1. I Zasada termodynamiki

W układzie odosobnionym tzn. osłoniętym osłoną adiabatyczną, ilość energii wewnętrznej układ jest stała E_d=ΔE_u+E_w [J] ⇒ równ bilansu energetycznego można traktować jako I zasadę termodynamiki dot. Układu zamkniętego. Energia doprowadzona do układu wyodrębnionego osłoną adiabatyczną pozostaje częściowo w układzie a część jest wyprowadzona z układu. Interpretacja graficzna - wykr. Sankeya

Jeżeli układ działa w sposób ustalony (jego energi nie zmienia się w czasie lub zmienia się w sposób periodyczny i po skończonej liczbie cykli wraca do wart. Początkowych) to bilans energetyczny przyjmuje postać
ponieważ
to do czynnego silnika
że jest rzeczą niemożliwą skonstruowanie perpetum mobile pierwszego rodzaju (silnika pracującego bez zasilania energią z zewnątrz).

2. II Zasada termodynamiki

sformułowanie

1. Plancka. Jest rzeczą niemożliwą skonstr. takiego silnika (maszyny działającej periodycznie), którego działanie polegało by na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła. Silnik taki nosi nazwę perpetum mobile II rodzaju.

2. Clausjusa ciepło nie może przejść samorzutnie od ciała o temp niższej do ciała o temp wyższej. Aby spowodować taki przepływ ciepła musimy zastosować lewo bieżną maszynę cieplną i wkładać do niej energię z zewnątrz, tzn. wywoływać zmiany w innych ciałach.

• Samorzutne przejście - zjawisko któremu nie towarzyszą żadne zmiany w otoczeniu (otoczenie nie oddziałuje na układ)

3. Schmidta - nie można całkowicie odwrócić przemiany, w której występuje tarcie. Pracę w całości można zmienić na ciepło przez tarcie, jednak z tego ciepła nie można w całości odzyskać pracy.

4. Ostwalda - perpetum mobile II rodzaju jest niemożliwe - DOWÓD

czyli cykl pracy silnika stąd ΔS_{PM II R}=0 bo entropia jest wielkością stanu a stan w punkcie 1-2 jest sobie równy to Δ=0; π=ΔS_{PM II R}+S_ŹR=0 -
; Q - ciepło tarcia

π > 0 sprzeczne z prawem wzrostu entropii

5. entropia układu zamkniętego i izolowanego nie może maleć podczas dowolnej przemiany i wzrastać przy przemianach nieodwracalnych.

4. Entalpia - sposób obliczania

1. ciała stałe i ciecze i=u+pv, gdzie v - obj. właść., p - bezwzględne ciśnienie statyczne, u - właściwa energia wewnętrzna

2. gaz doskonały (funkcja tylko temp, nie zależy od ciśnienia i objętości) i=c_pT+u_o, gdzie c_p - ciepło wł. przy stałym ciśnieniu, T - temp, u_o - energia otoczenia

3. gaz półdoskonały (funkcja tylko temp)
   ; gdzie
   - średnie ciepło właściwe od 0 doT, T - temp

4. para nasycona mokra i=i`+x(i``-i`), gdzie i - entalpia pary nasyc. mokrej, i` - entalpia cieczy, i`` - ilość pary suchej nasyconej, x - stopień wilgotności

5. para przegrzana i=i``q_p, gdzie q_p - ciepło przegrzania pary

6. para mokra nasycona i=q+r+pr, gdzie r - entalpia parowania

6. Sposoby przekazywania ciepła

1. przewodzenie ciepła - przenoszenie ciepła w obrębie danego ciała od jednych drobin do drugich lub przez dyfuzję

2. konwekcja - (unoszenie ciepła) ciepło płynie z cząsteczkami płynu od ściany przegrody do rdzenia strumienia lub odwrotnie

3. promieniowanie - ciepło przenosi się od jednego ciała do drugiego w postaci energii promienistej (za pośrednictwem fal elektromagnet)

7 Sposoby doprowadzania energii

1. na sposób ciepła - wtedy gdy istnieje różnica temp między ciałem a otoczeniem

2. na sposób pracy - wtedy gdy między układem a otoczeniem jest oddziaływanie różnego rodzaju sił

I - p₁>p_o - praca na rzecz otoczenia + L_w>0

II - p₁<p_o - otoczenie na rzecz układu - L_d<0

3. ze strumieniem ciepła - wtedy gdy np. mamy zbiornik i:

• substancję doprowadzamy M_d

• substancję wyprowadzamy M­_w

przypadki

4. za pomocą prądu elektrycznego

10. Obieg Diesla

Jest obiegiem porównawczym, silników o zapłonie samoczynnym i wtryskiem paliwa za pomocą sprężonego powietrza. Jest to układ otwarty.

Sprawność techniczna

;

kompresja
; st. obciążeni

Stąd sprawność maleje ze wzrostem obciążenia

11. Obieg Otto. Obieg porównawczy silnika z ZI

z

L_o=Q_d-Q_w;

;

;
;

14. Co to jest entalpia

To wielkość termodynamiczna określająca stan termodynamiczny układu i równa jest sumie energii wewnętrznej U układu oraz iloczynowi jego objętości i ciśnienia. Zmiana entalpii przy stałym ciśnieniu jest miarą ilości ciepła wymienionego przez układ z otoczeniem. I - entalpia, U - energia wewnętrzna, p - ciśnienie statyczne bezwzgl., V - objętość całkowita ciała. I = U + p V. Entalpia jest funkcją tych samych parametrów stanu co energia wewnętrzna.

15. Co to jest strumień czynnika termodynamicz.?

Obliczamy za pomocą średniej prędkości przepływu. Jeżeli na przykład przewodem rurowym o przekroju F [m²] płynie strumień z szybkością ω [m/s] to wzór na strumień objętości wygląda

Strumień substancji
[kg/s] oblicza się mnożąc objętość przez gęstość substancji
gdy
= idem to jest to warunek ciągłości strugi.

16. Gaz doskonały i półdoskonały

gaz doskonały - gaz którego drobiny nie przyciągają się wzajemnie, są nieskończenie małe i sztywne (wewnątrz drobin nie występują drgania).Spełnia on:

- prawo Awogadra - w jednakowych objętościach znajduje się ta sama ilość cząstek dowolnego gazu doskonałego, jeżeli ciśnienie i temp obu gazów są jednakowe.

- równanie stanu - f(p,V,T) =0, gdy znam 2 parametry gazu to mogę obliczyć 3

- równanie stanu gazu doskonałego (Clapeyrona) pV=RT

- ciepło właściwe
; c_p>c_v;
; c_p-c_v=R

- zasada ekwipartycji - energia rozkłada się równomiernie na wszystkie możliwe ruchy cząstek

Gaz półdosk. różni się od gazu doskonałego tym że w jego drobinach występują drgania. Atomy wchodzące w skład gazów są powiązane ze sobą sprężyście

17. Co to jest strumień ciepła?

Stosunek elementarnej ilości ciepła dQ do czasu dτ trwania wymiany tej ilości ciepła
,wzór osiąga postać
przy ustalonej wymianie ciepła

18. Bilans wymiennika ciepła

Wymiennik przeponowy to urządzenie jest przekazywanie ciepła między 2 czynnikami oddzielonymi przegrodą

1. bilans wewnątrz ścianki kanału grzejącego

2. osłona na zewnątrz wymiennika

19 Co to jest entropia

Jest to funkcja stanu termodynamicznego, której zmiana równa się ilorazowi dostarczonego ciepłą i temperatury
; S - entropia całkowita

; s - entropia właściwa w odniesieniu do 1kg czynnika; dla źródła ΔS = -
źródło oddaje energię więc przyrost entropii jest ujemny. Entropia mówi nam o kierunku przemian zachodzących w przyrodzie.

20. Prawo wzrostu entropii

Jeżeli układ jest jak na rys. i założenie: do tłok + cylinder możemy doprowadzić ciepło Q ze źródła ciepłą, przy czym Q = idem. Do cylindra mogę doprowadzić substancję o ilości dm i entropii właściwej s.

Wyróżniamy dwa przypadki:

I przemiana odwracalna

1. T_cz = T_źr ; b) brak tarcia dQ_t = 0

przyrost entropii układu odosobnionego Δs = π, natomiast elementarny przyrost ozn. dπ = ds._u+ds_ot

- przyrost entropii układu

- przyrost entropii otoczenia

Wniosek: W układzie odosobnionym sumą przyrostów entropii wszystkich ciał uczestniczących w zjawisku odwracalnym jest = 0. Warunek ten jest spełniony nawet w najmniejszej części zjawiska.

II przemiana nieodwracalna tzn. t_źr≠t_cz

22. Rodzaje konwekcji

Konwekcja - przenoszenie energii przez przepływ drobin i mieszanie się strugi o różnej temp. Występuje tylko w cieczach i gazach.

a) konwekcja wymuszona - występuje gdy prędkość przepływu strugi płynu może wynikać z działania sił zewnętrznych (działanie pompy). Wymiana ciepła przy konwekcji wymuszonej zależy od rodzaju ruchu:

• laminarny Re<Re_kr =2300

• burzliwy Re >10000

• R_kr<Re<10⁴ (ruch przejściowy, ob. inne zależ)

b) Konwekcja swobodna - występuje wtedy gdy ruch płynu powstaje samoczynnie na skutek działania sił wyporu. K. s. najczęściej nakłada się na konw. wymuszoną, bo siły wyporu powstają zawsze zawsze gdy gęstość ciężaru płynu jest inna w warstwie przyściennej niż w rdzeniu strugi

23. Termiczne równanie czynnika termodynamicznego

Pośród termicznych parametrów stanu czynnika tylko dwa mogą zmieniać się niezależnie, natomiast trzeci jest określony przez pozostałe. Zależność F(p, T, V) nazywamy termicznym równaniem stanu które obowiązuje zawsze w przyrodzie, podaje się je jako wzór, zależność między parametrami lub podaje w postaci tablic.

24. Opisać efekty energetyczne obiegu silnika cieplnego, ziębiarki, pompy grzejnej

Silnik - pobiera ciepło Q­d­ ze źródła ciepła o temp T₁, wykonuje dodatnią pracę i oddaje ciepło Q_w do źródła o temp T₂<T₁. Sprawność techniczna silnika jest to stosunek pracy wykonanej przez silnik do ciepła pochłoniętego przez czynnik obiegowy. L_ob.=Q_d-Q_w

;

Pompa grzejna - pobiera ciepło Q_d z otoczenia, pobiera pracę napędową, oddaje ciepło Q_w do źródła o temp wyższej od temp otoczenia. Sprawność to stosunek ciepła Q_w oddawanego do ogrzewanej przestrzeni do pracy napędowej. L_ob.=Q_w-Q_d

;

Ziębiarka - pobiera ciepło Q_d ze źródła o temp niższej od temp otoczenia, pobiera pracę L_ob. i oddaje ciepło Q_w do źródła o temp wyższej od temp otoczenia. Sprawność to stosunek ciepła Q_d pobranego do pracypobranej

doprowadzonego do mieszkań Zakład pracujący w tn sposób nazywa się elektrociepłownią.

28. Wady i zalety siłowni turbogazowych.

ZALETY:

• możliwość dobrania najdogodniejszego czynnika chłodzącego

• można zmniejszyć rozmiary agregatu poprzez zastosowanie podwyższonych ciśnień

• umożliwia regulację mocy silniki przez zmianę gęstości czynnika obiegowego

• ma górną moc graniczną agregatu > niż w przypadku układu otwartego

• mogą pracować bez używania wody

WADY

• konieczność stosowania 2 wymienników ciepła , zwłaszcza nagrzewnicy narażonej na wysokie temp

konieczność stosowania sprężarek duże części energii (aby uzyskać 10 MW musza mieć turbinę 40 Mw gdyż 30 MW na sprężarkę.

29 Zasada zachowania energii

Energia nie może zniknąć nie może powstać z niczego , lecz może przejść z jednej postaci w drugą i ilość jej nie może ulec zmianie w układzie zamkniętym i izolowanym układ jest niezmienny niezależnie od zmian zachodzących w układzie.ΣE=0

30.Co to jest energia wewnętrzna

Energia wewnętrzna U jest to całkowia energia odniesiona do układu osi współrzędnych mających początek w środku masy ukł i umieszczonych tak że energia ruchu obrotowego =0. Z enrgi układu E_u można wyróznić energię potencjalną Ep + energię kinetyczna Ek + energię wewnętrzną U

Eu=Ek+Ep+U

Głównymi składnikami U są:

Jest to parametr stanu gdyż zależy od stanu czynnika. Zawiera w sobie różne rodzaje energii chem, sprężystą itd.

Energia wewn właściwa u=U/m (intensywny parametr)

31.Przedstawić całkowite ciepło pochłonięte przez czynnik termodynamiczny w ukł T-S

Całkowite ciepło które zostało pochłonięte przez czynnik można obliczyć za pomocą wzoru

Qc1-2=

Jnterpretacja graficzna : ciepło pochłonięte w czasie przemiany odpowiada pole zawarte nad linią przemianową 1-2 i osią

33. Obieg Carnota obieg o max sprawności

1-2 izotermiczna ekspansja następuje pobór ciepła

2-3 izentropowa ekspansja

3-4 kompresja izotermiczna następuje oddanie ciepła

4-1 kompresja izentropowa

34. Uogólniony obieg Carnota

Dotyczy siłowni parowych - zamiast przemian izentropowych zastosowano dwie dowolne przemiany

Równoległe do siebie. Regeneracja ciepła polega na przekazaniu ciepła między dwoma strumieniami ciepła tego samego czynnika

η_te=1-(qk/gc)

35 Co to jest bilans energetyczny

Wypływa z zasady zachowania energii Ed=ΔEu+Ew[J] dla strumienia wszędzie jest kropka i[J/s].Energia częściowo doprowadzona do układu Ed jest częściowo zużyta na zmianę energii układu ΔEu oraz częściowo jest wyprowadzona. Ew.Zas zach energii wynika z obserwacji zjawisk zachodzących w przyrodzie i doświadczeń

Energia nie może zniknąć nie może powstać z niczego , lecz może przejść z jednej postaci w drugą i ilość jej nie może ulec zmianie w układzie zamkniętym i izolowanym układ jest niezmienny niezależnie od zmian zachodzących w układzie.ΣE=0

36 Wyjaśnij dlaczego praca i ciepło nie mogą być traktowane za postaci energii

raca i ciepło nie są postaciami energii mimo Ze ich ilość mierzy się tymi samymi metodami jednostkami co ilość energii. Energia jest bowiem własnością materii jest funkcją stanu układu. Praca i ciepło przestają istnieć w chwili zakończenia zjawiska- wykonania pracy czy przepływu ciepła. Pozostaje po nich tylko skutek tych zjawisk.

b) stałe i ciekłe paliwa - udziały gramowe oznaczając małymi literami alfabetu. Jednostką ilości paliwa stałego lub cieklego jest 1kg paliwa wilgotnego. Ilość substancji poszczególnych składników w jednostce substancji paliwa wyrażają wzory

n^`_c+s=c/12+s/32 kmol(c+s)/kgpal

Skład paliwa ciekłego i stałego jest sumą udziałów gramowych = 1.Określamy 1 min zapotrzebowania na tlen O

N_min=c/12+h/4+s/32-0/32 [(kmolO₂)/(kgpal)]

2 Min powietrza n_lpow=n_smin/0.21 [kmol pow/kgpal]

zawsze dajemy więcej n_lpow

λ=rzeczywista ilość pow(n`l)/teoretyczna ilość pow(n`lmin)

Wartość opałowa Wd[J/kg]ilość ciepła doprowadzona z komory spalin po zupełnym i całkowitym spaleniu jednostki paliwa jeżeli spalenie odbyło się pod stałym ciśnieniem spaliny zaś zostały ochłodzone do temp początkowej substratów przy czym para wodna zawarta w spalinach nie uległa skropleniu.

Ciepło spalania[Wg]- ilość ciepła doprowadzona z komory spalin po zupełnym i całkowitym spaleniu

38. Jaką przemianę nazywamy obiegiem termod.

Obieg termodynamiczny jest to przemiana w której stan końcowy czynnika jest identyczny z początkowym. Wykresem (obrazem obiegu) jest krzywa zamknięta . W każdym wykresie możemy określić 4 charakterystyczne punkty

1. dwa punkty zwrotne I II i dzielą one krzywą na linię ekspansji i kompresji

2. dwa punkty adiabatyczne i i dzielą one krzywe na części podczas której czynnik pochłania ciepło i część podczas której oddaje ciepło.

Ciepło dostarczane pobrane przez czynnik z zewnątrz w czasie obiegu ozn Qd, zaś oddawane Qw sa one > 0.

39. Co to jest obieg prawo i lewo bieżny

1. obieg prawobieżny - jest obiegiem silnika

Qd > Qw

Założenie T I > T II

Silnik pobiera ciepło Qd ze źródła o temp wyższej , wykonuje pracę i oddaje ciepło Qw do (otoczenia ) o temp niższej Sprawność termiczna silnika

2. obieg lewobieżny - jest to obieg ziębiarki lub pompy grzejnej

sprawność termiczna ogólnie

lewobnieżny

Qw > Qd

η_t=efekt użyteczny urządzenia/Qd

Chłodnica pobiera ciepło Qd o temp niższej niż temp otoczenia T II otrzymuje pracę /Lob/ i oddaje ciepło Qw do źródła o temperaturze wyższej(otoczeniu)

Lob=Qw-Qd

Sprawność ziębiatrki

Spraw termiczna

Pompa grzejna pobiera ciepło z otoczenia Qd otrzymuje pracę i dostarcza ciepło Qw do żródeł o temperaturze wyższej od temp otoczenia

Obiegi odwracalne składają się tylko z przemian odwracalnych . Równanie bilansu (czy obieg jest czy

P*V=m*R*T⇒p*V=n(MR)*T

MV;(MR)≡(B)nie zależy od rodzaju gazu

n,m- masy

44. Co to jest równowaga termodynamiczna?

Jest to taki stan, który ustala się samorzutnie w układzie odizolowanym od oddziaływań sił zewnętrznych i pozostaje niezmienny w czasie czyli gdy parametry stanu tego układu nie ulegają zmianie w czasie. Spełnione są trzy warunki równowagi:

a) równowaga termiczna

b) równowaga chemiczna

c)równowaga mechaniczna

46. Co to jest ciepło właściwe i od czego zależy?

Całkowite ciepło przejęte przez ciało o masie m podczas podgrzewania od T₁ do T₂ jest równe ciepłu dostarczonemu z zewnątrz i ciepłu tarcia (ciepło wewnątrz ciał) Q_{c 1-2} =Q_1-2+Q_f przy czym

przekształcając wg.


Średnie ciepło właściwe
jest to ilość ciepła jaką należy dostarczyć jednej jednostce ilości substancji, aby zmienić temperaturę o 1K w całym rozpatrywanym okresie temp. Zależy od:

1. rodzaju ciała

2. temperatury t₁ t₂

3. warunków ogrzewania ciał

Stosunek C_p/C_v=χ Jeżeli mam ciało masie m i podgrzewam od t do Δt+t to nastąpi przyrost ciepła ΔQ_c

-rośnie wraz ze wzrostem t i jest wysokością prostokąta o szerokości (t₂-t₁). F pole figury nieregularnej równe polu prostokąta o wysokości. Wielkości ciepła właściwego C i szerokości t₂-t₁. Pole figury F=(t₂-t₁)*c

Zawór dławiący- jest urządzeniem stosowanym w ziębiarce umożliwiającym spadek ciśnienia od wartości panującej w skraplaczu do wartości panującej w parowniku (skroplona ciecz zostaje zdławiona do odpowiedniego ciśnienia). Przemiana dławienia odbywa się przy stałej 3-4 entalpi, ponadto obieg z zaworem dławiącym jest nie odwracalny ze względu na nie odwracalność przemiany dławienia. Ponadto również występują straty energetyczne (nie odbiera się pracy sprężarki oraz zmniejsza się wartość wydajności chłodniczej g₀.

Obieg suchy- Δ od Carnotta
sprężanie zachodzi e obszarze pary przegrzanej dzięki (osuszaniu między parownikiem a sprężarką
para sucha nasycona)

(osuszacz odbiera krople cieczy od pary suchej nasyconej)

49. Co to jest równanie przemiany?

Jest to zależność pomiędzy parametrem stanu. Dla każdej przemiany można podać 3 równania.

Przemiany mogą być odwracalne lub nieodwracalne

Przemiany mogą być zamknięte lub otwarte

Otwarta przebiega przy zmiennej ilości substancji

50. Podać równowagę stanu gazu doskonałego i półdoskonałego?

pV= RT- równanie stanu gazów doskonałych

pV= mRT ; p [N/m²] ; V [m³/kg] ; R [Nm/kgK] ; T [K]

51. Zerowa zasada termodynamiki

Jeżeli dwa ciała 1 i 2 są w stanie równowagi termicznej z 3 są one także w równowadze między sobą.

52. Zdefiniować i podać zast. i sposób oblicze. straty wylot i napełnienia sprężarki?

Strata wylotowa- temp. spalin wypływających do otoczenia jest większa niż temp. otoczenia. Ciepło unoszone do otoczenia przez spaliny q_w.

- ilość spalonego paliwa

Równanie Pecleta.

k- współczynnik przenikania ciepła [ W / m² K ]

E_w = L_w

E_d = E_w

M_d>M_w

M_d<M_w

M_d=M_w

m_d>m­_w

m_d<m_w

m_d=m_w

1-2 sprężanie izentro.

2-3spalanie p=cons

3-4 rozpr. izentropo.

4-1 wydech izochora,

1-2 sprężanie izentro.

2-3 izochora (spal. wyb.)

3-4 rozpr. izentropo.

4-1 wydech (izochoryczne oddaw. ciepła)

N_1-2 - ilość cząstek gazu

M_1-2 - masy cząsteczkowe

m_1-2 - masa gazu

Oznaczenie:

czynnik grzejący z indeksem 1

czynnik ogrzewany z indeksem 2

czynnik wprowadzany „prim”

czynnik wyprowadzany „bis”

stąd można obliczyć Q_o

1 gw

2 Lob=L_CR

3 gd

straty wydajności chłodniczej l_t=l_s-l_r

s- sprężanie

r- rozprężanie

Parownik (skropiony czynnik odparowuje pobierając ciepło osiąga stan określony punktem 1)

a)t₁ różne od t₂

b) t₁=t₂=t₃

c)t₁=t₃

---