Hoofdstuk 6 thermodynamica
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 29

Hoofdstuk 6 THERMODYNAMICA PowerPoint PPT Presentation


  • 89 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Hoofdstuk 6 THERMODYNAMICA. lic. Dirk Willem. De 2 e hoofdwet. Inleiding. Inleiding: 1ste hoofdwet: zegt niets over de richting waarin een proces spontaan verloopt Meestal: - proces verloopt in 1 richting spontaan

Download Presentation

Hoofdstuk 6 THERMODYNAMICA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Hoofdstuk 6 thermodynamica

Hoofdstuk 6THERMODYNAMICA

lic. Dirk Willem


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

Inleiding:

1ste hoofdwet: zegt niets over de richting waarin een proces spontaan verloopt

Meestal: - proces verloopt in 1 richting spontaan

- proces in omgekeerde richting alleen mogelijk door

uitwendige invloeden.

Voorbeelden: - proef van Joule

- 2 voorwerpen met ≠ temp. in contact brengen

- tas met warme koffie in koelkast koelt af.


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

Warmtebron of warmtereservoir:

= lichaam met relatief grote warmtecapaciteit dat eindige hoeveelheden warmte kan opnemen of afgeven zonder verandering van temperatuur

Voorbeelden: rivier, oceaan, atmosfeer, …


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

2de hoofdwet:

Formulering van Kelvin-Plank:

Het is onmogelijk een periodiek werkende machine te vervaardigen die niets anders doet dan warmte aan één warmtebron te onttrekken een een equivalente hoeveelheid arbeid te leveren aan de omgeving

Vb.:

-Inwendige energie van de zee omzetten in arbeid

 KAN NIET WEGENS 2de hoofdwet


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

2de hoofdwet:

Formulering van Kelvin-Plank:

-thermische motor, vb. stoomcyclus


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

2de hoofdwet:

Formulering van Clausius:

Het is onmogelijk een zelfwerkende machine te vervaardigen die niets anders doet dan warmte van een lichaam op lage temperatuur over te brengen naar een lichaam op hoge temperatuur

Warmte opnemen op Tlaag en afgeven op Thoog:

  • kan niet spontaan gebeuren

  • door arbeid te leveren aan het systeem door de omgeving


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

2de hoofdwet:

Formulering van Clausius:

Voorbeelden:

  • koelmachine

  • warmtepomp


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

2de hoofdwet:

Koelmachine of warmtepomp:

TH

Quit

Wt=Quit-Qin

Qin

TL


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische

  • motor

Thermische motor:

Vaststellingen:

  • Arbeid kan volledig omgezet worden naar warmte

    - Warmte omzetten naar arbeid gebeurt met een thermische motor


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische

  • motor

Thermische motor:

Karakteristieken:

  • ontvangen warmte van een warmtebron op hoge T

  • converteren een deel van deze warmte in arbeid

  • geven resterende warmte af aan een bron lage T

    - Werken als kringproces


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische

  • motor

Thermische motor:

Stoomplant:

Wturbine = Wuit

turbine

Qketel= Qin

ketel

Qcondensor= Quit

condensor

Wpomp =Win


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische

  • motor

Thermische motor:

Stoomplant:

Kringproces: Σ wt = wnet,uit = Σ q (in kJ/kg)

Σ Wt = Wnet,uit = Σ Q(in kJ, gedurende ∆t)

Wnet,uit = Wuit – Win = Wturbine – Wpomp

Σ Q = Qin – Quit

 Wnet,uit = Qin – Quit

Wturbine = Wuit

turbine

Qketel= Qin

ketel

Qcondensor= Quit

condensor

Wpomp =Win


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische

  • motor

Thermische motor:

Stoomplant:

TH

Wuit

turbine

Qin

Wnet,uit=Qin-Quit

Quit

Qin

ketel

Quit

condensor

Win

TL


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische

  • motor

Thermische motor:

Wnet,uit = Wuit – Win enWnet,uit = Qin – Quit

Thermische efficiëntie of thermisch rendement:


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

2de hoofdwet en de thermische motor:

Kan men de condensor uit de cyclus wegnemen? NEEN

Besluit:

Iedere thermische motor moet een hoeveelheid warmte afgeven aan een bron op lage temperatuur (2 warmtebronnen nodig !)

 Thermische motor: thermisch rendement < 100%

Wturbine = Wuit

turbine

Qketel= Qin

Qketel= Qin

Qketel= Qin

ketel

ketel

ketel

Qcondensor= Quit

condensor

condensor

condensor

Wpomp =Win

Wpomp =Win

Wpomp =Win


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

Reversibele en niet reversibele processen:

Reversibel proces: proces dat omgekeerd kan worden zonder sporen achter te laten in het stelsel of omgeving

Irreversibel proces: proces dat niet reversibel verloopt

Reversibel proces :

- bestaat niet in de werkelijkheid

  • is een ideaal proces

     Arbeidsproducerende machines (motoren) leveren max. arbeidals ze reversibel werken

     Arbeidsconsumerende machines (pompen, …) vragen min. arbeidals ze reversibel werken


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

Irreversibiliteit:

1. Wrijving

twee lichamen in contact bewegen t.o.v. elkaar

  • arbeid omgezet in warmte

  • temperatuur lichamen stijgt

    Als de beweging omkeert

  • opnieuw arbeid omgezet in warmte

  • opnieuw temperatuur lichamen stijgt

    Conclusie: stelsel en omgeving keren niet terug naar begintoestand  irreversibel


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

Irreversibiliteit:

2. Snelle expansie of compressie

snelle compressie: gasmoleculen stapelen zich op vóór de zuiger waardoor grotere druk dan bij trage compressie

 meer arbeid nodig dan bij trage (evenw.) compressie


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

Irreversibiliteit:

2. Snelle expansie of compressie

snelle expansie: gasmoleculen volgen niet waardoor kleinere druk dan bij trage expansie

 minder arbeid geleverd dan bij trage expansie


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

Irreversibiliteit:

2. Snelle expansie of compressie

|Wcompr| > |Wexp|

Wnet = |Wexp| - |Wcompr| < 0

1e hoofdwet: ∆U = -Wnet > 0 (adiabatisch)

  • teveel aan inw. energie terug naar omgeving in de vorm

    van warmte

  • deze warmte kan niet volledig omgezet worden in arbeid

    conclusie: een niet evenwichtige compressie of expansie is irreversibel


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

Irreversibiliteit:

3. warmtetransport bij eindig temperatuurverschil

koud glas water in warme kamer:

  • T water stijgt

  • warmtetransport van lucht naar koud water

    glas water terug naar begintoestand: in koelkast zetten

  • omgeving niet terug in begintoestand wegens

    ∆Uomgeving = |Wkoelkast|

    ∆U kan niet volledig omgezet worden naar arbeid

    conclusie: warmtetransport bij eindige ΔT is irreversibel


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

  • Kringproces van Carnot

Kringproces van Carnot:

Thermische motoren werken volgen kringproces waarbij het werkend fluïdum terug in begintoestand komt na elke cyclus

Wnetto = |arbeid verricht door fluïdum | –

|arbeid verricht aan fluïdum|

Wat doen om netto arbeid en rendement te maximaliseren?

  • gebruik toestandsveranderingen die minimale arbeid vragen

  • gebruik toestandsveranderingen die maximale arbeid leveren

     reversibele kringproces heeft hoogste rendement


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

Kringproces van Carnot bij gesloten stelsel:

12: reversibele isotherme expansie

23: reversibele adiabatische expansie

34: reversibele isotherme compressie

41: reversibele adiabatische compressie

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

  • Kringproces van Carnot


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

  • Kringproces van Carnot

Principes van Carnot:

  • Het thermisch rendement van een irreversibele thermische motor is steeds lager dan het thermisch rendement van een reversibele thermische motor werkende tussen dezelfde twee warmtereservoirs.

  • Het thermisch rendement van alle reversibele thermische motoren werkend tussen dezelfde twee warmtereservoirs is gelijk.


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

  • Kringproces van Carnot

Thermisch rendement van Carnot:

thermisch rendement algemeen:

voor reversibele thermische motoren (vb. Carnotmotor):

(= thermisch rendement van

Carnot)

Elk werkelijk (irreversibel) kringproces uitgevoerd met twee warmtebronnen (temp. TL en TH) heeft een rendement kleiner dan het rendement van het kringproces van Carnot werkend tussen dezelfde temperaturen.


Thermisch rendement maximaliseren zo hoog mogelijke t h zo laag mogelijke t l

Thermisch rendement maximaliseren:- zo hoog mogelijke TH- zo laag mogelijke TL

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

  • Kringproces van Carnot

Thermisch rendement van Carnot:


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

  • Kringproces van Carnot

Thermisch rendement van Carnot:

Bewijs: stel dat WB > WA

TH

QH

QH

WA

WB

A

B

QLA= QH-WA

QLB= QH-WB

TL

REVERSIBEL

IRREVERSIBEL


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

  • Kringproces van Carnot

Thermisch rendement van Carnot:

Bewijs: stel dat WB > WA

TH

QH

QH

WA

WB

A

B

QLA

QLB

TL

REVERSIBEL

IRREVERSIBEL


Hoofdstuk 6 thermodynamica

De 2e hoofdwet

  • Inleiding

  • Warmtebron

  • 2e hoofdwet

  • Thermische motor

  • Irreversibiliteit

  • Kringproces van Carnot

Thermisch rendement van Carnot:

Bewijs:

QLA-QLB= (QH-WA)-(QH-WB) =WB- WA

QH

WA

WB – WA > 0

WB

B

A

A+B

A

QLA

QLB

QLA-QLB= WB- WA

TL

TL

IRREVERSIBEL

REVERSIBEL

KAN NIET!!!

(Kelvin-Planck)


  • Login