background image

 

1

TERMODYNAMIKA 
 
Cisnienie i hydrostatyka 

Cisnienie  

A

F

P

=

 

 

? F   – sila dzialajaca na powierzchnie o polu ? A 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prawo Pascala  

gh

P

P

ρ

+

=

0

 

P

0

 – cisnienie zewnetrzne przylozone do górnej powierzchni, ? – gestosc, h – odleglosc od 

górnej powierzchni. 
 
Prawo Archimedesa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prawo gazów doskonalych 
PV = NkT  

lub             PV=nRT    

dla n – moli gazu 

P – cisnienie gazu, N – liczba czastek gazu w objetosci V 
T – temperatura bezwzgledna, k – stala fizyczna. 

2

x

v

Nm

PV

=

   

Prawo Boyle’a-Mariotte’a. 

 
Temperatura 

k

E

k

v

m

k

T

=

=

3

2

2

3

2

2

     

 

k

E

- jest srednia energia kinetyczna przypadajaca na jedna czasteczke, 

2/3k – jest wspólczynnikiem proporcjonalnosci, k – stala Boltzmana k=1,38 x 10

-23

 J/K. 

 
Równanie van der Wasala  

 

 

RT

b

v

v

a

p

=

+

)

)(

(

2

  

a, b – wyznacza sie doswiadczalnie. 

 
Przewodnictwo cieplne 

x

T

A

t

Q

 

F

w góre 

F

w dól 

Pole A

 

h

 

l

 

           Tlok 

? F

? F 

? F 

? F 

F

?A  - powierzchnia  
    sciany szescianu 

F

w góre

 = PA = ?g(h + l)A. 

F

w dól

 = (?gh)A  

F

w

 = F

w góre

 - F

w dól

 = (?gl)A = m

c

m

c

 = ?lA jest masa cieczy wypartej przez blok,  

F

w

 – sila wyporu. 

F

w

 = m

c

background image

 

2

Prawo przewodnictwa cieplnego 

 

dx

dT

kA

dt

dQ

=

 

dt

dQ

- szybkosc przeplywu ciepla, 

dx

dT

- gradient temperatury, 

k – wspólczynnik proporcjonalnosci zwany przewodnictwem cieplnym 

dt

dQ

> 0                  gdy                   

dx

dT

< 0 

 
Cieplo i praca 
Praca wykonana przez gaz  

=

=

=

=

1

0

V

V

pdV

W

pdV

pAds

Fds

dW

 

W – pole powierzchni pod krzywa. 
 
 
 
 
 
 
I zasada termodynamiki 

dW

dU

dQ

W

Q

U

U

p

k

+

=

=

   

 

 

 

 
 
Liczba Avogadra 
m

H

 = 1,673 x 10

-24

 g  atomu wodoru 

N

0

 - liczba atomów w molu wodoru atomowego (M = 1,008 g) 

 

mol

atomów

atom

g

mol

g

atom

g

m

mol

g

M

N

H

/

10

02

,

6

/

10

673

,

1

/

008

,

1

/

/

23

24

0

=

=

=

 

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

2

2

1

1

1

1

,

,

N

N

czyli

T

T

V

V

P

P

ale

kT

V

P

N

i

kT

V

P

N

=

=

=

=

=

=

 

 
Prawo gazów doskonalych  
PV = N

0

kT= RT        (dla 1 mola gazu doskonalego) 

R = N

0

k = (6,02·10

23

)(1,38·10

-23

) = 8,31 J/(mol K) = 1,99 cal/(mol K) 

  
Cieplo wlasciwe 

T

Q

c

=

 

 

T

Q

m

m

T

Q

c

=

=

1

 

 

dT

dQ

m

c

1

=

 

)

(

2

1

T

f

c

cdT

m

Q

T

T

=

=

 

ds 

p, V

B

p

0

p

1

A

V

V

V

Cieplo pobrane 
przez uklad 

Wzrost energii 
wewnetrznej 

Praca wykonana 
przez uklad 

background image

 

3

Cieplo wlasciwe przy stalej objetosci (c

v

dV = 0 i 

PdV

dQ

dU

=

  

stad   dQ = dU, 

 

dT

dU

dT

dQ

c

v

=

=

 

dla 1 mola jednoatomowego gazu doskonalego (z zasady ekwipatrycji energii) 

K

mol

cal

R

c

k

N

c

kT

N

U

v

v

=

=

=

=

3

2

3

2

3

2

3

0

0

 

 
Cieplo wlasciwe przy stalym cisnieniu (c

p

i

dT

c

dU

v

=

PdV

dQ

dU

=

 

R

c

c

R

c

dT

dQ

c

dT

P

R

P

dT

c

dQ

dT

P

R

dV

i

P

RT

V

RT

PV

PdV

dT

c

dQ

v

p

v

p

v

v

=

+

=

=

+

=

=

=

=

+

=

 

 
Procesy odwracalne i nieodwracalne 
Rozprezanie izotermiczne T = const 

=

=

=

=

=

+

=

+

=

2

1

0

V

V

PdV

W

Q

dW

PdV

dQ

wtedy

dU

i

PdV

dU

dW

dU

dQ

 

podstawiamy 

1

2

ln

2

1

2

1

V

V

NkT

W

Q

V

dV

NkT

dV

V

NkT

W

Q

V

NkT

P

V

V

V

V

=

=

=

=

=

=

 

Rozprezanie adiabtyczne 

0

0

0

=

+

=

+

=

+

=

PdV

dT

c

PdV

dU

dQ

i

dW

dU

dQ

v

 

K

PV

K

PV

K

P

V

P

dP

V

dV

c

c

gdzie

P

dP

V

dV

VdP

c

PdV

c

R

c

c

ale

dP

R

V

c

PdV

R

R

c

PdV

R

VdP

R

PdV

c

VdP

PdV

RdT

v

p

v

p

v

p

v

v

v

=

=

=

+

=

+

=

=

+

=

+

+

=

=

+

 +

=

+

+

+

=

γ

γ

γ

γ

γ

γ

ln

)

ln(

ln

ln

ln

0

0

0

0

0

  

γ

γ

2

2

1

1

V

P

V

P

=

  

 

     Tlok 

Termostat 

 
Rozprezanie 
izotermiczne 

Izotermiczne rozprezanie gazu doskonalego 

Adiabatyczne rozprezanie gazu doskonalego 

dla gazu doskonalego. 

lnK - stala calkowania 

background image

 

4

 
 
 
 

 

 
 
 
 
Silnik Carnota 
 
 
( ? Q

1

 –  ? Q

2

) = ?W 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sprawnosc  

1

2

1

2

1

1

1

Q

Q

Q

Q

Q

Q

W

=

=

=

η

 

a

b

V

V

NkT

W

Q

ln

1

1

=

=

  

d

c

V

V

NkT

W

Q

ln

2

2

=

=

  

 









=

=

a

b

d

c

V

V

V

V

T

T

Q

W

ln

ln

1

1

2

1

η

 

b

b

a

a

V

P

V

P

=

    

- rozprezanie izotermiczne 

γ

γ

c

c

b

b

V

P

V

P

=

  

- rozprezanie adiabatyczne 

c

c

c

c

V

P

V

P

=

    

- sprezanie izotermiczne 

γ

γ

d

d

d

d

V

P

V

P

=

  

- sprezanie adiabatyczne  

d

c

a

b

V

V

V

V

=

  

 

1

2

1

2

1

1

1

T

T

T

T

T

Q

W

=

=

=

η

    

sprawnosc silnika Carnota 

 
II zasada termodynamiki 
I rodzaju 
 

 

      Izolator 

Zbiornik ciepla T

1

 

(zródlo ciepla) 

Zbiornik ciepla T

2

 

     (chlodnica) 

T

1

> T

T

1

=const 

T

2

=const 

ab - rozprezanie izotermiczne, ? Q

1

 ze zródla 

       ciepla (unoszenie tloka, silnik na zródle) 
bc - rozprezanie adiabatyczne (unoszenie  
       tloka, silnik na izolatorze) 
cd - sprezanie izotermiczne, 
              ? Q

2

 z chlodnicy 

da - sprezanie adiabatyczne 
 

T

2

< T

Uklad 
zamkniety 

? W 

Ciagly wyplyw energii 
z naczynia 

V

V

2

 

)

(

)

(

adiabata

const

PV

izoterma

const

PV

=

=

γ

background image

 

5

II rodzaju 
 
 
 
 
 
Sprawnosc silnika Carnota  

1

2

1

1

T

T

T

Q

W

=

=

η

 

 

i  

 

W = Q

1

 –Q

2

  

2

1

2

1

1

2

1

1

2

1

Q

Q

T

T

czyli

T

T

T

Q

Q

Q

=

=

  

tzw. termodynamiczna skala temperatur 

 
Entropia 

2

2

1

1

T

Q

T

Q

=

 

 

0

lub

0

=

=

T

dQ

T

Q

 

2

1

2

1

S

S

T

dQ

=

 

S = k · lnp 

 

 ?S = S

1

-S

= k?lnp

- k?lnp

1

   

k – stala Boltzmana. 

 
 
 
 
 
 

2

1

2

1

V

V

p

p

czastka

jedna

=





   

N

V

V

p

p





=





2

1

2

1

 

T

V

V

NkT

S

V

V

Nk

S

p

p

k

S





=





=





=

1

2

1

2

2

1

ln

ln

ln

   

 

 

 

T

1

-dT

1

 oraz T

2

-dT

2

,  

dQ

1

= -mcdT

1

 i dQ

= +mcdT

2

,  

c - cieplo wlasciwe na jednostke masy, 
dQ

1

 = -dQ

2

,  

dT

1

 = -dT

2

 = dT 





=

=

=

1

2

2

2

1

1

1

1

T

T

mcdT

dS

entropii

zmiana

wypadkowa

czyli

T

mcdT

dS

oraz

T

mcdT

dS

 

 





=

2

1

2

1

T

T

dS

mc

T

T

dT

 

T

2

 

 

 

 
V

2

-V

 

        V

rozprezony gaz 

 
   V

       T

1

 

Obnizanie 

? W 

Ciagly wyplyw energii 
mechanicznej 

T

2

 

1

2

       T

       T

    T

2

+dT 

   T

1

-dT 

Warunki 
poczatkowe 

Chwile 
pózniej 

 

T

dQ

dS

T

Q

S

=

=

lub

 

dQ - cieplo dostarczane do ukladu 
podczas procesu odwracalnego