Gaz rzeczywisty ?

p [Atm]pV [Atm·l] l azotu w warunkach normalnych, T = 273 K = const. 1 Atm = 1.01·10 5 Pa ?

gazcieczciało stałe

Objętość gazu rzeczywistego nie może zmaleć poniżej pewnej wartości granicznej b objętość cząsteczek gazu Pojawia się oddziaływanie miedzycząsteczkowe (przyciąganie) – następuje wzrost ciśnienia wywieranego na gaz

równanie van der Waalsa dla 1 mola gazu rzeczywistego Johannes Diderik van der Waals oddziaływanie międzycząsteczkowe, stany skupienia (szczególnie gazów), opracowanie termodynamicznej teorii zjawisk kapilarnych nagroda Nobla

p [Atm]pV [Atm·l][Atm·l] Gazy rzeczywiste spełniają równanie van der Waalsa w przybliżeniu. Gaz spełniający to równanie – gaz van der Waalsa.

T = 333K (60°C), 313 K (40°) - podobne do izoterm gazu doskonałego. Izoterma T = K (31.1°C) - odbiega kształtem od poprzednich (izoterma krytyczna z punktem przegięcia K). Izotermy dla T < K zawierają coraz dłuższe odcinki poziome, odpowiadające układowi zawierającemu ciecz i parę nasyconą. Punkty B2, B1, K, C1, C2 wyznaczają tzw. linię skroplenia. Gałąź C2, C1, K przedstawia linię cieczy, a gałąź K, B1, B2 - linię pary nasyconej. Doświadczalne izotermy CO 2

Obszar I - takie wartości ciśnienia, objętości i temperatury, przy których istnieje jedynie gaz. Obszar II - para nasycona, obszar III - ciecz w równowadze ze swą parą nasyconą. W obszarze IV może istnieć tylko ciecz. Punkt K - punkt krytyczny - zaciera się różnica między cieczą i gazem a swobodna powierzchnia cieczy przestaje istnieć. W temperaturze T> T k nie może istnieć dana substancja w stanie ciekłym. Przejście w stan ciekły następuje po oziębieniu gazu poniżej temperatury krytycznej.

Wzór barometryczny

Ciśnienie na wysokości wynosi. Dla Powietrze w warunkach bliskich warunkom normalnym zachowuje się jak gaz doskonały. Gęstość powietrza Przyjmujemy T = const

Dla

ciśnienie wysokość p 0 = 10 5 Pa T = 300 K M = 29 kg/kmol g = 10 m/s 2

Jak temperatura i ciśnienie powietrza zależą od wysokości? Przyjmijmy, że nie ma wymiany ciepła pomiędzy warstwami atmosfery – przemiana adiabatyczna.

równanie różniczkowe adiabaty Gradient temperatury

Ze wzrostem wysokości temperatura powietrza maleje

Rzeczywisty gradient temperatury – 6.5 K/km – para wodna ulega kondensacji – wydzielające się przy tym ciepło zmniejsza szybkość chłodzenia powietrza. Po uwzględnieniu gradientu temperatury Znając wielkość pionowego gradientu temperatury  i mierząc wartość ciśnienia można wyznaczyć wysokość h.

Wzór barometryczny stosuje się do wysokości. Dla Dlaczego tak jest?

prądy powietrzne wstępujące i zstępujące obszar izotermiczny zwiększona zawartość ozonu pochłaniającego promieniowanie słoneczne stężenie ozonu maleje - oziębianie powietrze zjonizowane – maleje przezroczystość optyczna, pochłanianie promieniowania – wzrost temperatury do ponad 1000ºC na wysokości 500 km

Druga zasada termodynamiki praca ciepło – T = const? ciepło praca – T = const? Druga zasada termodynamiki stwierdza, że nie możemy zamienić ciepła na pracę w stałej temperaturze. Ciepło nie może być pobrane i zamienione na pracę w stałej temperaturze bez dodatkowych zmian w układzie lub otoczeniu Sadi Carnot Sformułowana na podstawie obserwacji pracy maszyn cieplnych. Przy przemianach ciepło praca mechaniczna obowiązuje I zasada termodynamiki. Ale jest niewystarczająca. Przemiana ciepłą w pracę podlega pewnym ograniczeniom

Silnik cieplny zbiornik ciepła chłodnica Silnik pobiera ze zbiornika ciepło wykonuje pracę przekazuje ciepło do chłodnicy Z I zasady termodynamiki

Inne sformułowania II zasady termodynamiki Silnik cieplny, działający periodycznie i nie zasilany żadną inna formą energii, musi pobierać ciepło ze źródła o temperaturze wyższej od najzimniejszego ciała w otoczeniu. Nie istnieją periodycznie działające silniki takie, dla których jedynym wynikiem działania byłoby uzyskiwanie pracy mechanicznej kosztem ciepła pobranego z jednego tylko zbiornika. Perpetuum mobile drugiego rodzaju (urządzenie, które stale dostarczałoby pracę kosztem pobranego z otoczenia ciepła zamienianego całkowicie na pracę) jest niemożliwością II zasada wiąże się z faktem, że w przyrodzie występują zjawiska nieodwracalne, biegnące samorzutnie tylko w jednym kierunku

F Praca wykonana na pokonanie sił tarcia zamienia się na ciepło QCzy doprowadzona energia cieplna zamieni się na energię kinetyczną kostki? Proces nieodwracalny

Silniki odwracalne Idealny silnik – pracujący bez strat – odpowiednik ruchu bez tarcia. Analogia mechaniczna – kierunek przebiegu zjawisk mechanicznych przebiegających bez tarcia można łatwo odwrócić – wystarczy zadziałać niewielką siłą w danym kierunku. Idealny silnik - niewielka zmiana temperatury zmienia kierunek przepływu ciepła

Ciepło płynie zawsze pomiędzy dwoma ciałami o tej samej temperaturze – nieskończenie mała różnica temperatur określa kierunek jego przepływu – przepływ odwracalny. Nieznacznie ogrzewamy ciało z lewej strony Nieznacznie oziębiamy ciało z lewej strony Idealny silnik – silnik odwracalny – każdy proces można odwrócić – dokonując małych zmian zmienić bieg silnika na przeciwny.

Gaz doskonały zamknięty tłokiem poruszającym się bez tarcia w cylindrze Gaz w kontakcie ze zbiornikiem ciepła – ogrzewamy gaz i rozprężamy równocześnie – przy powolnych zmianach objętości temperatura = T 2 - izotermiczne rozszerzanie Szybko wyciągamy tłok – temperatura szybko spada poniżej T 2 i przemiana nie jest odwracalna. Gaz rozprężamy adiabatycznie, ΔQ = 0, temperatura maleje do wartości T 1 – ciepło nie dopływa ze zbiornika. Gaz sprężamy izotermicznie w kontakcie z chłodnicą – ciepło odpływa z cylindra. Gaz sprężamy adiabatycznie – aż temperatura wrośnie do wartości T 2. Cykl możemy powtarzać, również w odwrotnej kolejności.

Praca wykonana podczas cyklu jest równa powierzchni ograniczonej krzywą Żaden silnik pracujący pomiędzy takimi samymi temperaturami jak silnik Carnot nie może wykonać większej pracy. Silnik (cykl) Carnot

Sprawno ść silnika idealnego Sprawność silnika wykonana praca pobrane ciepło 1.Izotermiczne rozszerzanie, U = const, praca wykonana przez gaz jest równa pobranemu ciepłu Q 2

Wykorzystaliśmy równanie, N – liczba atomów Podczas sprężania izotermicznego Równanie adiabaty

Ta własność jest słuszna dla każdego silnika odwracalnego – nie tylko silnika z gazem doskonałym Sprawność wszystkich odwracalnych silników, pracujących w identycznych warunkach – ( T 1, T 2 ) – jest jednakowa i określona wartościami temperatury zbiornika ciepła i chłodnicy twierdzenie Carnota