Termodynamika - jest to nauka o energii. A pod pojęciem energii rozumiemy zdolność do wykonania pracy lub zdolność do wprowadzenia zmian.

Termodynamika jako odrębny przedmiot wyłoniła się z fizyki ok. roku 1700 w Anglii. Związane to było z procesem uprzemysłowienia Anglii a więc wynikającym stąd wzrostem zapotrzebowania na energię które nie mogło być pokryte pracą mięśni zwierząt i ludzi. Należało skonstruować urządzenia które mogły wydatkować w jednostce czasu większą ilość pracy. Zatem pierwszym który wynalazł silnik parowy był Newcomen ok. roku 1700.

Termodynamika jako nauka wykreowana została w XIX w. A pierwsza książka „Termodynamika” napisał Renkine ok. 1900 roku, który był profesorem Uniwersytetu w Glesgoł

Termodynamika klasyczna i statyczna

Każda materia składa się z molekuł i atomów

Jeśli w jednostce objętości jest tych elementów materii bardzo dużo to materię taką możemy traktować jako ośrodek ciągły jako continuum. Podobnie jak tłum ludzi wychodzący ze stadionu możemy traktować jako masę ciągłą. Dla przykładu pomiar ciśnienia manometrem wykazuje charakter ciągły mierzonej wartości ciśnienia bo skutek tego, że w zbiorniku w którym ciśnienie mierzymy jest olbrzymia ilość molekuł i atomów, to ich wypadkowa oddziaływania ma ciągły charakter. Takie podejście w termodynamice,, które traktuje energia jako ośrodek ciągły nazywany jest termodynamiką klasyczną.

Istnieje również pojęcie, które nazywane jest termodynamiką statyczną, a która polega na określeniu własności i zachowania się danego ośrodka poprzez badanie indywidualnych zachowań molekuł i atomów wchodzących w skład tego ośrodka, a następnie dokonywanie uśrednień statycznych. Pojęcie to znajduje zastosowanie wtedy gdy liczba molekuł znajdująca siew jednostce objętości nie jest duża a więc np. wtedy gdy mamy odczynienia z silnie rozszerzonym gazem.

System termodynamiczny - nazywamy wybraną do analizy masą materii ( i promieniowanie jeżeli istnieje). Wszystko to co oddziela system od otoczenia jest granicą systemu.

System termodynamiczny dzielimy na dwie klasy: systemy zamknięte, systemy otwarte

System zamknięty - jest to taki system termodynamiczny którego oddziaływuje z otoczeniem wymieniając tylko energię

Formy wymiany energi i ciepła i pracy

Przykład: gaz zamknięty w zbiorniku

Natomiast system otwarty, który wymienia z otoczeniem nie tylko energię ale również i masę.

Podstawowe prawa termodynamiki

Zasada zacgowania energii - należy do uniwersalnych przw fizyki i stanowi ona, że ilośc energi we wszechświecie jest stała. Z zasady tej wynikają nastepujace implikacje:

• jeśli system wymienia energię z otoczeniem to ilość energii zyskanej przez system musi być równe ilości energi traconej przez otoczenie

delta E_syst + delta E_oto=0

• jeśli zachodzą procesy konwersji energii z jednej formy w drugą to np. ubytek energi systemu w jednej formie jest dikładnie ekwidentna przyrostowi energi system w innej formie.

Jednostki energii:

[J] - jednostka energii, która jest niezbędna do wykonania pracy siła 1N na drodze jednego metra

[J]=N⋅m = kg⋅m/s²⋅m=kg⋅m²/s²

KJ=1000J

MJ=10⁶ J

Opisana przy tej zasada zachowania energii termodynamicznej stosuje się do analizy procesów przmian energatycznych z udziałem ciepła i pracy.

II zasada termodynamiki, która określa kierunek zachodzenia procesów zachodzących w przyrodzie. Przykład Herbata gorąca pozostawiona na stole samoistnie wystygnie, ale herbata zimna nie ogrzeje się. W takim ziemskim przebiegu rządzi zasada przebiegu entropii, która stanowi że wszystkie procesy w przyrodzie przebiegają w ten sposób że suma zmian entropii systemu i otoczenia tego systemu jest zawsze większa od zera.

Fenomonologiczny pogląd na energię

Energia wynika z ruchu i wynika z działania pól siłowych

ENERGIA →RUCH( mikroskopowy ruch molekół względem środ. masy systemu E_k mikroskopowe) (makroskopowy środ. Masy syst. E_k makroskopowe)+DZIAŁANIE PÓŁ SIŁOWYCH (działanie sił bliskozasięgowych E_{p blis}) (działanie siła daleko zasiegowych E_{p dal})

Energia składa się z następujących składników:

E= E_mikr+ E_makr+E_{p blis}+E_dal=E_{k mikr}+ E_{p blis} +E _{k makr}+E_pola

_{Enargia wewnętrzna bo wynika z ruchów}

E=U+E_k+E_p

_{W członie U - siedzą wszystkie}

Jeżeli system jest nieruchomy i nie zmienia swojego położenia w polu dalekiego zasiegu to E_p=0 E=0 bo system posiada energię wewnetrzną U

Termodynamika zajmuje się przemianami entropii a wiec okresla amiany energię w tych przemianach.

Zmany energii delta E :

Delta E_k=0, delta E_p=0, delta E=deltaU

Formy energii wewnetrznej

U=U_mikro +U_{blis zasieg}

Rodzaje ruchów mikroskopowych:

Z każdym z rodzajów tych ruchów jest związana określona E_k a suma tych energi tworzy energię wewnętrzną jawną.

Używa się terminu jawne dlatego że zmianytego skł. enrgii wewnetrznej pochodzącego od ruchu molekół objawiają się zmianami temperatur. Im wyższa temperatura tym intensywniejszy ruch molekół.

Skł. energi wewnetrznej wynikający - z działania pól blisko zasięgowych ujawnia się wtedy gdy dochodzi do procesu zmiany stanu skupienia materii. W termodynamice poszczególne stany skupienia:

• faza stała

• faza ciekła

• faza gazowa

Potrzebne ilości energii dla zrealizowania procesu przemiany fazy nazywa się energią wewnętrzną utajoną.

Energia wewnetrzna jawna - zmiany energii objawiają się zmianami temperatury.

Energia wewnętrzna fazy ciekłej jest większa od fazy stałej.

Energia wewnętrzna fazy gazowej jest większa od fazy ciekłej

Energia wewnętrzna utajona -..................................................

Energia wiązań chemicznych między atomami

Energia ta ujawnia siępodczas reakcji chemicznej w trakcie których dochodzi do zniszczenia jednego typu wiązań a powstana innych. W trakcie reakcji na skutek różnicy sił wiążących molekóły substar. I prod wyzwalana jest energia

Np. reakcja spalania CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O+Q _{energia w formie ciepła}

Energia chemiczna pochodzi od zmiany wiązań

Następna forma energii wewnętrznej jest energia molekularna - jest ona związana z siłami działającymi na elementy atomu i ujawnia się w procesie reakcji molekularnej

Własności systemu

Każda cecha charakterystyczna która może być przypisana systemowi nazywa się jego własnością( cukier słodki itp.)

Zatem własności może być nieskończenie wiele a z punktu widzenia termodynamiki tylko kilka ważnych temperatura, objętość systemu, masa systemu i inne

Część własności systemu może być wyznaczone jeżeli znane są pozostałe. Np. gęstosć masy systemu gęstość+masa/objętość→objętość=1/gęstość=objętośc/ masę

W termodynamice wszystkie własności systemu są klasyfikowane do duwch podstawowych grup a mianowicie:

• wł. intensywne

• wł. ekstensywne

Własności intensywne systemu są to takie, które pozostają nie zmienione przy podziale systemu na części np. nie zostają zmienione przy podziale abstrakcyjnym na cześci (p,T.)

Natomiast własności ekstensywne są takimi, które zmieniają się przypodziale systemu na części, które zmieniają się przy podziale termodynamicznym na części (V,m)

X₁,X_2,X_{3....... - zbiór własności intensywnych}

X_k.............X_k - _{własności ekstensywne}

Stan systemu jest opisany zbiorem jego własności.

Stan systemu [X₁,X′_i......X_k] stan 1

Jeśli tylko wł. syst. zmieni się, to stan systemu zmieni się również [X₁,.....X_i........X_k] stan 2 bo jedne wł. X_i zmieniła się na wł. X′_i

W termodynamice klasycznej wyrózniamy taki stan systemu, którego wszystkie wł. są niezmienne w przestrzeni i czasie.

Stan równowagi [X₁...........X_k] stałe w czasie i przestrzeni X_1, X₂,X₃ = constans

Wyróżniamy kilka rodzajów stanów równowagi

W termodynamice bardzo często mamy doczynienia, który jest scharakteryzowany stała temp. Materii systemu w czasie i przestrzeni - równowaga termiczna

Wyróżniamy równowagę chemiczną - istnieje ona wówczas gdy skł. systemu chemicznego materii jest niezmienny w czasie i przestrzeni, którą system wypełnia

Liczbowo stan równowagi chemicznej opisany jest niezmienną wartością kompozycji chemicznej materii systemu w w każdym punkcie przestrzeni i czasie np. posłodzona cherbata w szklance i dobrze wymieszana. Można wyróżnić równowage mechaniczną, fazową i inne.

Jeśli warunki dla zaistnienia wszystkicstanów równowagi są spełnione tzn. system termodynamiczny jest w równowadze termicznej i jednocześnie chemicznej i jednoczesnie jest w równowadze mechanicznej oraz fazowej to mówimy że taki system jest w stanie równowagi termodynamicznej.

Przemiany i cykle termodynamiczne.

Jaka kolwiek zmiana, w której system przechodzi od jednego stanu równowagi do drugiego nazywamy przemiana termodynamiczną.

Termodynamika klasyczna zajmuje się tylko takimi przemianami, które charakteryzuje równowaga termodynamiczna przy zmianie stanu systemu.

Droga przemiany - system to wszystkie stany posrednie, w których system przechodzi w trakcie przemiany między dwoma stanami.

Jeżeli stan początkowy i stan końcowy systemu i wszystkie stany na drodze przemiany są stanami równowagi to przemianę taka nazywamy przemianą równowagową.

Przemiana równowagowa - jest przemianą powolną

Wieksze ciśnienie - wieksza predkosć dźwieku

Do opisu przemian termodynamicznych w których jednostka wartości jest stała przyjeto stosować przedrostek (izo)

Przemiana - izobaryczna p = constans

- izotermiczna T = constans

- izochoryczna V = constans

- izotropowa S = constans ( entropia)

postulat stanu systemu określany jest zbiorem jego własności

[X₁...X_k] stana systemu

Z doswiadczenia jednak wiadomo, że jeśli np. znana jest (m) syst. i (V) którą system zawiera to możemy obl. Wł. systemu ze wzoru gestości masy gęstość = masa/objetosc jeżeli znamy gestosc masy możemy obliczyć objetość właściwą a to jest odwrotnością gęstości V=1/gestośc

Powstaje więc pytanie jaka jest najmniejsza liczba własnosci, przy czym taka, za pomocą której możemy wyznaczyć wszystkie pozostałe własności systemu

Najmniejsz liczba własności, która opisuje dany system zależy od rodz. Systemu.

Ze wszystkich rodzajów systemów jakie są możliwe, istnieje taki jeden dla którego liczba własnosci potrzebna do opisu jego stanu jest najmniejsza.

System taki nazywa się prostym systemem sciśliwym

Dla takiego syst. postulat stanu mówi że:

Stan prostego systemu ścisliwego jest opisany przez dwie niezależne własności. System termodynamiczny należy do prostych syst. ścisliwych wtedy gdy materia tworząca ten system jest jedno skł. i jedno fazowa.

Jeżeli mamy syst. prosty to wystarczy znajomosc dwóch parametrów

Jeżeli mamy syst. złożony to kilka parametrów ( dwu fazowe)

Ciśnienie - jest siłą wywieraną przez płyn na ograniczającą ten płyn powierzchnie. Pojecie cisnienia odnosi się tylko do cieczy i gazów. Natomiast w odniesieniu do ciał stałych mówimy o naprężeniu. Cisnienie mierzymy za pomocą manometrów. Jeżeli manometr mierzy z nadwyzką cisnienie w stosunku do cisnienia atmosferycznego to mówimy ze mierzy on nadciśnienie. Natomiast jeżeli manomet mierzy o ile ciśnienie cieczy lub gazu jest nizsze od cisnienia atmosferycznego to mówimy ze mierzy on podcisnienie. Podcisnieniu przyjmuje się ujemny znak (-). Same zas ciśnienie atmosferyczne i nadcisnienie lub podcisnienie wskazywanego przez manometr nazywa się ciśnieniem absolutnym. W podanym przez nas uprzednio sformułowaniu postulatu stanu mówi się o dwóch niezależnych wł. określających stan prostego systemu sciśliwego.Zazwyczaj jako wł przyjmuje się takie które sa mierzalne. Ponieważ ciśnienie jest jedna z tych własnosci, która jest mieżalna w sposów bezposredni to najczesciej cisnienie jest podstawową wł. służącą do okreslenia stanu prostego systemu tech. Manometr może miezyć nadcisnienie, podcisnienie, które wykozystane łącznie z cisnieniem atmosferycznym umozliwiają obliczenie cisnienia absolutnego. Zatem tylko cisnienie absolutne może być użyte do okreslenia stanu termodynamiczmnego

Temperatura i zerowa zasada termodynamiki

Z praktycznego punktu widzenia temp. Jest miarą stopnia nagrzania lub wychłodzenia systemu termodynamicznego. ( temp. Ciepła które mierzymy). Potoczne odczucia pozorne temp. Są jednak w wysokim stopniu wzgl. Bo np. dla osoby chorej temp. 40^oC jest temp. Bardzo wysoka, a zpunktu widzenia procesu hutniczego temp. Ta jest bardzo niska.

Zatem bazujac na ludzkich odczuciach nie można przypisywac stopnia nagrzania lub wychłodzenia ciała numerycznych wartosci. Jedna k okazuje się ze metalowe substancje maja wł. w sposób wyraźny i powtażalny zależnie od temperatury. Dlatego te materiały wykorzystywane są do budowy przyrządów do pomiaru temperatury, które nazywamy termometrem. Tymi materiałami wykorzystywanymi do budowy termometrów mogą być: wł. termicznej rozszerzalności spowodowanej zmianami temperatury ( termometry rteciowe, spirytusowe)

Zalezność oporu ale od temperatury ( termometry oporowe)

Napiecie na styku dwóch metali spowodowane temp. (termometry termoelektryczne “termopary”

Pirometry

Jakokolwiek nie byłaby to zasada działania zastosowana w konstrukcji termometru to zawsze pomiar temp. Opiera się o tzw. Zerową zasadę termodynamiki

Zasada ta to wynik obserwacji zjawisk. Jest ona niewyprowadzalna na gruncie innych praw fiz. Dlatego została nazwana zasadą.

Zasada ta stanowi że, jeśli dwa systemy termodynamiczne nie ...................... się ze sobą są one w stanie równowagi termicznej z systemem trzecim to są one w stanie równowagi termicznej wzgl. Siebie

Równowaga termiczna oznacza równość temperatur.

Ponieważ ównowaga termiczna oznacza równość temperatur to zerowa zasada vtermodynamiki mówi: jeżeli temp. Syst A jest taka sama jak syst. C, jeśli temp. Syst B jest taka sama jak syst. C to syst. A i B maja taką samą temperaturę

Termometr dąży do stanu równowagi danego ciała. Zatem jeśli termometr został skonstruowany zgodnie z zasadą zerową zasadą termodynamiki czyli w oparciu o wzorzec temp. To zmierzona tym termometrem temperatura ciała jest zawsze zgodna ze wzorcem.

Stałe termometryczne

Wartosci liczb temp. Są określone przyjmując skalę temp. W Europie powszechnie stosowana jest skala Celsjusza oparta o [^oC] charakterystyczne stany termodynamiczne wody.

Punkt zero ^oC w tej skali jest temp. Topnienia lodu wodnego przy ciśnieniu 1 atm+760 mmHg. Zaś punkt 100^oC jest temp. Wrzenia wody przy tym cisnieniu. Odległość jest dzielona na 100 czesci 1 część to 1^oC.

Temp. W ^oK =^oC + 273,15

T[k]=T[^oC]+273,15

O[k]=-273,15 [^oC]

Własności substancji czystych

Subsancje czyste to takie które w całej objętości jaką wypełniają posiada jednorodny skład chemiczny

Sa też substancje, które nie zaliczamy do czystych, nie są jednorodne w zbiorniku który wypełniają ( przestrzeń) (np. olej + woda)

Tezy substancji czystych

Z praktyki wiadomo że subst czyste mogą istnieć w trzech stanach skupienia:

- stałym

- ciekłym

• gazowym

Okazuje się jednak ze niektóre substancje będąc w tym samym stanie skupienia np. stałym mogą wykazywać różne właściwości np. wegiel pierwiastkowy

• stan skupienia stały ( grafit , diament)

Dlatego w termodynamice wprowadzono pojecie fazy jako bedącej precyzyjnie od stanu skupienia ( węgiel w fazie grafitu) (węgiel w fazie diamentu)

Zatem fazę możemy zdefiniować jako kazda jednorodna część materii, która oddziela się od otoczenia i innych faz poprzez wyrażnie widzialną fizyczną granicę rozdziałów.

W termodynamice mieszanin wprowadza się pojecie składnika. Składnik różni się od fazy tym ze nie tworzy granicy rozdziału, a miesza się z pozostałymi składnikami w całej objętości np. powietrze które jest mieszanina kilku składników.

Proces zmiany fazy substancji czystej.

Proces zmiany jednej fazy subst. Na drugą np. ciekłej na gazową.

Z praktycznych względów w rozważaniach skupimy uwagę na procesie zmiany fazy ciekłej na gazową A to dlatego , że pr. takie w termod. Są najczęściej spotykane.

Ponieważ rodzaje materii w fazie ciekłej, to uwagę naszą skupimy na procesie zmiany fazy ciekłej na gazową wody. Inne substancje wykazują podobne cechy przejścia z fazy ciekłej na gazową jak woda ale na innych poziomach temp. np. metale w bardzo wysokich temp. dodatnich.

Punktem wyjścia do naszych rozważań będzie analiza np. zmiany faz w naczyniu zamknietym z tłokiem. W naczyniu tym ruchomy tłok umozliwia utrzsymywanie stałego ciśnienia.

Taką ciecz która posiadaa temp. niższą od temp. wrzenia przy danym ciśnieniu nazywamy cieczą podciśnienia (przechłodzona ciecz )

Spośród takich wykresów powszechnie stosowany jest wykres określający entalpię właściwą i entropię pary wodnej.

Tablice określające własności cieczy i pary

Ponieważ dane tablice są bardzo dokładne niż odczytywanie z wykresu to w użyciu znajdują się tablice określające wł.wody, pary wodnej

• wł. wody jako cieczy pod ciśnieniem

Y=f(p,T) dowolne wł. funkcji jest ciśnienie i temp. ciecz wrząca i para such nasycona

Y=f(p) lub Y=y(T) dowolne wł. jest funkcja ciśnienia lub temp para przegrzana - faza gazowa której temp. jest wyższa niż temp wrzenia

Y=y(p i T) para wilgotna

Y=y_t+x(y_g-y_f) Y=y(p,x) Y=y(T,x)

Pierwsza zasada termodynamiki

Na pierwszym wykładzie było powiedziane ,że energia całkowita wszechswiata jest stała. Stwierdzenie to jest jednym z uniwersalnych praw przyrody, która jest znana jako zasada zachowania energii.

Wszechświat jest to system termodynamiczny i otoczenie

Delta E_sys=delta E_otocz

Delta E_sys+delta E_otocz = 0

Delta E_sys (+) przyrost

delta E_otocz(-) ubytek

żeby E wszechswiata było równe const.

Zawsze jeśli system pobiera E to musi ją pobrać z otoczenia

Jeżeli z systemu ubyła pewna energia E to ............. to zasada zachowania energii

To unwersalne prawo przyrody czyli zasada zachowania energii w odniesieniu do praw termodynamicznych znana jest jako pierwsza zasada termodynamiki

Ponbiewaz termodynamika zajmuje się procesem konwersji energii przy czym opisuje te prawa konwersji uzywając pojęć ciepła i pracy jako form przekazywania energii, to pierwsza zasada termodynamiki uzywa tych pojęć.

I zasada termodynamiki dla systemu zamknietego

Syst. zamknięte w I zas. Term. Def. Sa jako..............., które z otoczeniem nie wymieniaja masy, ale wymieniają energie w formie ciepła i pracy

Ciepło [Q] jast to taka forma przekazywania energii między otoczeniem a systemem lub między dwoma systemami, która polega na przekazywaniu energii tylko dzięki istnieniu róznicy temperatur. Proces taki nazywamy wymiana ciepła. Jeśli różnicy temperatur nie ma to nie ma procesu przekazywania energii.

Jeśli system otrzymuje z otoczenia ilość ciepła Q to przyrost energii syst. delta E =Q ( doprowadzenie ciepła powiększa energię syst).

Praca - jest to forma wymiany energii między systemami z otoczeniem , która polega na przekazywaniu energii przy zerowej różnicy temperatur. Do wymiany energii w formie pracy nie jest potrzebne istnienie różnicy temperatur a z tąd praca jest wiec każda forma przekazywania energii która nie jest ciepłem.

Dla pracy przyjmuje się konwekcję zerową

I zasada termodynamiki dla systemów otwartych. System otwarty wym. Energ. W formie pracy i ciepła

Ponieważ z przepływem masy może być przenoszona energia ( dopływ wody gorącej do zbiornika powiększa zasób energii w zgromadzonej wodzie w tym zbiorniku)

System otwarty może wymieniać energię z otoczeniem w trzech formach: praca, ciepło, z przepływami masy

Zasada zachowania energii w następującej postaci

Zazwyczaj jest tak że syst. termodynamiczny wym. Masę z otoczeniem w wielu miejscach rozlokowanych na granicy syst, które nazywaja się portami

Delta E=Q-W+∑E-∑E ( dopływ i odpływ)

Energia niesiona przez płyn o strumieniu masy m toE=me ( energia transportowana z przepływem) [e]=[kJ/kg]

deltaE=Q-W+∑me-∑me (dopływ odpływ)

∑E=(m₁e₁+m₂e₂) dopływ

∑E=(m₃e₃+m₄e₄+m₅e₅) odpływ

[me]=kg/s J/kg

Jeśli proces wymiany trwa przez czas delta T to ener.syst

Delta E=(Q-W)delta t+(∑me - ∑me)delta t

(Q, W) strumienie [kJ/s]

Proces nieustalony cieplno przepływowy - to taki proces którego rezultatem jest zmiana energii systemu termodynamicznego w czasie. Natomiast dla procesu ustalonego ener. Syst nie ulega zmianie

Delta E+0 dla pr. ustalonego

Aleenergia właściwa ( jednostki masy syst) może być przedstawiona wzorem

Powyższe równanie jako równanie bilansu ener. I zasada termod. Zapisana jak dla syst otwartego

W wielu urządzeniach człony V²/2 oraz g₂ są małe w porównaniu do entapii, wtedy mogą być one pominięte

Ciepłojest to forma wymiany energii w skutek różnicy temperatur

Jeśli więc system termodynamiczny wym. Ener. Z otoczeniem tylko wskutek różnicy temperatur to formą tej wymiany musi być ciepło.

Własnościami charakterystycznej wymiany ciepła są:

• ilosc ciepła Q wymieniona w czasie t Q[J,kJ,MJ]

• strumień ciepła wymienionego Q ilośc ciepła wymieniona w jednostce czasu Q [J/s, kW, MW]

• miara intensywności procesu wymiany ciepła jest gęstośc strumienia ciepła wymienionego g - strumień ciepła przypadając ana powierzchnie wymiany g=Q/a [W/m², KW/²]

Z termodyna miki wiadomo ze ciepło przepływa w sposób samorzutny z miejsc o temp wyższej do niższej. Zatem proc. Wym. Ciepła wymuszony jest różnicą temperatur. Dlatego często różnicą temperatur nazywamy siłe napedową procesu wym. Ciepła.

Zastosowanie przedmiotu wym ciepła

• konstrukcje i eksploatavcje urządzeń wymieniające ciepło, a wymiennikami ciepła są ( grzejniki CO, węzły cieplne budynków, klimatyzatory, chłodnice i nagrzewnice samochodowe, urządzeń domowego uzytku)

• organizmy żywe - wymiana ciepła z otoczeniem

• procesy wymiany ciepła w srodowisku, ogrzewania powierzchni ziemi poprzez nasłonecznienie, proc. Wymiany ciepła w atmosferze, rzek, jezior, morzach i oceanach

Mechanizmy wymiany ciepła

- przewodzenie ciepła

• konwekcja ciepła

• promieniowanie ciepła

Zazwyczaj te trzy mechanizmy wystepują jednoczesnie w wielu przypadkachpraktycznych zazwyczaj jeden z tych mechanizmów dominuje nad pozostałymi. Wtedy w obliczeniach o inzynierskiej dokładności uwzgledniony tylko ten dominujący mechanizm przepływu ciepła.

Przewodzenie ciepła - polega na przekazywaniu energii w formie ciepła poprzez ruchy molekół, atomów, jonów, swobodnych elektronów. Ruch tych eklementów materii jest przypadkowy a energia w formie ciepła przekazywana jest poprzez wzajemne zderzenie tych elementów, bo w tych miejscach gdzie temp. jest wyższa czestotliwosc zderzeń jest niższa rozprzestrzeniając się do miejsc o wyższej temp gdzie częstotliwosc zderzeń jest niższa

Przewodzenie cipła rządzone jest przez prawo Famiera

Konwekcja ciepła

Zjawisko wymiany ciepła między ścianką stałą a przemieszczającym się względem tej scianki płynem nazywamy konwekcją ciepła

Warto przy tym zaznaczyć, że warunkiem zaistnienia procesu wym. Jest różnica temp. płynu i ścianki.

Musi być przepływ płynu, musi być ścianka i różnica temp.

Gęstośc strumienia ciepła przekazywanego drogą konwekcji między płynem a ścianką opisuje prawo Newtona

G=alfa delta T różnica temp. płynu i ścianki

Proses jest tym bardziej intensywniejszy gdy jest większa różnica temperatur

Alfa =[W/m²k] - odniesiony do przyrostu

Współczynnik alfa zależy od wielu parametrów :prędkości przepływu płynu nad ścianką, zależy od geometrii tej ścianki, własności płynu

Promieniowanie ciepła

Każde ciało materialne ( każda materia) jeśli posiada temp. większą 0^oKelwina to emituje energię w postaci fal elektromagnetycznych . Promieniowanie ciepła padając na napotkaną powierzchnię innego ciała zostaje zaobsorbowane zwiększając w ten sposób energię wewnętrzną ciała absorbującego promienie co objawia się wzrostem temp tego ciała.

Jasność powierzchni “J” składa się z promieniowania własnego i odbitego J=E+E _odb

Jeśli absorbcja prom. Cieplnego zachodzi w bliskiej odległości od powierzchni na którą promieniowanie pada( czyli padające promieniowanie nie rozprzestrzenia się do wnetrza ciała)to ciało taki nazywamy nieprzezroczystym. Wiele ciał nieprzezroczystych decydującym czynnikiem wymiany ciepła przez promieniowanie są więc własność powierzchni.

Podstawowym prawem promieniowania cieplnego jest prawo określające gestość strumienia energii emitowanego promieniowania własnego.

Okazuje się że okreslone powyższym wzorem gęstośc strumienia energi emit. Prom. Własnego jest max a ciało które emituje prom. Cieplne o tej max wartości nazywa się ciałem czarnym.

Z postaci wzoru na gestosc strumienia energii emitowanej prom. Cieplnego wynika, że gęstość ta zależy od temp. Tak silna zależnośc od temp. powoduje że zawsze w podwyzszonych temp. wym. Ciepł. Przez promieniowanie w istotny sposób ...............proces wymiany

Jednakże o strumieniu wym. Ciepła drogą prom decyduje nie tylko zdolnosc do emisji ale również pow do absorbcji prom. Zdolnosc pow. Do absorbcji prom. Cieplnego określamy absorpcyjnością pow. Oznaczamy przez alfa =E_abs /_Epod iloraz gestosci energii .....................

---