Termodynamika III. Egzamin teoretyczny. 08.02.2006

1. Czym różni się praca maksymalna od egzergii?

2. Oszacować egzergię i energię powietrza znajdującego się w tej Sali. Objętość przyjąć równą 400 m³.

3. W jakich sytuacjach η_egz<η_energ?

4. Omówić warunki równowagi fazowej.

5. Rola pracy maksymalnej w reakcjach chemicznych.

6. Co to jest stała równowagi chemicznej i od czego zależy?

7. Na czym polega prawo przekory?

8. Na czym polega powinowactwo chemiczne i co jest jego miarą?

9. Wpływ współczynnika nadmiaru powietrza na straty w procesie spalania.

10. Dlaczego ferromagnetyków nie można opisywać zwykłymi reakcjami termodynamicznymi?

Ad1

Praca maksymalna jest to praca jaka może być wykonana przez układ znajdujący się w kontakcie z otoczeniem oraz innymi układami o określonych właściwościach wzajemnego oddziaływania podczas przemiany odwracalnej, zachodzącej miedzy dwoma stanami.

Egzergia jest to maksymalna praca użyteczna, jaką substancja może wykonać w procesie odwracalnym, w którym wykorzystuje się otoczenie jako źródło bezwartościowego ciepła i bezwartościowych substancji, jeżeli przy końcu tego procesu wszystkie uczestniczące w nim postaci substancji osiągają stan równowagi termodynamicznej z powszechnymi składnikami otoczenia.

Ad2

Egzergia powietrza znajdującego się w Sali t1 jest równa 0 gdyż powietrze jest nieruchome i można je traktować jako powszechny składnik otoczenia. Energia nieruchomego powietrza jest również równa 0.

Ad3.

Sprawność egzegetyczna jest stosunkiem egzergii Bi dostarczonej do idealnego procesu odwracalnego do egzergii Br użytej w procesie rzeczywistym jeśli efekt użyteczny obu procesów jest taki sam.

Sprawność energetyczna = sprawność egzergetyczna x sprawność obiegu Carnota

Sprawności są wyrażane w przedziale od 0 do 1 więc sprawność energetyczna będzie mniejsza od sprawności egzegetycznej lub jej równa dla obiegu Carnota.

Ad4

Warunki równowagi fazowej:

Wszystkie fazy zawierają te same składniki, układ izolowany od otoczenia, zmiany stanu spełniają warunki U= const, δS≤0 lub S=const δU≥0 T'=T” p'=p” μ'=μ” W układzie nie występują siły wewnętrzne siły kapilarne, elektryczne, magnetyczne itepe. Wartość stopni swobody w układzie nie może być ujemna.

Ad5

Praca maksymalna reakcji chemicznej jest to suma pracy zwiększenia objętości układu oraz pracy wykonanej przeciwko wszystkim działającym na układ siłom, w przypadku gdy reakcja ta jest odwracalną przemianą termodynamiczną. Odwracalność termodynamiczna oznacza możliwość przebiegu reakcji w stanach równowagi termodynamicznej. Przemiana w której została wykonana praca maksymalna jest odwracalna i nie spełnia warunków reakcji w której wydziela się lub jest pochłaniany efekt cieplny. Lpmax = Gsubstratów - Produktów ( G entalpia swobodna) Lvmax = Fsubstratów - Produktów (F energia swobodna)

Ad6

Stała równowagi chemicznej określa stan równowagi chemicznej w danej reakcji. Zależy ona wyłącznie od temperatury. Różnica między Kp i Kc jedna zawiera ciśnienia cząstkowe, druga stężenia reagentów w stanie równowagi. Licznik substraty, mianownik produkty reakcji

Ad7

Prawo przekory, reguła przekory Reguła Le Chateliera - Brauna. Jeżeli na układ będący w stanie równowagi podziała bodziec zewnętrzny zakłócający tę równowagę, to reakcja przebiegać będzie w tym kierunku by przeciwdziałać temu bodźcowi. Działanie bdźca się zmniejsza. Jako bodziec zewnętrzny brana jest pod uwagę najczęściej zmiana ciśnienia (stężenia, objętości) lub temperatury. Przy pomocy tej reguły możemy rozpatrywać wszystkie reakcje odwracalne

Ad8

Powinowactwo chemiczne to chęć zachodzenia reakcji. Miarą powinowactwa chemicznego reagujących związków jest praca maksymalna. Aby wielkość była porównywalna dla różnych reakcji ustalamy warunki początkowe i końcowe reakcji. Ciśnienia cząstkowe wszystkich reagentów są równe jedności wtedy L max = -BTlnK_p

Ad9

Współczynnik nadmiaru powietrza λ jest to stosunek ilość powietrza doprowadzonego do teoretycznej ilości powietrza. Określa on nadwyżkę ilości rzeczywiście doprowadzonego powietrza nad jego teoretycznym zapotrzebowaniem. Wartość zależy od warunków spalania i stopnia rozdrobnienia paliwa. Nie powinien być zbyt mały by nie występowało niezupełne spalanie, nie powinien być także zbyt duży gdyż rośnie wówczas strata odlotowa.

Ad10Prawdopodobnie odpowiedź w skrypcie w rozdziale na stronie 244.

---