STAN CZYNNIKA TERMODYNAMICZNEGO określają prawa

• Prawo Boyla-Mariota: przy stałej temperaturze. Jest to stosunek iloczynu ciśnienia i objętości w dwóch różnych stanach. p₁V₁=p₂V₂

• Prawo Charlesa przy stałej objętości: jest to stosunek ciśnienia w dwóch różnych stanach p₁/p₂=T₁/T₂

• Prawo Avogadra (6,02*10²³ w 1 molu) Gazy doakonałę znajdujące się w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem, zawierają w tej samej objętości jednakową liczbę cząstek.

• Prawo Gay- Lussaca Przy stałym ci9śnieniy: jest to stosunek wartości objętości gazu dwóch różnych stanach jest równe stosunkowi temp V₁/V₂=T₁/T₂

Entalpia to termodynamiczna funkcja stanu, którą definiuje zależność: H=U+p*V gdzie U - energia wewnętrzna, p - ciśnienie, V - objętość Entalpia jest funkcją stanu z której jest dogodnie korzystać przy przemianach prowadzonych pod stałym ciśnieniem dla układów, których objętość może się zmieniać w czasie przemiany. Dla takich przemian zmiana entalpii jaka się w ich czasie odbywa równa jest ciepłu tych przemian. Przemiany takie są bardzo często spotykane w praktyce (silniki atmosferyczne, przemiany fazowe, reakcje chemiczne w roztworach, itd, itp.) stąd entalpia jest bardzo często wykorzystywaną funkcją stanu

Entropia to termodynamiczna funkcja stanu będąca miarą nieuporządkowania układów, a więc także całego wszechświata.

Całkowita entropia układu jest równa:S=k*ln(W)

gdzie k to stała Boltzmanna, a W - liczba sposobów na jaki stan termodynamiczny układu może być zrealizowany. Zatem log₂(W)=ln(W)/ln(2)

Pojęcie entropii jest podstawą definicji drugiej zasady termodynamiki.

I zasada termodynamiki

Zmiana energii wewnętrznej układu równa jest dostarczonemu do układu ciepłu i pracy wykonanej nad układem przez siły zewnętrzne: ΔU = ΔQ + ΔW

ΔU to przyrost energii wewnętrznej układu.

ΔQ oznacza tu ciepło dostarczone do układu z zewnątrz. Jeśli jednak układ oddaje ciepło, wówczas jego energia wewnętrzna maleje; ciepło bierzemy ze znakiem ujemnym.

ΔW to praca wykonana nad układem przez siły zewnętrzne.

Dla układów zamkniętych ( ilość dostarczanego ciepła dla ukła zamnknietego jest równa przyrostowi ciepła, prcy)

Q_1-2=U₂-U₁+L_1-2

dg=du+dl

L_t1-2=L_1-2-p₁V₁+p₂V₂

Q_1-2=U₂+p₂V₂-U₁+p₁V₁+L_t1-2

Dla układów otwartych

Q_1-2=I₂-I₁+L_1-2

dg=di+dl_t

II zasada termodynamiki

Nie istnieje proces termodynamiczny, którego jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze zbiornika i całkowita zamiana tego ciepła na pracę mechaniczną.

Bilans energii

Ed=ΔEu+Ez gdzie

Ed- energia doprowadzona do układu

ΔEu- przyrost energii układu

Ez- Energi odprowadzona

ΔEu= Eu₂- Eu₁

Eu₁- energia początkowa

Eu₂-energi końcowa

Energia wew właściwa

U=m*c*t=n*(Mc)*t

U=c*t (Mu)=(Mc)*t

U- energia wew [J] u= energia 1 kg [J/kg]

Mu- energia 1 kilomola [J/kmol] t- tem w C c- ciepło wł

Energia wew dla ciał stałych i cieczy

U=m*c*T=n*(Mc)*T

U=c*T (Mu)=(Mc)*T T- temw K

Dla gazów

U=m*c_v*T=n*(Mc_v)*T

U=cv*T (Mu)=(Mc_v)*T Cv- ciepło właściwe gazów przy stałej objętości

Egzergia- energia którą możemy przekształcić na pracę

Układ w stanie ustalonym- energia doprowadzona równa się energii wyprowadzonej w jednostce czasu

Odwracalność przemian - Aby ona nastąpiła musi być

- brak tarcia

- równowaga sił

- bardzo małe prędkości

- transport ciała odbywa się przy nieskończenie małych różnicach temperatur ( dla gazów)

Praca techniczna - jest to szczególna praca kompensowa będąca sumą pracy kompensowanej l_1-2 i pracy przetłaczania pv. Praca ta jest ważną w procesach przepływowych l_t1-2= ∫^p1_p2 vdp δl_t=vdp .

Prawo Daltona- każdy ze składników mieszaniny gazowej zachowuje się tak jakby sam znajdował się w tej przestrzeni zajmowanej przez gaz. Każdy ze składników ma swoje ciśnienie cząstkowe

Ciśnienie cząstkowe- to ciśnienie wywołane uderzeniami drobin tylko tego składnika.

Ciepło właściwe- Ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg ciała o 1^o

Q=m*c*(t2-t1) [c=J/kg*K] C- ciepło właściwe. Ciepło właściwe ciał nie jest stale jest zależne od temperatury

Przemiany gazowe- Rozpatrujemy w jaki sposób zmieniają się parametry równania stanu.

Podział wg kryteriów

* objętości - ekspansja( wzrost objętości)

- kompresja ( zmniejszenie obj)

- Izochora ( stałą obj)

* ciśnienia- wsprężenie ( zmniejszenie ciśnienia)

- sprężenie ( wzrost ciś)

- izobata ( stałe ciś)

* doskonałości - odwracalnie - nieodwracalne

* zamnknięte- czynniki termodynamiczne ani nie odpływają ani nie dopływają

* otwarte- czynniki termodynamiczne w ruchu

PRZEMIANY ODWRACALNE

• Izobara V₁/T₁=V₂/T₂ gdzie p= const

• Izochora V= const P₁/P₂=T₁/T₂

• Izoterma p₁V₁=p₂V₂

• Adiabata

OBIEG TERMODYNAMICZNY-przemiana charakteryzująca się tym że jej stan końcowy pokrywa się ze stanem początkowym. O obiegu można mówić tylko wtedy gdy czynnik termodynamiczny ulęgający przemianie nie zmienia swej budowy. Urządzenie cieplne

Gaz- substancja w warunkach niezbyt wysokiego ciśnienia i temperaturze zachowuje się prawie jak gaz doskonały

PARA- substancja lotna na pograniczu przejścia ze stanu gazowego, nie podlega prawu gazu doskonałego. Para wodna w powietrzu występuje w 3 stanach skupienia

• nasycona mokra

• nasycona sucha

• para przegrzana

Zjawisko powstania pary wodnej- Aby otrzymać parę wodną należy dostarczyć ciała do cieczy - CIEPŁO PAROWANIA

Ciepło parowania- ilość ciepła jaką trzeba dostarczyć do 1 kg wrzącej wody, aby przy stałym ciśnieniu i stałej temperaturze otrzymać 1 kg pary wodnej r= i``-i` ``- na krzywej nasycenia ` na krzywej parowania

Powietrze wilgotne- mieszaninia pary wodnej i powietrza suchego

Parametry powietrza:

a) Zawartość wilgoci

X=mw/mg [kg/kg]

mw- masa wilgoci- przypadający na 1 kg powietrza suchego

b) Wilgotność powietrza wilgotnego

ρw= mw/V [kg/m³]

c) Wilgotność względna powietrza

φ=e_w/e_wⁿ*100%

stosunek wilgotności w tej samej temp

d) Entalpia

i=ig+x*iw [kJ/kg] energia, ciepło które powietrze niesie ze sobą

ig- suma powietrza suchego

iw- suma wilgoci

ig=Cgp*t iw=ro+Cwp*t

e) zastępcza masa cząsteczkowa

M=Mg*rg+MW+rw

rg=Pg/P rw=Pw/P P- cisnienie powietrza wilgotnego

f) zastępcza siłą gazowa

R=Rg*g_g+Rw*g_w

R=(MR)/M

g) gęstośc powietrza wilgotnego

ρ=mg+mw/V

ρ=(Pg/Rg*T)*(1+x)

Paliwa naturalne-nagromadzona w jednym miejscu energia słońca przez setki tysięcy lat

Spalanie- redukcja chemiczna polegająca na łączeniu cząstek tlenu przy równoczesnym wydzieleniu dużej ilości ciepła C+O2 = Co2 +kcal

Skład paliwa:

A) paliwa stałe ( udziały gramowe) C+H+S+O+N+W+P=1 KG

B) paliwa gazowe ( udziały objętościowe)

Ciepło spalania (Qc) to ilość ciepła jaką otrzymuje się przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki masy lub jednostki objętości analizowanej substancji w stałej objętości, przy czym produkty spalania oziębia się do temperatury początkowej, a para wodna zawarta w spalinach skrapla się zupełnie.

Wartość Opałowa- Ilośc ciepła którą uzyskujemy przy spalaniu 1 kg paliwa w suchym powietrzu lub tlenie, gdy spełnione są warunki

• spalanie jest zupełne i całkowite

• produkty spalania SA ochłodzone do temp początkowej substratów

• cała wilgoć zawarta w spalinach pozostaje w postaci pary

Wg=Wd+r*f

r- ciepło parowania wody

f- liczka kg wody w spalinach f- gh+w

Przewodzenie ciepła

• promieniowane ( fala elektromagnetyczna)

• konwekcja ( powietrze)

• przewodzenie ( caiło stałe)

PRAWO FOURIERA q=-λΔT=-λ(δT/ δx+ δT/ δy+ δT/ δz)

Przewodność cieplna λ- wielkść fizyczna charakterystyczna dla każdego ciała stałego

Emisja własna „E” i gęstość emisji własnej „e”

Wyrażona w watach na metr kwadratowy, są strumieniami energii emitowanej wyłącznie na skutek stanu energetycznego danego ciała, w którym nie ma udziału promieniowania e=E/A

Jasność powierzchni „H” i Gęstość jasności „h”

Są strumieniami energii, będącymi sumą emisji własnej danej powierzchni oraz emisji z tej powierzchni poromineiowania odbitego od samych ciał hy=H/A

p=0

a+r=1

• ciało doskonale czarne ( a=1, r=0, p=0)

• ciało doskonale szare ( a=const, r>0, p=0)

• ciało kolorowe ( a=f(λ), r>0, p=0)

• ciało doskonale białe (a=0, r=1, p=0)

Równanie Bernoulliego opisuje parametry cieczy doskonałej płynącej w rurze (niekoniecznie materialnie istniejącej) o zmiennym przekroju. Wynika ono wprost z faktu zachowania objętości cieczy doskonałej (która jest nieściśliwa) i zasady zachowania energii mechanicznej. p+ρgh+pv²/2=const

gdzie:
ρ - gęstość cieczy
v - prędkość cieczy w rozpatrywanym miescu
h - wysokość w układzie odniesienia w którym liczymy energię potencjalną
g - przyspieszenie grawitacyjne
p - cisnienie cieczy w rozpatrywanym miejscu

Atmosfera fizyczna (atmosfera normalna) (atm) to pozaukładowa jednostka miary ciśnienia, równa ciśnieniu 760 milimetrom słupa rtęci w temperaturze 273,16 K (0°C), przy normalnym przyspieszeniu ziemskim.

1 atm = 1,0333227 at = 760 Tr = 101325 Pa = 101325 N/m²

obieg Diesla,

obieg termodynamiczny złożony z 4 kolejnych procesów: adiabatycznego sprężania, izobarycznego ogrzewania, adiabatycznego rozprężania i izochorycznego chłodzenia czynnika termodynamicznego; realizowany w silniku Diesla.

wilgotność bezwzględna:
stosunek masy pary wodnej w danej objętości do tejże objętości zawierającej mieszaninę pary wodnej i powietrza suchego

Punkt potrójny - to stan w jakim dana substancja może istnieć w 3 stanach skupienia równocześnie w stanie równowagi termodynamicznej. Na wykresie stanów równowagi jest to punkt przecięcia krzywych równowagi fazowej substancji (stan skupienia (faza) substancji w zależności od ciśnienia i temperatury), odpowiadający stanowi równowagi trwałej tych trzech stanów skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz).

p₁V₁^k=  p₂V₂^k czyli  pV^k= const

W powyższym związku, zwanym równaniem Poissona,  indeksy 1 i 2 oznaczają początkowy i końcowy stan gazu, a wykładnik k (czytaj 'kappa'), nazywany wykładnikiem adiabaty, równy jest stosunkowi ciepła molowego gazu w procesie izobarycznym do ciepła molowego gazu w procesie izochorycznym:

k = C_P/C_V = (i+2)/i

Cykl Carnota, przemiana termodynamiczna, złożona z dwóch przemian izotermicznych i dwóch przemian adiabatycznych. Cykl Carnota jest procesem kołowym i odwracalnym. Do realizacji cyklu potrzebny jest czynnik termodynamiczny, który może wykonywać pracę np. gaz w naczyniu z tłokiem a także dwa niegranicznone żródła ciepła jedno jako źródło ciepła (o temperaturze T₁) a drugie jako chłodnica (o temperaturze T₂) Cykl Carnota skałda się z:

1. Sprężanie izotermiczne - czynnik roboczy styka się z chłodnicą, ma temperaturę chłodnicy i zostaje poddane procesowi sprężania w tej temperaturze (T₂). Czynnik roboczy oddaje ciepło do chłodnicy. 2.Sprężanie adiabatyczne - czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem, i jest poddawany sprężaniu aż uzyska temperaturę źródła ciepła (T₁).

3.Rozprężanie izotermiczne - czynnik roboczy styka się ze źródłem ciepła, ma jego temperaturę i poddawany jest rozprężaniu izotermicznemu w temperaturze (T₁), podczas tego cyklu ciepło jest pobierane ze źródła ciepła.

4.Rozprężanie adiabatyczne - czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem i jest rozprężany aż czynnik roboczy uzyska temperaturę chłodnicy (T₂).

W wyniku tych czterech procesów czynnik roboczy powraca do punktu wyjścia, dlatego mówimy, że cykl jest kołowy.

Dla układu tego definiuje się sprawność jako stosunek pracy wykonanej do ilości ciepła pobranego ze źródła ciepła.

Ciepło molowe C_P^* przemiany izobarycznej wynosi C_P^* = C_V^* + R (Prawo Roberta Mayera (1814-1878))

Gaz jednoatomowy: C_P^* = C_V^* + R

Gaz dwuatomowy: C_P^* = C_V^* + R

Przemiana politropowa to proces termodynamiczny w gazie, czyniący zadość równaniu politropy, tzn. taki, podczas którego jest spełniony związek:

pVⁿ = const

gdzie p- cisnienie, V- objętość n - wykładnik (współczynnik) politropy, stały dla danego procesu politropowego, ale przyjmujący dla różnych procesów politropowych rózne wartości, od minus do plus nieskończoności

Wykładnik politropy jest równy n = (C − C_p) / (C − C_v)

gdzie

C_p - pojemność cieplna określona w warunkach stałego ciśnienia

C_v - pojemność cieplna określona w warunkach stałej objętości

C - pojemność cieplna

Szczególnymi przypadkami procesu politropowego są odwracalne procesy

*izobaryczny (n = 0, C - Cp = 0)

*izotermiczny (n = 1, C_p = 0, C_v = 0)

*adiabatyczny (n = c_p - c_v), gdzie c_p i c_v to ciepła właściwe przy stałym ciśnieniu i stałej objętości.

W technice największe zastosowanie znalazły przemiany adiabatyczne i izotermiczne, których występowanie parami w różnych warunkach ciśnienia i objętości określa proces pracy silnika czterosuwowego.
Równanie van der Waalsa jest równaniem stanu gazu wiążące parametry stanu gazu ( ciśnienie p, objętość V i temperaturę T).Najczęściej podawane jest dla objętości molowej gazu (dla 1 mola gazu, V = V_m):

Gdzie:* a - stała charakterystyczna dla danego gazu, uwzględniająca oddziaływanie między cząsteczkami gazu (cząsteczki gazu przyciągają się, w wyniku czego rzeczywiste ciśnienie gazu na ścianki naczynia jest mniejsze niż w przypadku, gdyby tego oddziaływania nie było) *b - stała charakterystyczna dla danego gazu, uwzględniająca skończone rozmiary cząsteczek (cząsteczki zajmują jakąś objętość) * p - ciśnienie, * V_m = V/n - objętość molowa, gdzie: -V - objętość --n - liczność (ilość gazu) w molach *T - temperatura (bezwględna), * R - uniwersalna stała gazowa Parametry a i b zgodnie z teorią powinny być związane z parametrami punktu krytycznego gazu, zwanymi też stałymi krytycznymi, które mogą być też w zastosowaniach praktycznych traktowane jako parametry dopasowania: a=27R²Tc/64pc b=RTc/8pc T_c - Temperatura krytyczna p_c - ciśnienie krytyczne Dla dowolnej ilości moli gazu n w objętości V równanie van der Waalsa przybiera postać:

Równanie van der Waalsa stanowi na ogół bardzo dobre przybliżenie równania stanu gazów rzeczywistych, szczególnie dla dużych ciśnień i w temperaturach i ciśnieniu zbliżonych do parametrów skraplania gazu i powyżej. Równanie Clapeyrona: Jest wyprowadzane z empirycznych praw gazu oraz w oparciu o kinetyczną teorię gazu p*υ=R*T Gaz doskonały - gaz który spełnia równanie stanu Clapeyrona i którego ciepło właściwe dla stałej objętości jest stałe Cv=const Gaz półdoskonały-- gaz który spełnia równanie stanu Clapeyrona ale ciepło właściwe tego gazu dla stałej objętości da się wyrazić tylko funkcja temperatur Cv=Cv(t) Właściwości gazu- jest nieściśliwy, stan lotny, jest nielekki, między atomami gazu występuja oddziaływania sprężyste, miedzy drobinami nie ma przyciągania, obj drobin jest bardzo mała w porównaniu z naczyniem w którym się znajduje. Linia nasycenia- temperatura przemian fazowych zachodzących podczas przejscia od stanu ciekłego w gazowy i odwrotnie dla danego ciśnienia

---