy przemianie przebiegającej ze stanu 1 do 2. Przemiany rzeczywiste w wyniku dyspersji – rozpraszanie energii wymienionego z oddziaływaniem sił tarcia zarówno międzycząsteczkowego jak i między cząsteczkami układu a powłoka są przemianami nieodwracalnymi nie spełniają warunków odwracalności.

Energia układu termodynamicznego.

kinematyczna, ruchu obrotowego, potencjalna, ener. wew. ukł. term.

Energia wewnętrzna ukł. term. – nazywa się sumę ener. kinetycznej, ener. potencjalnej, ener. chemicznej oraz ener. związanymi ze stanami nuklearnymi wszystkich cząstek i atomów substancji układu term. E=mc2

Bilanse energetyczne układu term.

Układ term. doprowadzam do niego nieskończenie małą ilość ciepła.

dQ = dU+dα+dEk v~0 dEk=0

dQ=dU+dα dq=du+dl

Ciepło doprowadzone do układu term. powoduje że jego energia wew. może być zamieniona na prace.

Zasada zachowania temper.

Jeżeli dwa ciała będące w równowadze term. mają taką sama temp. jak będące z mini w równowadze term. ciało 3 to oba ciała mają tę samą temp.

dQ=dU+dα U=const. dU=0 dQ=dα dla silnika cieplnego

I zasada termodynamiki

Warunkiem pracy silnika cieplnego jest doprowadzone z zewnątrz ciepło. Nie można zbudować silnika cieplnego pracującego bez otrzymania z zewnątrz ciepła nazywamy perpetum mobile I rodzaju.

Praca zewnętrzna, bezwzględna, użyteczna, techniczna.

Praca zewnętrzna

dα=dP*ds. praca sił przesunięcia dP=p*dF dα=p*dF*ds dF*ds.=dV dα=p*dV praca zewnętrzna

p¹const.

F1-2-3-4-1=l1-2

Praca techniczna jest wielkością dimutiwną. dl=p*dv

Jest umowną wielkością, wartość pracy którą realizuje się w term. obiegi stanowiące zamknięte cykle przemian w których stan początkowy pierwszej przemiany i stan końcowy ostatniej przemiany mają takie same parametry. Lt1-2=F1-2-5-6-1

Przy spadku ciśnienia stawiamy minus ażeby mieć dodatnią pracę. dp<0 -v*dp=dl αt1-2=m*lt1-2 mkg

Praca techniczna i zewnętrzna nie jest stała. Praca techniczna może być przy v=const.

(1) dq=du+dl dq=du+p*dv d(p*v)=v*dp+p*dv p*dv=d(p*v)-v*dp

(2) dq=du+d(p*v)-v*dp du+d(p*v)=di dq=di-v*dp dlt=-v*dp

(2) dq=di+dlt p=const. dq=di-v*dp dp=0 dq=di dlt=-v*dp=0

całe doprowadzone ciepło zostanie zużyte na zmianę entalpii, układ nie wykona pracy

Entalpia jest ciepłem które należy doprowadzić do układu term. aby przeprowadzić go ze stanu 1 do 2 przy stałym ciśnieniu, wartość entalpii jest sumą energii wewnętrznej oraz pracy przetłaczania di=du+d(p*v)

Pracę przetłaczania nazywa się pracą jaką wykonuje gaz zajmując określoną objętość pod działaniem określonego ciśnienia. Można przedstawić następującym modelem technicz.

Α=P*h P=po*F+Gtłoka

Α=F(po+Gtłoka/F)*h

Po+Gtłoka/F=p

Α=F*p*h=p*V praca przetłaczania

Entropia

Entropia właściwa s=S/m

Y-siła uogólniona X-uogólnione przesunięcie

ds=dQ/dT m kg układu J/kg ds=dq/T J/kg*K dq=T*ds

T>0

ds<0 dq>0

ds>0 dq>0

Ciepło właściwe

dQ=m*c*dT m kg dq=c*dT 1 kg ciepło właściwe rzeczywiste c=dq/dT Wartość ciepła właściwego zależy od rodzaju ciała oraz od temp. c=f(T)

Dla gazów wartość ciepła właściwego zależy od sposobu wymiany ciepła inną wartość dla gazu ogrzewanego przy stałym ciśnieniu Cp p=const,a inną przy stałej objętości Cv v=const.

V=const.

Cv=(dq/dT)v dq=du+pdv (1) u=f(p,v,T) (2) F=f(p,v,T)=0

Z(1) i (2) u=f1(v,T)

v=const. dv=0

p=const

Cp=(dq/dT)p dq=di-vdp p=const dp=0 dlt=-vdp=0

dq=du+pdv (1) u=f(p,v,T) (2) F=f(p,v,T)

u=f2(p,T) v=f0(p,v)

p=const dp=0

cp>cv

Ciepło właściwe gazu przy stałym ciśnieniu jest większe niż przy stałej objętości. Różnica cp-cv równa jest pracy jaką wykonuje gaz rozprężając się przy ogrzewaniu się przy stałym ciśnieniu.

Ciepło właściwe średnie

∆T=T2-T1 t1-t2

Gaz doskonały

Nazywa się gaz hipotetyczny któremu przypisuje się następujące własności:

- budowa kospuskularna i składa się z materialnych cząstek będących w bezładnym ciągłym ruchu

- między cząsteczkami nie działają siły międzycząsteczkowe, pozbawiony jest więc on lepkości

- ciepło właściwe nie zależy od temp. , a jedynie od sposobu ogrzewania (doprowadzenie ciepła)

- nie można go skroplić (nieskraplarny)

- stosuje się dokładnie do praw gazowych

Gaz półdoskonały któremu przypisuje się wszystkie własności gazu doskonałego oprócz nie zależności gazu od temp.

Prawa gazowe

1. Prawo Boyle’a i Mariotte’a

Zachowanie gazu przy stałej temp. T=const. Przy stałej temp. iloczyn ciśnienia bezwzględnego gazu i objętości jest wartością stałą. p*v=const p1*v1=p2*v2 v=1/ρ p1/ρ1=p2/ρ2 p1/p2=ρ1/ρ2