Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wykład VIII Termodynamika Termodynamika zajmuje się głównie dwoma rodzajami energii: ciepłem i pracą. Oddziaływanie z otoczeniem jest opisane przez działanie.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wykład VIII Termodynamika Termodynamika zajmuje się głównie dwoma rodzajami energii: ciepłem i pracą. Oddziaływanie z otoczeniem jest opisane przez działanie."— Zapis prezentacji:

1

2 Wykład VIII Termodynamika

3 Termodynamika zajmuje się głównie dwoma rodzajami energii: ciepłem i pracą. Oddziaływanie z otoczeniem jest opisane przez działanie sił. Stan układu jest opisany przez współrzędne przestrzenne, prędkość i jego zachowanie się. Zmiana stanu układu z jednego do drugiego jest opisana przez oddziaływanie z otoczeniem. Układ mechaniczny nie zmienia swego stanu bez działania siły zewnętrznej. Podczas, gdy w mechanice zajmujemy się wielkościami dynamicznymi, w termodynamice zajmujemy się porcjami energii. Układem w termodynamice nazywamy wyodrębnioną ilość materii. Materia pozostała poza układem stanowi otoczenie a granicę pomiędzy tymi dwoma stanami stanowi brzeg układu.

4 Sprężone powietrze Brzeg układu Np. masa powietrza zamknięta w butli pod ciśnieniem stanowi układ, wewnętrzna ściana butli to brzeg układu, a sama butla i to co na zewnątrz stanowi otoczenie. Otoczenie Granice naszego układu mogą być rzeczywiste lub urojone.

5 Stan układu termodynamicznego opisany jest przez współrzędne termodynamiczne. Zwykle nie możemy na początku podać wszystkich współrzędnych. Typowymi przykładami takich współrzędnych są temperatura, ciśnienie, objętość, gęstość, energia chemiczna,ilość substancji. Te współrzędne zwykle nazywamy własnościami układu. TEMPERATURA = stan ciepłoty, gorąca Wolno poruszające się atomy lub cząsteczki maja niską temperaturę. Szybko poruszające się atomy lub cząsteczki maja wysoką temperaturę. Rozważmy krótko niektóre z podanych współrzędnych

6 Wysoka TNiska T v CIŚNIENIE =siła działająca na powierzchnię zderzenie ciężar

7 GĘSTOŚĆ =masa na jednostkę objętości Duża gęstośćMała gęstość … ………. ……………… × tuzin gross ILOŚĆ SUBSTANCJI = ile tego jest Liczba Avogadry

8 Ciało stałe Ciecz Gaz Plazma STANY SKUPIENIA

9 Stany skupienia materii ściśle zależą od wartości określonych współrzędnych termodynamicznych. Są nimi ciśnienie i temperatura. T p Punkt Potrójny Punkt Krytyczny TKTK TPTP pKpK pPpP Ciało stałe Ciecz Para Gaz Plazma

10 Zmiana układu termodynamicznego polega na zachodzeniu jakiegoś procesu przemiany. W termodynamice interesuje nas, jakim zmianom może podlegać układ na wskutek tych przemian. Jeśli chcemy opisać stan układu na każdym etapie przemiany, musimy być w stanie zdefiniować stan układu. Aby to móc zrobić musimy wprowadzić pojęcie równowagi układu. Układ jest w równowadze, jeśli np. jego ciśnienie, temperatura i gęstość są jednorodne. Definicja ta jednak nie jest pełna. Aby móc określić współrzędne termodynamiczne układu, musi on znajdować się w równowadze.

11 Interesują nas przemiany będące łańcuchem stanów równowagi. W takiej przemianie potrafimy zdefiniować układ na każdym etapie. Procesy takie nazywamy odwracalnymi lub kwazistatycznymi. Proces odwracalny jest to proces który może przebiegać w obydwie strony nieskończenie długo bez strat. Proces nieodwracalny jest to taki w którym mamy do czynienia ze stratą energii. Przyczynami takich strat mogą być: Tarcie, spadki napięcia, temperatury, ciśnienia i stężenia. Przykładem procesu nieodwracalnego jest pęknięcie nadmuchanego balonika.

12 Proces nieodwracalny, chyba Że dostarczy się energii X Dobrym przykładem na proces odwracalny lub nieodwracalny jest wymiana dewiz. Jest to proces odwracalny zakładając stały kurs i brak opłaty, a nieodwracalny w przypadku pobierania opłaty za wymianę.

13 Ciepło i kontakt termiczny Dwa układy są w kontakcie termicznym, jeśli mogą wymieniać energię bez wykonywania makroskopowej pracy Ta forma wymiany energii nazywa się ciepłem.

14 0-wa zasada termodynamiki A A C B C C A Trzy różne kawałki materii. Każdy ma przewodzące brzegi. Jeśli nie ma przepływu ciepła między A i B oraz B i C, to nie będzie też między A i C. B B T A =T C Dwa układy, które pozostają w równowadze termicznej, mają tę samą temperaturę. Temperatura jest miarą zdolności do transportu ciepła. Maxwell 1872 Fowler i Guggenheim (1939): Istnieje użyteczna wielość fizyczna zwana temperaturą

15 T1T1 T2T2 T1T1 T2T2 ciepło temperatura w pręcie T 1 > T 2 Kule i pręt miedziany Ciepło jest strumieniem energii wynikającym z różnicy temperatur

16 Ciepło właściwe Współczynnik proporcjonalnosci c jest zwany ciepłem właściwym układu Ilość ciepła zaabsorbowanego przez układ ( Q), niezbędna do zmiany temperatury układu jest proporcjonalna do tej zmiany temperatury ( T)

17 Ciepło przemiany W przypadku przejść fazowych pierwszego rodzaju ilość zaabsorbowanego ciepła jest proporcjonalna do ilości substancji która uległa przemianie Q = L m Współczynnik proporcjonalności nazywa się ciepłem przemiany.

18 Ciepło jest strumieniem energii wynikającym z różnicy temperatur 1. Przewodnictwo cieple : A dx

19 Konwekcja ciepła 2. Konwekcja naturalna: wynika z różnicy w gęstości wymuszona: substancja jest zmuszana do ruchu ( wiatrak, pompa) szybkość przepływu ciepła jest proporcjonalna do szybkości przepływu substancji Q = c T dm

20 Promieniowanie 3. Promieniowanie Energia jest przenoszona jako fala elektromagnetyczna. E B Prawo Stefana - Boltzmanna = W/m 2 K e – wsp. emisyjności A – powierzchnia T – temperatura powierzchni

21 Skale temperatur Używaną na co dzień skalą temperatur jest skala Celsjusza( 0 C). Absolutną termodynamiczną skalą odpowiadającą skali Celsjusza jest skala Kelvina(K). Dla skali Kelvina zero absolutne jest równe C. K = 0 C

22 Gaz doskonały Definicja makroskopowa : Gaz doskonały to taki, który spełnia równanie stanu PV = nRT P - ciśnienie V - objętość n – ilość gazu (w molach) R – universalna stała gazowa T - temperatura Definicja mikroskopowa : Poza zderzeniami elastycznymi cząstki gazu doskonałego nie oddziaływają na siebie – zasięg oddziaływania jest bardzo krótki.

23 Proces t ermodynamiczny Proces termodynamiczny jest sekwencją stanów układu. Podczas procesu termodynamicznego parametry stanu są funkcją czasu. P V T Makroskopowo, stan układu jest opisywany jednoznacznie przez tzw. parametry stanu

24 Praca makroskopowa dx Praca zależy od rodzaju procesu termodynamicznego! postać całkowa Kiedy objętość układu zmienia się to układ wykonuje pracę ( makroskopową).

25 I zasada termodynamiki Dla każdego procesu termodynamicznego, różnica miedzy ciepłem dostarczonym do układu a pracą wykonaną przez układ zależy tylko od początkowego i końcowego stanu układu. Istnieje funkcja stanu, zwana energią wewnętrzną, taka, że U = Q - W gdzie Q jest ciepłem dostarczonym do układu a W jest pracą wykonaną przez układ. Uwaga: W skali mikroskopowej, energia wewnętrzna układu jest całkowitą energią mechaniczną układu. T V P a b

26 Energia wewnętrzna gazu doskonałego W skład energii wewnętrznej gazu doskonałego wchodzą: energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego oraz energia ruchu drgającego cząstek znajdujących się w układzie. Zgodnie z kinetyczną teorią gazów energia wewnętrzna gazu doskonałego zależy tylko od temperatury gazu U = nC V T

27 Definicja entropii Zmiana entropii między dwoma stanami równowagowymi jest określona przez ilość ciepła, Q, przekazywaną do układu podczas kwazistatycznego procesu przejścia miedzy tymi stanami, dzieloną przez temperaturę bezwzględną układu makroskopowa: mikroskopowa: Jeśli liczba możliwych konfiguracji dla rozważanego stanu układu jest równa W (suma statystyczna), entropia S układu w tym stanie jest dana wzorem S k B ln W gdzie k B jest stałą Boltzmanna.

28 II zasada termodynamiki Dla każdego procesu termodynamicznego w którym następuje przejście od jednego stanu równowagowego do drugiego, całkowita entropia ukladu i jego otoczenia nie może maleć. Procesy odwracalne Procesy nieodwracalne

29 Q c TcTc Konsekwencje II zasady termodynamiki silnik W Q h ThTh Niemożliwe jest zbudowanie maszyny cieplnej, która podczas jednego cyklu wykonywałaby pracę tylko kosztem absorpcji energii cieplnej z rezerwuaru ciepła.

30 konsekwencje II zasady termodynamiki Niemożliwy jest transport ciepła od ciała o niższej temperaturze do ciała o wyższej temperaturze bez ingerencji z zewnątrz. T1T1 T2T2 dQ

31 Procesy odwracalne i nieodwracalne Jeśli podczas procesu termodynamicznego entropia ( Wszechświata ) się nie zmienia, to jest on odwracalny Jeśli podczas procesu termodynamicznego entropia ( Wszechświata ) się zmienia (rośnie), to jest on nieodwracalny.


Pobierz ppt "Wykład VIII Termodynamika Termodynamika zajmuje się głównie dwoma rodzajami energii: ciepłem i pracą. Oddziaływanie z otoczeniem jest opisane przez działanie."

Podobne prezentacje


Reklamy Google