Przemiany termodynamiczne

Przemiana odwracalna

• przebiega bez strat, zarówno od punktu początkowego do końcowego, jak i odwrotnie,

• stany pośrednie układu są identyczne w obu kierunkach,

• stany pośrednie otoczenia również są takie same.

Inaczej mówiąc, po powrocie układu do stanu początkowego w otoczeniu nie zaszły żadne skończone zmiany.

Przemiana nieodwracalna

• nie spełnia powyższych warunków,

• powrót układu po przemianie nieodwracalnej do stanu początkowego wiąże się z zaistnieniem skończonych zmian w otoczeniu.

Większość przemian termodynamicznych to przemiany nieodwracalne. Jeżeli jednak odchylenie od odwracalności nie jest znaczne, przemianę rzeczywistą można traktować jako odwracalną (z pewnym przybliżeniem).

Przemiany termodynamiczne gazu doskonałego

Przemianę zachodzącą przy stałym cieple właściwym nazywamy przemianą politropową. Równanie politropy można zapisać w trzech postaciach:

p V^m = idem (36) T V^m ^− 1 = idem (37) T^m p^1 − m = idem. (38)

gdzie: m - wykładnik politropy.

W przemianie politropowej zawierają się cztery charakterystyczne przemiany gazu doskonałego, które stanowią jej szczególne przypadki. W zależności od wartości wykładnika politropy, m, są to przemiany:

• m = 0 - izobaryczna, p = idem,

• m = 1 - izotermiczna, T = idem,

• m = ∞ - izochoryczna, V = idem,

• m = κ - adiabatyczna (izentropowa), Q = 0 i S = idem.

Na podstawie równania stanu gazu doskonałego (p V = n R T):

p V T = n R = idem	(39)

oraz warunku danej przemiany, otrzymamy opisujące je równania:
dla izobary:

V T = idem,	(40)

dla izotermy:

pV = idem,	(41)

dla izochory:

p T = idem,	(42)

oraz dla adiabaty:

p V^κ = idem (43) T V^κ− 1 = idem (44) T^κ p^1 − κ = idem. (45)

            Zestawienie przemian charakterystycznych gazu doskonałego

W ramach "po-ćwiczenia" polecam przeanalizować każdą przemianę "na sucho" (bez konkretnych danych) pod kątem wyznaczania pracy objętościowej i technicznej, ciepła, zmiany energii wewnętrznej i entalpii. Część zrobiliśmy już na zajęciach.

Zadanie 1

W cylindrze zamkniętym ruchomym tłokiem znajduje się 5 [kg] powietrza (gaz doskonały) o temperaturze 20 [C]. W wyniku izobarycznego ogrzewania temperatura gazu wzrosła do 100 [C]. Oblicz pracę wykonaną przez układ.

Dla powietrza przyjmij M = 29 [kg/kmol].

Zadanie powinno zostać rozwiązane w oparciu o przedstawione dane i nie należy przyjmować żadnych dodatkowych (ewentualnie dla sprawdzenia poprawności głównego rozwiązania).

Skany odręcznych i podpisanych rozwiązań należy przesłać jak najszybciej, wyłącznie przez UPeL.

Otrzymałem kilka rozwiązań, które zostały ocenione. W zasadzie wszystkie opierały się na tym, że dla izobary L_V12 = p(V₂-V₁) i równaniu Clapeyrona. Takich więcej już nie przyjmuję. Nie otrzymałem natomiast rozwiązania, jakie miałem na myśli, a mianowicie opartego na IZT i cieple właściwym. Na takie poczekam jeszcze do piątku (21.03.2014).