Termodynamiczne przemiany

Izochoryczna przemiana, przemiana gazowa (gaz doskonały), zachodząca przy stałej objętości (ciepło właściwe przemiany izochorycznej). Opisuje ją równanie P/T = constans, gdzie: P - ciśnienie, T - temperatura (prawo Charlesa). Układ nie wykonuje pracy w przemianie izochorycznej.

Izobaryczna przemiana, przemiana gazowa (gaz doskonały), zachodząca przy stałym ciśnieniu p (ciepło właściwe przemiany izobarycznej). Opisuje ją równanie: V/T = const, gdzie: V - objętość, T - temperatura (prawa Gay-Lussaca). Praca L w przemianie izobarycznej wyraża się wzorem: L=pΔV, gdzie ΔV równe jest zmianie objętości.

Izotermiczna przemiana, przemiana gazowa (gaz doskonały), zachodząca przy stałej temperaturze (ciepło właściwe przemiany izotermicznej). Opisuje ją równanie PV = constans (gdzie: P - ciśnienie, V - objętość), opisuje ją prawo Boyle'a-Mariotte'a. Praca układu w trakcie przemiany izotermicznej równa jest zmianie energii swobodnej.

Adiabatyczna przemiana, adiabatyczny proces, proces termodynamiczny, podczas którego układ nie oddaje i nie pobiera ciepła. Proces adiabatyczny realizuje się bądź przez izolowanie cieplne układu, bądź przeprowadzając go bardzo szybko (np. rozprężanie gazów w silniku o wewnętrznym spalaniu). Jeśli w procesie adiabatycznym układ wykonuje pracę, to odbywa się to kosztem energii wewnętrznej układu, zatem temperatura jego obniża się (wykorzystywane do otrzymywania niskich temperatur).

W fizyce atmosfery rozpatruje się dwa rodzaje procesów adiabatycznych: suchoadiabatyczny powietrza suchego (lub o małej zawartości pary wodnej) i wilgotnoadiabatyczny (pseudoadiabatyczny) powietrza nasyconego parą wodną.

Ciepło właściwe, ilość ciepła pobranego przez jednostkę masy danego układu powodująca wzrost temperatury układu o jeden stopień Kelvina (1K).

Energia wewnętrzna, U, jedna z funkcji termodynamicznych, równa całkowitej energii układu (zazwyczaj bez energii kinetycznej i potencjalnej układu jako całości). Jej zmiany określa pierwsza zasada termodynamiki (termodynamiki zasady). Energia wewnętrzna dla procesów izoentropowych (izoentropowa przemiana) i izochorycznych (izochoryczna przemiana) jest potencjałem termodynamicznym.

Entalpia, H, zawartość ciepła, funkcja stanu układu termodynamicznego, H = U+pV, gdzie U - energia wewnętrzna, p - ciśnienie, V - objętość.

Gay-Lussaca prawa gazów,

1) przy stałym ciśnieniu, objętość gazu jest wprost proporcjonalna do jego temperatury bezwzględnej (przemiana izobaryczna),

2) w stałej objętości ciśnienie gazu jest wprost proporcjonalne do jego temperatury bezwzględnej (przemiana izochoryczna),

3) objętości substratów i produktów gazowych reakcji chemicznych, zmierzone w tych samych warunkach pozostają w stosunku niewielkich liczb naturalnych (prawo stosunków objętościowych).

Rekuperator ciepła, przeponowy wymiennik ciepła o działaniu ciągłym, służący do ogrzewania powietrza lub paliwa gazowego przy wykorzystaniu ciepła uchodzących spalin lub gazów odpadkowych.

Rozróżnia się rekuperatory ciepła: metalowe (rurowe lub płytowe) oraz ceramiczne (ze specjalnych kształtek ogniotrwałych). Znajdują zastosowanie w przemyśle metalurgicznym, szklarskim itp.

Regenerator, nagrzewnica, wymiennik ciepła o działaniu okresowym, służący do ogrzewania powietrza lub paliwa gazowego. Ma postać komory wypełnionej cegłami lub kształtkami ogniotrwałymi w taki sposób, aby możliwy był przepływ gazów, kolejno gorących i zimnych, zazwyczaj w kierunku pionowym.

Regeneratory stosuje się do ogrzewania powietrza i paliwa zasilającego piece szklarskie, piece metalurgiczne (np. piec martenowski) i in.

Para wodna, jeden z trzech stanów skupienia wody - faza gazowa. Najobficiej występuje w dolnej warstwie atmosfery, zwłaszcza na jej styku z powierzchnią parującą (oceanami, gruntem, szatą roślinną), średnio od 0,2% do 4% w stosunku do objętości suchego powietrza.

Para wodna dostaje się do atmosfery na skutek parowania z powierzchni wodnych (oceanów, mórz, jezior, rzek), z wilgotnego gruntu i poprzez transpirację roślin. Przy maksymalnej zawartości w powietrzu przy danej temperaturze para wodna może ulec kondensacji.

Z zawartością w powietrzu pary wodnej i jej przechodzeniem ze stanu gazowego w ciekły i stały związane są najważniejsze procesy pogodowe, jak np. powstawanie chmur, i charakterystyczne cechy klimatu.

Para wodna zalicza się do gazów cieplarnianych, gdyż w dużym stopniu pochłania długofalowe promieniowanie podczerwone, wysyłane przez powierzchnię Ziemi, jak również wysyła promieniowanie podczerwone, co przyczynia się do zmniejszenia nocnych oziębień powierzchni Ziemi i dolnych warstw powietrza. Zawartość w powietrzu pary wodnej nazywa się wilgotnością powietrza.

Prężność pary wodnej, ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wyrażone w jednostkach ciśnienia - milimetrach słupa rtęci (mm Hg) lub hektopaskalach (hPa).

Wyróżnia się prężności pary wodnej: aktualną - faktycznie obserwowaną w danej chwili i miejscu oraz maksymalną (nasycającą) - najwyższą wartość ciśnienia, jaka może wystąpić w powietrzu przy danej temperaturze, zanim rozpocznie się kondensacja.

Prężność pary nasyconej, ciśnienie pary nasyconej. Prężność pary nasyconej jest funkcją temperatury, kształtu powierzchni i obecności gazu obojętnego nad tą powierzchnią. Zależność pomiędzy prężnością pary nasyconej (p) a temperaturą bezwzględną (T) wyraża wzór: lnp=(-ΔH/RT)+const, gdzie: ΔH - ciepło parowania lub sublimacji, R - stała gazowa.

Prężność pary nasyconej nad powierzchnią zakrzywioną (np. powierzchnią kropli) można wyliczyć ze wzoru Kelvina: ln(p_r/p_σ)=( 2σV)/( RTr), gdzie: p_σ - prężność pary nasyconej nad powierzchnią płaską, σ - napięcie powierzchniowe, V - objętość molowa cieczy, r - promień kropli.

Para, gaz znajdujący się w temperaturze niższej od temperatury krytycznej (mgła, para nasycona, para przegrzana).

Para przegrzana, para nienasycona, para w temperaturze wyższej aniżeli temperatura pary nasyconej. Para przegrzana nie jest w stanie równowagi termodynamicznej z fazą skondensowaną.

Temperatura i ciśnienie pary przegrzanej są wzajemnie niezależne. Podwyższanie temperatury pary przegrzanej zwiększa sprawność energetyczną obiegu siłowni parowej.

Para nasycona, para będąca w równowadze termodynamicznej z fazą skondensowaną. Para nasycona pozbawiona kropel cieczy nosi nazwę pary nasyconej suchej.

Termodynamiki zasady, podstawowe prawa przyrody rządzące procesami zachodzącymi w układach termodynamicznych:

1) pierwsza zasada termodynamiki - zmiana energii wewnętrznej układu równa jest różnicy ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej przez ten układ. Zasada ta, równoważna zasadzie zachowania energii, w zarysach sformułowana została w 1842 przez J.R. Mayera, uściślona zaś w 1847 przez H.L.F. de Helmholtza.

2) druga zasada termodynamiki - istnieje entropia będąca funkcją stanu układu, stałą w odwracalnych procesach adiabatycznych i rosnącą we wszystkich innych. Zasadę tę, zgodnie z którą kierunek wzrostu entropii może służyć do formalnego wyróżnienia kierunku upływu czasu (wszystkie inne prawa fizyki klasycznej nie ulegają zmianie przy zamianie przyszłości z przeszłością), podał w 1850 R.J.E. Clausius, a uściślił w 1851 Kelvin lord of Largs.

3) trzecia zasada termodynamiki - entropia układu o ustalonych parametrach (np. o stałym ciśnieniu lub objętości) i temperaturze zmierzającej do zera bezwzględnego zmierza również do zera. Zasadę tę, pozwalającą obliczyć bezwzględną wartość entropii (określanej przedtem tylko z dokładnością do stałej), podał w 1906 W.H. Nernst (tzw. twierdzenie Nernsta).

Niekiedy nazwą czwartej zasady termodynamiki określa się twierdzenie Onsagera, a za zasadę tzw. zerową uznaje się twierdzenie głoszące, że dwa ciała będące w równowadze termodynamicznej z pewnym układem są w równowadze termodynamicznej ze sobą.

---