FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Dynamika procesów cieplnych

1. FIZYKA dla studentów POLIGRAFIIDynamika procesów cieplnych

2. Jak powinien przebiegać cykl termodynamiczny o teoretycznie największej sprawności? • silnik cieplny w postaci cylindra z tłokiem, Jak zamienić ciepło w pracę? • substancją roboczą jest gaz doskonały, • przez ścianki cylindra możemy dostarczać i odbierać ciepło, dzięki ruchowi tłoka możemy pobierać i dostarczać pracę, • substancja robocza pracuje w cyklu zamkniętym, a poszczególne przemiany są kwazistatyczne, czyli odwracalne, • w jednym cyklu pracy silnika można dostarczyć określoną ilość ciepła Qp, • temperatura substancji roboczej nie może przekroczyć zakresu pewnych ustalonych wartości.

3. B p • dostępny obszar p • A V W T1 V T2 Cykl Carnota

4. T = const = T1 U1= 0 p A U1= W1 + Q1 W1 = -Q1 B T1 T2 V Cykl Carnota Przemiana AB: W1 < 0 (praca jest odbierana od układu), Q1 > 0 (ciepło jest dostarczane do układu)

5. p A B T1 T2 C V Cykl Carnota Przemiana BC: Q2= 0 U2= W2 < 0 W2 < 0 (praca jest odbierana od układu),

6. T = const = T2 U3= 0 p A U3= W3 + Q3 W3 = -Q3 B T1 D T2 C V Cykl Carnota Przemiana CD: W1> 0 (praca jest dostarczana do układu), Q1< 0 (ciepło jest odbierane od układu)

7. p A B T1 D T2 C V Sprawność cyklu: Cykl Carnota Przemiana DA: Q4= 0 U4= W4 > 0 W4> 0 (praca jest dostarczana do układu),

8. Cykl Carnota

9. Ciepło pobrane: Ciepło oddane: Sprawność: Cykl Carnota Cykl Carnota jest cyklem o sprawności największej z możliwych.

10. Dla przemian adiabatycznych: Cykl Carnota

11. Sprawność cyklu odwracalnego: Sprawność cyklu nieodwracalnego: Cykl Carnota Twierdzenia Carnota: 1. Wszystkie silniki pracujące w cyklu odwracalnym pomiędzy tymi samymi temperaturami mają tę samą sprawność. 2. Sprawność cyklu nieodwracalnego jest zawsze mniejsza od sprawności cyklu odwracalnego

12. Qod - ciepło oddane grzejnikowi Qp - ciepło pobrane od chłodnicy Cykl odwrotny Qp < Qod Temperatura chłodnicy maleje, temperatura grzejnika rośnie kosztem pracy wykonanej nad układem - lodówka

13. Ciepło zredukowane Entropia

14. Dla dowolnego cyklu odwracalnego: Funkcja stanu Entropia S: Entropia

15. Entropia S : dU = 0 p = RT/V Entropia S: Entropia Jaki jest związek między tymi pojęciami? Obliczmy zmianę entropii 1 mola gazu doskonałego, który rozprężył się izotermicznie od objętości V1 do objętości V2.

16. To samo ze wzoru : Prawdopodobieństwo, że 1cząstka znajdzie się w objętości V1 : Prawdopodobieństwo, że NAcząstek znajdzie się w objętości V1 : Entropia W2 = 1 – prawdopodobieństwo, że po rozprężeniu wszystkie cząstki są w objętości V2 W1– prawdopodobieństwo, że po rozprężeniu wszystkie cząstki są w objętości V1

17. Entropia

18. Dla kołowego procesu odwracalnego: Dla przemiany przeprowadzającej w sposób odwracalny układ ze stanu Ado stanu B: Entropię można wyznaczyć z dokładnością do stałej Entropia

19. W przemianie adiabatycznej: przemiana adiabatycznej - proces izoentropowy Entropia Addytywność entropii: entropia układu jest sumą entropii podukładów

20. Sprawność silników nieodwracalnych jest mniejsza niż odwracalnego silnika Carnota: Uogólnienie: Entropia nierówność Clausiusa

21. B p • • A V Dla przemiany odwracalnej: Entropia Rozpatrzmy cykl kołowy, w którym przemiana ze stanu A do Bjest nieodwracalna, a przemiana zBdoA jest odwracalna.

22. Dla układu  izolowanego: Entropia Entropia układu izolowanego, w którym zachodzą procesy nieodwracalne może tylko rosnąć.

23. W jakich procesach entropia maleje?

24. II zasada termodynamiki • Clausius (1850r): Niemożliwe jest przekazywanie ciepła przez ciało o temperaturze niższej ciału o temperaturze wyższej bez wprowadzenia innych zmian w obu ciałach i w otoczeniu. • 2.Kelvin(1851r.): Niemożliwe jest pobieranie ciepła z jednego termostatu i zamiana go na pracę bez wprowadzania innych zmian w układzie i w otoczeniu. 3. Skonstruowanie perpetuum mobile drugiego rodzaju jest niemożliwe. 4. Entropia układu izolowanego nie może maleć.

25. Silnik spalinowy film zapłon Praca Q = 0 Sprężanie Q = 0 otwarcie zaworu wydechu ssanie wydech

26. wstrzykiwanie paliwa spalanie sprężanie powietrza Silnik Diesla

27. Silnik Diesla

28. Potencjały termodynamiczne Energia wewnętrzna: Kiedy układ nie wymienia ciepła z otoczeniem (dS = 0) to wykonana przez układ praca równa jest ubytkowi jego energii wewnętrznej.

29. Praca siły zewnętrznej w procesie izotermicznym: Energia swobodna: Praca gazu w procesie izotermicznym: Praca jest równa różnicy energii swobodnych stanu końcowego i początkowego. Potencjały termodynamiczne Możliwość wykonania pracy przez układ nie jest określona przez energię wewnętrzną układu, ale jedynie przez jej część - energię swobodną. 

30. W procesie zachodzącym przy stałym ciśnieniu: Entalpia: Ciepło pobierane przez układ w przemianie izobarycznej: Potencjały termodynamiczne

31. Termodynamiczny potencjał Gibbsa: Potencjały termodynamiczne Zmiana potencjału Gibbsa jest zależna od zmian ciśnienia i temperatury.

32. Warunki przemiany Minimum potencjału S=const,   V=const energia wewnętrzna, U T=const,  V=const energia swobodna,  F S=const,   p=const entalpia,  H T=const,   p=const potencjał Gibbsa, G Potencjały termodynamiczne Wartości potencjałów termodynamicznych ich stają się minimalne w przypadku równowagi termodynamicznej, jeśli proces przebiega w określonych warunkach.