Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI. Zajmuje się badaniem zjawisk, w których między innymi następuje zmiana temperatury ciała. Termodynamika.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI. Zajmuje się badaniem zjawisk, w których między innymi następuje zmiana temperatury ciała. Termodynamika."— Zapis prezentacji:

1 DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

2 Zajmuje się badaniem zjawisk, w których między innymi następuje zmiana temperatury ciała. Termodynamika

3 Zajmuje się badaniem zjawisk, w których między innymi następuje zmiana temperatury ciała. Termodynamika Dotyczy ona przemian energii mechanicznej w wewnętrzną i na odwrót, czyli zajmuje się zamianą pracy na ciepło i ciepła na pracę.

4 Termodynamika Termodynamika fenomenologiczna

5 Termodynamika Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna

6 Termodynamika Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej.

7 Termodynamika Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Opiera się na równaniu Clapeyron / a : pV = nRT i prawach gazowych.

8 Termodynamika Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Opiera się na równaniu Clapeyron / a : pV = nRT i prawach gazowych. Bada związki między makroskopowymi wielkościami charakteryzującymi układ jako całość.

9 Termodynamika Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Opiera się na równaniu Clapeyron / a : pV = nRT i prawach gazowych. Bada związki między makroskopowymi wielkościami charakteryzującymi układ jako całość. Bada związki między ciśnieniem p, temperaturą T, objętością V, energią E, entropią s…

10 Termodynamika Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Opiera się na równaniu Clapeyron / a : pV = nRT i prawach gazowych. Bada związki między makroskopowymi wielkościami charakteryzującymi układ jako całość. Bada związki między ciśnieniem p, temperaturą T, objętością V, energią E, entropią s… Opiera się na zasadach termodynamiki.

11 Termodynamika Termodynamika statystyczna

12 Termodynamika Termodynamika statystyczna -Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową).

13 Termodynamika Termodynamika statystyczna -Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową). -Do cząsteczek ciała stosuje prawa mechaniki dla ich prędkości v, masy m, pędów p, energii E - w tym zasady zachowania - jest to mikroskopowy punkt widzenia.

14 Termodynamika Termodynamika statystyczna -Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową). -Do cząsteczek ciała stosuje prawa mechaniki dla ich prędkości v, masy m, pędów p, energii E - w tym zasady zachowania - jest to mikroskopowy punkt widzenia. -Dodając do tego metody rachunku prawdopodobieństwa znajduje zależności między wielkościami mikroskopowymi (v, m, p, E) odnoszącymi się do poszczególnych cząstek układu, a wielkościami makroskopowymi (ciśnienie p, objętość V, temperatura T), opisującymi układ jako całość. Przykładem jest sposób wyprowadzenia podstawowego wzoru teorii kinetycznej gazów:

15 Termodynamika Termodynamika statystyczna -Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową). -Do cząsteczek ciała stosuje prawa mechaniki dla ich prędkości v, masy m, pędów p, energii E - w tym zasady zachowania - jest to mikroskopowy punkt widzenia. -Dodając do tego metody rachunku prawdopodobieństwa znajduje zależności między wielkościami mikroskopowymi (v, m, p, E) odnoszącymi się do poszczególnych cząstek układu, a wielkościami makroskopowymi (ciśnienie p, objętość V, temperatura T), opisującymi układ jako całość. Przykładem jest sposób wyprowadzenia podstawowego wzoru teorii kinetycznej gazów:

16 Termodynamika gdzie: p – ciśnienie gazu, n – ilość drobin w naczyniu, V – objętość gazu, E k.śr. – średnia energia kinetyczna drobiny. Termodynamika statystyczna -Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową). -Do cząsteczek ciała stosuje prawa mechaniki dla ich prędkości v, masy m, pędów p, energii E - w tym zasady zachowania - jest to mikroskopowy punkt widzenia. -Dodając do tego metody rachunku prawdopodobieństwa znajduje zależności między wielkościami mikroskopowymi (v, m, p, E) odnoszącymi się do poszczególnych cząstek układu, a wielkościami makroskopowymi (ciśnienie p, objętość V, temperatura T), opisującymi układ jako całość. Przykładem jest sposób wyprowadzenia podstawowego wzoru teorii kinetycznej gazów:

17 Termodynamika Termodynamika statystyczna.

18 Termodynamika Termodynamika statystyczna jest teorią ogólniejszą niż

19 Termodynamika Termodynamika statystyczna jest teorią ogólniejszą niż termodynamika fenomenologicznea,

20 Termodynamika Termodynamika statystyczna jest teorią ogólniejszą niż termodynamika fenomenologicznea, ponieważ zasady termodynamiki fenomenologicznej oraz granice ich stosowalności można wyprowadzić na gruncie mechaniki statystycznej.

21 Termodynamika Termodynamika statystyczna jest teorią ogólniejszą niż termodynamika fenomenologicznea, ponieważ zasady termodynamiki fenomenologicznej oraz granice ich stosowalności można wyprowadzić na gruncie mechaniki statystycznej. Ze względu na zawiły aparat matematyczny stosowanie metod termodynamiki statystycznej jest niedogodne.

22 Energia mechaniczna

23 to suma energii ciała jako całości:

24 Energia mechaniczna to suma energii ciała jako całości: - energii kinetycznej:

25 Energia mechaniczna to suma energii ciała jako całości: - energii kinetycznej: - potencjalnej grawitacji:

26 Energia mechaniczna to suma energii ciała jako całości: - energii kinetycznej: - potencjalnej grawitacji:. pola centralnego:

27 Energia mechaniczna to suma energii ciała jako całości: - energii kinetycznej: - potencjalnej grawitacji:. pola centralnego:. pola jednorodnego: E p = mgh.

28 Energia mechaniczna to suma energii ciała jako całości: - energii kinetycznej: - potencjalnej grawitacji:. pola centralnego:. pola jednorodnego: E p = mgh. - potencjalnej sprężystości:

29 Energia mechaniczna to suma energii ciała jako całości: - energii kinetycznej: - potencjalnej grawitacji:. pola centralnego:. pola jednorodnego: E p = mgh. - potencjalnej sprężystości: Zawsze mamy do czynienia z taką sytuacją, że energie potencjalne zamieniają się w kinetyczną a ta w wewnętrzną i na odwrót.

30 Układ termodynamiczny

31 to część przestrzeni materialnej oddzielona od otoczenia rzeczywistą lub abstrakcyjną granicą.

32 Parametry stanu termodynamicznego

33 To wielkości jednoznacznie określające stan układu termodynamicznego w danym momencie.

34 Parametry stanu termodynamicznego To wielkości jednoznacznie określające stan układu termodynamicznego w danym momencie. Są to:

35 Parametry stanu termodynamicznego To wielkości jednoznacznie określające stan układu termodynamicznego w danym momencie. Są to: - ciśnienie p,

36 Parametry stanu termodynamicznego To wielkości jednoznacznie określające stan układu termodynamicznego w danym momencie. Są to: - ciśnienie p, - objętość V,

37 Parametry stanu termodynamicznego To wielkości jednoznacznie określające stan układu termodynamicznego w danym momencie. Są to: - ciśnienie p, - objętość V, - temperatura T,

38 Parametry stanu termodynamicznego To wielkości jednoznacznie określające stan układu termodynamicznego w danym momencie. Są to: - ciśnienie p, - objętość V, - temperatura T, - liczność materii, czyli liczba moli n.

39 Parametry stanu termodynamicznego To wielkości jednoznacznie określające stan układu termodynamicznego w danym momencie. Są to: - ciśnienie p, - objętość V, - temperatura T, - liczność materii, czyli liczba moli n. Parametry stanu są powiązane równaniem Clapeyron / a: pV = nRT

40 Energia wewnętrzna

41 to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

42 Energia wewnętrzna to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań). W jej skład wchodzą:

43 Energia wewnętrzna to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań). W jej skład wchodzą: - energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek,

44 Energia wewnętrzna to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań). W jej skład wchodzą: - energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek,

45 Energia wewnętrzna to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań). W jej skład wchodzą: - energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek, - energia potencjalna wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek,

46 Energia wewnętrzna to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań). W jej skład wchodzą: - energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek, - energia potencjalna wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek, - energia elektronowa (energia elektronów w atomie - kinetyczna, potencjalna grawitacji i potencjalna elektryczna),

47 Energia wewnętrzna to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań). W jej skład wchodzą: - energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek, - energia potencjalna wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek, - energia elektronowa (energia elektronów w atomie - kinetyczna, potencjalna grawitacji i potencjalna elektryczna), - energia chemiczna,

48 Energia wewnętrzna to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań). W jej skład wchodzą: - energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek, - energia potencjalna wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek, - energia elektronowa (energia elektronów w atomie - kinetyczna, potencjalna grawitacji i potencjalna elektryczna), - energia chemiczna, - energia jądrowa.

49 Ciepło.

50 Ciepło to ta część energii wewnętrznej, która samorzutnie przechodzi od ciała cieplejszego do chłodniejszego.

51 Praca w termodynamice.

52 Praca w termodynamice to ta część energii mechanicznej, która zostaje zamieniona na wewnętrzną lub powstaje z wewnętrznej.

53 Pierwsza zasada termodynamiki

54

55 Zmiana energii wewnętrznej ciała jest równa sumie pobranego (oddanego) ciepła i wykonanej nad układem (pobranej przez układ) pracy.

56 Funkcje stanu

57 Do funkcji stanu należą:

58 Funkcje stanu Do funkcji stanu należą: - energia wewnętrzna ciała U,

59 Funkcje stanu Do funkcji stanu należą: - energia wewnętrzna ciała U, - praca rozumiana jako zmiana energii mechanicznej ciała W = E m,

60 Funkcje stanu Do funkcji stanu należą: - energia wewnętrzna ciała U, - praca rozumiana jako zmiana energii mechanicznej ciała W = E m, - entropia S.

61 Ciepło nie jest funkcją stanu

62 Pobrane (oddane) ciepło zależy od drogi, po której nastąpiła przemiana termodynamiczna. Pokazują to przykłady:

63 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

64 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu S n, p, V, T Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

65 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu S n, p, V, T Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Jeśli tłok jest unieruchomiony, to gaz nie wykonuje pracy (nie zmienia się energia potencjalna grawitacji tłoka).

66 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Jeśli tłok jest unieruchomiony, to gaz nie wykonuje pracy (nie zmienia się energia potencjalna grawitacji tłoka). Doprowadzane do układu ciepło Q v pozostaje w gazie jako jego przyrost energii wewnętrznej U. SS n, p, V, T QvQv n, p 1, V, T 1

67 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Jeśli tłok jest unieruchomiony, to gaz nie wykonuje pracy (nie zmienia się energia potencjalna grawitacji tłoka). Doprowadzane do układu ciepło Q v pozostaje w gazie jako jego przyrost energii wewnętrznej U. Pierwsza zasada termodynamiki ( U=Q+W) dla przemiany izochorycznej ma postać: SS n, p, V, T QvQv n, p 1, V, T 1

68 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Jeśli tłok jest unieruchomiony, to gaz nie wykonuje pracy (nie zmienia się energia potencjalna grawitacji tłoka). Doprowadzane do układu ciepło Q v pozostaje w gazie jako jego przyrost energii wewnętrznej U. Pierwsza zasada termodynamiki ( U=Q+W) dla przemiany izochorycznej ma postać: U = Q v = nc v t SS n, p, V, T QvQv n, p 1, V, T 1

69 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu SS n, p, V, T QvQv n, p 1, V, T 1 V T 0 V=const

70 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu SS n, p, V, T QvQv n, p 1, V, T 1 V T 0 V=const p T 0

71 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu S n, p, V, T

72 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.. S n, p, V, T

73 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu h SS n, p, V, T QpQp n, p, V 1, T 1 Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Jeśli tłok może poruszać się bez tarcia, to część doprowadzonego do układu ciepła Q p zamienia się na energię wewnętrzną gazu U, powodując wzrost temperatury gazu od T do T 1, a część zamienia się na energię potencjalną grawitacji tłoka E p (tłok idzie w górę), czyli część energii wewnętrznej powoduje wykonanie pracy W= E p przeciwko siłom zewnętrznym (część ciepła zamienia się na energię mechaniczną otoczenia). W

74 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu h SS n, p, V, T QpQp n, p, V 1, T 1 Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Jeśli tłok może poruszać się bez tarcia, to część doprowadzonego do układu ciepła Q p zamienia się na energię wewnętrzną gazu U, powodując wzrost temperatury gazu od T do T 1, a część zamienia się na energię potencjalną grawitacji tłoka E p (tłok idzie w górę), czyli część energii wewnętrznej powoduje wykonanie pracy W= E p przeciwko siłom zewnętrznym (część ciepła zamienia się na energię mechaniczną otoczenia). F Po pobraniu ciepła Q p pojawia się w gazie siła F działająca na tłok. Wykonuje ona pracę W=F h. Ponieważ p=F/S więc F=pS i dlatego W=p(S h)=p V=nR T W

75 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu h SS n, p, V, T QpQp n, p, V 1, T 1 Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Jeśli tłok może poruszać się bez tarcia, to część doprowadzonego do układu ciepła Q p zamienia się na energię wewnętrzną gazu U, powodując wzrost temperatury gazu od T do T 1, a część zamienia się na energię potencjalną grawitacji tłoka E p (tłok idzie w górę), czyli część energii wewnętrznej powoduje wykonanie pracy W= E p przeciwko siłom zewnętrznym (część ciepła zamienia się na energię mechaniczną otoczenia). F Pierwsza zasada termodynamiki ( U=Q+W) dla przemiany izobarycznej ma postać: U = Q p -W = nc p t-nR T W Po pobraniu ciepła Q p pojawia się w gazie siła F działająca na tłok. Wykonuje ona pracę W=F h. Ponieważ p=F/S więc F=pS i dlatego W=p(S h)=p V=nR T

76 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu h SS n, p, V, T QpQp n, p, V 1, T 1 F W

77 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu h SS n, p, V, T QpQp n, p, V 1, T 1 F W p=const p 0 V1V1 V2V2 W=p V V V

78 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu h SS n, p, V, T QpQp n, p, V 1, T 1 F W p=const p 0 V1V1 V2V2 W=p V V V Na wykresie zależności ciśnienia od objętości w przemianie izobarycznej pole pod wykresem jest liczbowo równe wykonanej przez gaz pracy (zmianie energii mechanicznej otoczenia, która nastąpiła kosztem ubytku energii wewnętrznej gazu).

79 V T 0 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu h SS n, p, V, T QpQp n, p, V 1, T 1 F W p=const p 0 V1V1 V2V2 W=p V V V

80 V T 0 Ciepło nie jest funkcją stanu Ciepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu h SS n, p, V, T QpQp n, p, V 1, T 1 F W p=const p 0 V1V1 V2V2 W=p V V V W izobarycznej przemianie gazu jego objętość zależy wprost proporcjonalnie od temperatury.

81 Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

82 Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10 o C trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury): Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

83 Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10 o C trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury): U = Q v = nc v T Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

84 Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10 o C trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury): U = Q v = nc v T to w przemianie izobarycznej, aby ogrzać ten sam gaz też o 10 o C, trzeba dostarczyć np. 130J ciepła, ponieważ część (tu 30J) pójdzie na wykonanie pracy (zostanie zamieniona na energię mechaniczną otoczenia): Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

85 Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10 o C trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury): U = Q v = nc v T to w przemianie izobarycznej, aby ogrzać ten sam gaz też o 10 o C, trzeba dostarczyć np. 130J ciepła, ponieważ część (tu 30J) pójdzie na wykonanie pracy (zostanie zamieniona na energię mechaniczną otoczenia): U = Q p - W = nc p T - nR T Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

86 Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10 o C trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury): U = Q v = nc v T to w przemianie izobarycznej, aby ogrzać ten sam gaz też o 10 o C, trzeba dostarczyć np. 130J ciepła, ponieważ część (tu 30J) pójdzie na wykonanie pracy (zostanie zamieniona na energię mechaniczną otoczenia): U = Q p - W = nc p T - nR T Dlatego: Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

87 Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10 o C trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury): U = Q v = nc v T to w przemianie izobarycznej, aby ogrzać ten sam gaz też o 10 o C, trzeba dostarczyć np. 130J ciepła, ponieważ część (tu 30J) pójdzie na wykonanie pracy (zostanie zamieniona na energię mechaniczną otoczenia): U = Q p - W = nc p T - nR T Dlatego: c p = c v + R, a c p /c v = Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

88 Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu S n, p, V, T

89 Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. WTWT h SS n, p, V, T QpQp n, p 1, V 1, T Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

90 Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Ponieważ w tej przemianie nie ma zmiany temperatury T, więc nie ma również zmiany energii wewnętrznej gazu U. Pierwsza zasada termodynamiki ( U=Q+W) dla przemiany izotermicznej ma postać: WTWT h SS n, p, V, T QpQp n, p 1, V 1, T Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

91 Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Ponieważ w tej przemianie nie ma zmiany temperatury T, więc nie ma również zmiany energii wewnętrznej gazu U. Pierwsza zasada termodynamiki ( U=Q+W) dla przemiany izotermicznej ma postać: WTWT h SS n, p, V, T QpQp n, p 1, V 1, T Q i – W i = 0 Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

92 Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Ponieważ w tej przemianie nie ma zmiany temperatury T, więc nie ma również zmiany energii wewnętrznej gazu U. Pierwsza zasada termodynamiki ( U=Q+W) dla przemiany izotermicznej ma postać: czyli: WTWT h SS n, p, V, T QpQp n, p 1, V 1, T Q i = W i Q i – W i = 0 Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

93 Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Ponieważ w tej przemianie nie ma zmiany temperatury T, więc nie ma również zmiany energii wewnętrznej gazu U. Pierwsza zasada termodynamiki ( U=Q+W) dla przemiany izotermicznej ma postać: czyli: WTWT h SS n, p, V, T QpQp n, p 1, V 1, T Q i = W i Q i – W i = 0 Znaczy to, że w przemianie izotermicznej gaz zamienia na energię mechaniczną otoczenia (W i ) całe ciepło (Q i ), które pobiera od tego otoczenia. Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

94 WTWT h SS n, p, V, T QpQp n, p 1, V 1, T p V 0 W izotermicznej przemianie gazu ciśnienie p zależy odwrotnie proporcjonalnie od jego objętości V. Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

95 p1p1 p V 0V1V1 V2V2 p2p2 Na wykresie zależności ciśnienia od objętości, pole pod wykresem liczbowo jest równe wykonanej przez gaz pracy (patrz przemiana izobaryczna). Aby obliczyć to pole dzielimy je na wiele prostokątów, których pole jest łatwe do obliczenia. Suma pól prostokątów jest równa wykonanej pracy. Zwiększając liczbę prostokątów coraz bardziej zbliżamy się do prawdziwej wartości pola. W granicy, gdy liczba prostokątów dąży do nieskończoności znajdujemy (potrzebne jest całkowanie): Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

96 p1p1 p V 0V1V1 V2V2 p2p2 Na wykresie zależności ciśnienia od objętości, pole pod wykresem liczbowo jest równe wykonanej przez gaz pracy (patrz przemiana izobaryczna). Aby obliczyć to pole dzielimy je na wiele prostokątów, których pole jest łatwe do obliczenia. Suma pól prostokątów jest równa wykonanej pracy. Zwiększając liczbę prostokątów coraz bardziej zbliżamy się do prawdziwej wartości pola. W granicy, gdy liczba prostokątów dąży do nieskończoności znajdujemy (potrzebne jest całkowanie): Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

97 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

98 S n, p, V, T Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

99 WaWa h SS n, p, V, T U a n, p 1, V 1, T 1 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę W a kosztem swojej energii wewnętrznej U a (część energii wewnętrznej gazu U a zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia E m =W, czyli energię tłoka).

100 WaWa h SS n, p, V, T U a n, p 1, V 1, T 1 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę W a kosztem swojej energii wewnętrznej U a (część energii wewnętrznej gazu U a zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia E m =W, czyli energię tłoka). Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną.

101 WaWa h SS n, p, V, T U a n, p 1, V 1, T 1 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę W a kosztem swojej energii wewnętrznej U a (część energii wewnętrznej gazu U a zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia E m =W, czyli energię tłoka). Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną. W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej U v następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Q v (i na odwrót): U v = Q v = nc v T.

102 WaWa h SS n, p, V, T U a n, p 1, V 1, T 1 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę W a kosztem swojej energii wewnętrznej U a (część energii wewnętrznej gazu U a zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia E m =W, czyli energię tłoka). Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną. W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej U v następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Q v (i na odwrót): U v = Q v = nc v T. W przemianie adiabatycznej: przyrost energii wewnętrznej U a następuje kosztem wykonanej nad gazem pracy W a (i na odwrót): U a = W a.

103 WaWa h SS n, p, V, T U a n, p 1, V 1, T 1 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę W a kosztem swojej energii wewnętrznej U a (część energii wewnętrznej gazu U a zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia E m =W, czyli energię tłoka). Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną. W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej U v następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Q v (i na odwrót): U v = Q v = nc v T. W przemianie adiabatycznej: przyrost energii wewnętrznej U a następuje kosztem wykonanej nad gazem pracy W a (i na odwrót): U a = W a. Wynika z tego, że taki sam przyrost temperatury T gazu możemy otrzymać:

104 WaWa h SS n, p, V, T U a n, p 1, V 1, T 1 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę W a kosztem swojej energii wewnętrznej U a (część energii wewnętrznej gazu U a zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia E m =W, czyli energię tłoka). Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną. W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej U v następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Q v (i na odwrót): U v = Q v = nc v T. W przemianie adiabatycznej: przyrost energii wewnętrznej U a następuje kosztem wykonanej nad gazem pracy W a (i na odwrót): U a = W a. Wynika z tego, że taki sam przyrost temperatury T gazu możemy otrzymać: - dostarczając mu izochorycznie np. Q v = 100J ciepła, lub

105 WaWa h SS n, p, V, T U a n, p 1, V 1, T 1 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę W a kosztem swojej energii wewnętrznej U a (część energii wewnętrznej gazu U a zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia E m =W, czyli energię tłoka). Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną. W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej U v następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Q v (i na odwrót): U v = Q v = nc v T. W przemianie adiabatycznej: przyrost energii wewnętrznej U a następuje kosztem wykonanej nad gazem pracy W a (i na odwrót): U a = W a. Wynika z tego, że taki sam przyrost temperatury T gazu możemy otrzymać: - dostarczając mu izochorycznie np. Q v = 100J ciepła, lub - wykonując nad nim adiabatycznie pracę W a = 100 J.

106 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

107 Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

108 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T.

109 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T. Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób:

110 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T. Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną),

111 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T. Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu).

112 W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku zmian jego objętości V. Opisuje to zależność. Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli). Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T. Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu).

113 W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku zmian jego objętości V. Opisuje to zależność. Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli). Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T. Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu). p V izoterma V i p i

114 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T. Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu). W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku zmian jego objętości V. Opisuje to zależność. Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli). W adiabatycznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku zmian jego objętości V i zmiany temperatury T wynikającej ze zmiany energii wewnętrznej (która w przemianie izotermicznej nie miała miejsca). Czyli w przemianie adiabatycznej zmiany ciśnienia, odpowiadające tym samym zmianom objętości co w przemianie adiabatycznej, są większe. p V izoterma p i V i

115 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T. Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu). p V izoterma adiabata V a p i p a W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku zmian jego objętości V. Opisuje to zależność. Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli). W adiabatycznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku zmian jego objętości V i zmiany temperatury T wynikającej ze zmiany energii wewnętrznej (która w przemianie izotermicznej nie miała miejsca). Czyli w przemianie adiabatycznej zmiany ciśnienia, odpowiadające tym samym zmianom objętości co w przemianie adiabatycznej, są większe. V i

116 Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu Praca w przemianie adiabatycznej W a, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Q v, które powoduje taki sam wzrost temperatury T: W a = Q v = nc v T. Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu). p V izoterma adiabata V a p i p a W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku zmian jego objętości V. Opisuje to zależność. Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli). W adiabatycznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku zmian jego objętości V i zmiany temperatury T wynikającej ze zmiany energii wewnętrznej (która w przemianie izotermicznej nie miała miejsca). Czyli w przemianie adiabatycznej zmiany ciśnienia, odpowiadające tym samym zmianom objętości co w przemianie adiabatycznej, są większe. Adiabata jest bardziej stroma niż izoterma. V i

117 Silnik Carnota Silnik Carnota pracuje w cyklu (szeregu przemian) termodynamicznych, podczas których pobrane ciepło jest zamieniane na energię mechaniczną. Przedstawimy przemiany w tym cyklu na wykresie zależności ciśnienia p od objętości V. U = Q + W p V0 Grzejnik

118 Silnik Carnota U = Q + W p V0 Grzejnik IzolatorChłodnica Gaz T1T1 T2T2 Niech silnikiem będzie cylinder o ściankach i tłoku wykonanymi z idealnego izolatora i dnem idealnie przewodzącym ciepło. Substancją roboczą niech będzie gaz doskonały. Silnik Carnota pracuje w cyklu (szeregu przemian) termodynamicznych, podczas których pobrane ciepło jest zamieniane na energię mechaniczną. Przedstawimy przemiany w tym cyklu na wykresie zależności ciśnienia p od objętości V.

119 Silnik Carnota - AB - to izotermiczne rozprężanie ( U 1 =0, co znaczy, że Q 1 =-W 1 ). Gaz pobiera ciepło: Q 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) i wykonuje tyle samo pracy:W 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) U = Q + W A B T1T1 T1T1 p VV1V1 p1p1 p2p2 p3p3 V2V2 0 Q1Q1 W1W1 IzolatorChłodnica Gaz T1T1 T2T2 Grzejnik

120 Silnik Carnota - AB - to izotermiczne rozprężanie ( U 1 =0, co znaczy, że Q 1 =-W 1 ). Gaz pobiera ciepło: Q 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) i wykonuje tyle samo pracy:W 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) - BC - to adiabatyczne rozprężanie ( U 2 =W 2 bo Q a =0). Gaz wykonuje pracę:W 2 =nc v (T 1 -T 2 ), U = Q + W A B C T1T1 T1T1 T2T2 p VV1V1 p1p1 p2p2 p3p3 V2V2 V3V3 0 Q1Q1 W1W1 W2W2 IzolatorChłodnica Gaz T1T1 T2T2 Grzejnik

121 Silnik Carnota - AB - to izotermiczne rozprężanie ( U 1 =0, co znaczy, że Q 1 =-W 1 ). Gaz pobiera ciepło: Q 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) i wykonuje tyle samo pracy:W 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) - BC - to adiabatyczne rozprężanie ( U 2 =W 2 bo Q a =0). Gaz wykonuje pracę:W 2 =nc v (T 1 -T 2 ), - CD - to izotermiczne sprężanie ( U 3 =0 i W 3 =-Q 2 ). Gaz oddaje ciepło:Q 2 =nRT 2 ln(V 3 /V 4 ) i pobiera tyle samo pracy: W 2 =nRT 2 ln(V 3 /V 4 ) U = Q + W A B C D T1T1 T1T1 T2T2 T2T2 p VV1V1 p1p1 p2p2 p3p3 p4p4 V4V4 V2V2 V3V3 0 Q1Q1 Q2Q2 W1W1 W2W2 W3W3 IzolatorChłodnica Gaz T1T1 T2T2 Grzejnik

122 Silnik Carnota - AB - to izotermiczne rozprężanie ( U 1 =0, co znaczy, że Q 1 =-W 1 ). Gaz pobiera ciepło: Q 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) i wykonuje tyle samo pracy:W 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) - BC - to adiabatyczne rozprężanie ( U 2 =W 2 bo Q a =0). Gaz wykonuje pracę:W 2 =nc v (T 1 -T 2 ), - CD - to izotermiczne sprężanie ( U 3 =0 i W 3 =-Q 2 ). Gaz oddaje ciepło:Q 2 =nRT 2 ln(V 3 /V 4 ) i pobiera tyle samo pracy: W 2 =nRT 2 ln(V 3 /V 4 ) - DA - to adiabatyczne sprężanie ( U 4 =W 4, bo Q a =0). Gaz pobiera pracę: W 4 =nc v (T 1 -T 2 ) A B C D T1T1 T1T1 T2T2 T2T2 p VV1V1 p1p1 p2p2 p3p3 p4p4 V4V4 V2V2 V3V3 0 Q1Q1 Q2Q2 W1W1 W2W2 W3W3 W4W4 U = Q + W IzolatorChłodnica Gaz T1T1 T2T2 Grzejnik

123 Silnik Carnota W całym cyklu: - AB - Gaz pobiera ciepło: Q 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) i wykonuje tyle samo pracy:W 1 =nRT 1 ln(V 2 /V 1 ) - BC - Gaz wykonuje pracę:W 2 =nc v (T 1 -T 2 ), - CD - Gaz oddaje ciepło:Q 2 =nRT 2 ln(V 3 /V 4 ) i pobiera tyle samo pracy:W 2 =nRT 2 ln(V 3 /V 4 ) - DA - Gaz pobiera pracę: W 4 =nc v (T 1 -T 2 ) A B C D T1T1 T1T1 T2T2 T2T2 p VV1V1 p1p1 p2p2 p3p3 p4p4 V4V4 V2V2 V3V3 0 Q1Q1 Q2Q2 W1W1 W2W2 W3W3 W4W4 U = Q + W

124 Sprawność silnika Carnota Sprawność silnika Carnota jest:

125 Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego: Sprawność silnika Carnota

126 Sprawność silnika Carnota jest: Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego: Sprawność silnika Carnota

127 Sprawność silnika Carnota jest: Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.: Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q 2 w silniku rzeczywistym jest sumą: Sprawność silnika Carnota

128 Sprawność silnika Carnota jest: Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.: Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q 2 w silniku rzeczywistym jest sumą: - ciepła oddanego chłodnicy (jak w silniku Carnota), Sprawność silnika Carnota

129 Sprawność silnika Carnota jest: Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.: Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q 2 w silniku rzeczywistym jest sumą: - ciepła oddanego chłodnicy (jak w silniku Carnota), - ciepła stracone przez nieadiabatyczne ścianki cylindra (nie ma idealnej izolacji), Sprawność silnika Carnota

130 Sprawność silnika Carnota jest: Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.: Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q 2 w silniku rzeczywistym jest sumą: - ciepła oddanego chłodnicy (jak w silniku Carnota), - ciepła stracone przez nieadiabatyczne ścianki cylindra (nie ma idealnej izolacji), - ciepło zatrzymane przez nieizotermiczną podstawę cylindra (nie ma materiału idealnie przewodzącego ciepło. Każdy materiał stawia opór przepływającemu przez niego ciepłu), Sprawność silnika Carnota

131 Sprawność silnika Carnota jest: Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.: Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q 2 w silniku rzeczywistym jest sumą: - ciepła oddanego chłodnicy (jak w silniku Carnota), - ciepła stracone przez nieadiabatyczne ścianki cylindra (nie ma idealnej izolacji), - ciepło zatrzymane przez nieizotermiczną podstawę cylindra (nie ma materiału idealnie przewodzącego ciepło. Każdy materiał stawia opór przepływającemu przez niego ciepłu), -ciepło stracone w wyniku tarcia, czyli ta część energii mechanicznej tłoka, która w wyniku tarcia zostanie zamieniona na wewnętrzną otoczenia. Sprawność silnika Carnota

132 Sprawność silnika Carnota przykład Mieszanka benzynowa w silniku spalinowym osiąga temperaturę ok. T 1 =2700K. Jeśli jest to temperatura grzejnicy w silniku, a chłodnicą jest otaczające powietrze (temperatura ok. T 2 =300K), to sprawność takiego silnika pracującego w cyklu Carnota jest:

133 Sprawności rzeczywistych silników sięgają: - benzynowych - 35%, - diesla - 40%, - diesla, z tzw. bezpośrednim wtryskiem paliwa, - 45%. Mieszanka benzynowa w silniku spalinowym osiąga temperaturę ok. T 1 =2700K. Jeśli jest to temperatura grzejnicy w silniku, a chłodnicą jest otaczające powietrze (temperatura ok. T 2 =300K), to sprawność takiego silnika pracującego w cyklu Carnota jest: Sprawność silnika Carnota przykład

134 Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w przyrodzie są nieodwracalne : Druga zasada termodynamiki

135 Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w przyrodzie są nieodwracalne : - Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie. Druga zasada termodynamiki

136 Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w przyrodzie są nieodwracalne : - Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie. - Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. Druga zasada termodynamiki

137 Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w przyrodzie są nieodwracalne : - Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie. - Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. - Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzną (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego. Druga zasada termodynamiki

138 Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w przyrodzie są nieodwracalne : - Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie. - Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. - Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzną (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego. - Tylko część energii wewnętrznej można zamienić na mechaniczną. Część trzeba oddać do otoczenia (patrz silnik Carnota). Druga zasada termodynamiki

139 Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w przyrodzie są nieodwracalne : - Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie. - Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. - Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzn (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego. - Tylko część energii wewnętrznej można zamienić na mechaniczną. Część trzeba oddać do otoczenia (patrz silnik Carnota). - Gaz samoistnie rozpręży się z jednego do drugiego pustego naczynia. Sam nie wróci do pierwszego. Druga zasada termodynamiki

140 Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w przyrodzie są nieodwracalne : - Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie. - Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. - Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzną (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego. - Tylko część energii wewnętrznej można zamienić na mechaniczną. Część trzeba oddać do otoczenia (patrz silnik Carnota). - Gaz samoistnie rozpręży się z jednego do drugiego pustego naczynia. Sam nie wróci do pierwszego. Prawidłowość w kierunku przebiegu zjawisk w przyrodzie ujmuje druga zasada termodynamiki. Druga zasada termodynamiki

141 Wg M. Plancka: Nie jest możliwe skonstruowanie periodycznie działającej maszyny, której działanie polegałoby tylko na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła. Druga zasada termodynamiki

142 Wg M. Plancka: Nie jest możliwe skonstruowanie periodycznie działającej maszyny, której działanie polegałoby tylko na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła. Wg M. Ostwalda: Perpetuum mobile drugiego rodzaju nie jest możliwe. (Perpetuum mobile II rodzaju zamieniałoby energię wewnętrzną w 100% na energię mechaniczną). Druga zasada termodynamiki

143 Wg M. Plancka: Nie jest możliwe skonstruowanie periodycznie działającej maszyny, której działanie polegałoby tylko na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła. Wg M. Ostwalda: Perpetuum mobile drugiego rodzaju nie jest możliwe. (Perpetuum mobile II rodzaju zamieniałoby energię wewnętrzną w 100% na energię mechaniczną). Wg R. Clausiusa: Ciepło nie może samorzutnie przejść od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej. Druga zasada termodynamiki

144 Wg M. Plancka: Nie jest możliwe skonstruowanie periodycznie działającej maszyny, której działanie polegałoby tylko na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła. Wg M. Ostwalda: Perpetuum mobile drugiego rodzaju nie jest możliwe. (Perpetuum mobile II rodzaju zamieniałoby energię wewnętrzną w 100% na energię mechaniczną). Wg R. Clausiusa: Ciepło nie może samorzutnie przejść od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej. Wg E. Schmidta: Nie można całkowicie odwrócić przemiany, w której występuje tarcie. Druga zasada termodynamiki

145 Powstają pytania: Druga zasada termodynamiki

146 Powstają pytania: Jakim równaniem opisać drugą zasadę termodynamiki? Druga zasada termodynamiki

147 Powstają pytania: Jakim równaniem opisać drugą zasadę termodynamiki? Jakie wielkości w tym równaniu będą nam mówić o jednokierunkowym przebiegu zjawisk w przyrodzie? Druga zasada termodynamiki

148 Powstają pytania: Jakim równaniem opisać drugą zasadę termodynamiki? Jakie wielkości w tym równaniu będą nam mówić o jednokierunkowym przebiegu zjawisk w przyrodzie? Odpowiedzi na te pytania udziela zasada wzrostu entropii. Druga zasada termodynamiki


Pobierz ppt "DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI. Zajmuje się badaniem zjawisk, w których między innymi następuje zmiana temperatury ciała. Termodynamika."

Podobne prezentacje


Reklamy Google