Maszyny termodynamiczne i ich rodzaje.

Silnik cieplny - urządzenie do zamiany energii cieplnej na mechaniczną w sposób cykliczny, np.: maszyna parowa, elektrownia, silnik spalinowy.

Mogą działać tylko przy przepływie temp. wyższej do niższej. Przenoszenie ciepła od temp. niższej do wyższej odbywa się kosztem pracy mechanicznej.

Chłodziarka - urządzenie, które ogrzewa obszar o temperaturze wyższej poprzez podnoszenie ciepła z obszaru o niższej temperaturze do tego obszaru

Pompa ciepła - urządzenie, którego celem jest obniżenie temperatury jakiegoś ciała do temperatury niższej od temperatury otoczenia

Schemat działania

Wszystkie maszyny działają zgodnie z zasadami termodynamiki. Z pierwszej zasady termodynamiki, wynika, że zachowany jest całkowity bilans energii. Dla silnika cieplnego: praca wykonana (W) jest równa różnicy energii pobranej na sposób cieplny ze źródła ciepła i oddanej do chłodnicy:

Z drugiej zasady termodynamiki wynika że nie można skonstruować silnika cieplnego w całości zamieniającego dostarczone ciepło na pracę, a maksymalna sprawność silnika cieplnego zależy od różnicy temperatur źródła ciepła i chłodnicy i wyraża się wzorem:

W praktyce oznacza to, że silniki cieplne oprócz użytecznej pracy zawsze oddają do otoczenia ciepło, które jeśli nie jest wykorzystane, staje się ciepłem odpadowym. Stanowi to podstawę skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w elektrociepłowniach.

II Zasada termodynamiki a cykl Carnota

Ciepło Q₂ zawsze musi występować !

Niemożliwa jest przemiana, której jedynym wynikiem byłaby zamiana na pracę ciepła pobranego ze źródła mającego wszędzie tą samą temperaturę. (definicja Kelvina)

Żadna pracująca cyklicznie maszyna nie może, bez dodatkowych efektów, przenosić w sposób ciągły ciepła z jednego ciała do drugiego, mającego wyższą temperaturę. (definicja Clausiusa)

W sformułowaniu entropowym:

- układ izolowany		(entropia zawsze rośnie)
- układ oddziałujący		(pochłanianie ciepła powoduje wzrost entropii).

Dla silnika: niemożliwe jest zbudowanie takiego silnika, który w całości zamieniałby ciepło na pracę (tzn. nie istnieje perypetum mobile drugiego rodzaju).

Dla sprawności: sprawność każdego silnika jest mniejsza niż: (T-T')/T.

Entropia. Obliczanie przyrostu entropii w przemianach gazowych

Definicja statystyczna entropii

Entropia jest miarą nieuporządkowania w układzie. Im większy nieporządek (duża Ω ), tym większa entropia S.

Definicja termodynamiczna entropii

Rozważamy proces odwracalny pomiędzy dwoma stanami równowagi. Niewielkiej zmianie towarzyszy wymiana ciepła z otoczeniem ΔQ, wówczas zmiana entropii wynosi:

dS= ΔQ/T

S₂ – S₁ = ∫₁²ΔQ/T

Pierwszą zasadę termodynamiki można więc zapisać w postaci

Własności entropii:

1. W procesach nieodwracalnych entropia układu rośnie.

2. W procesach odwracalnych entropia układu jest stała.

3. Entropia układu w stanie równowagi ma wartość maksymalną.

Przykład: obliczyć zmianę entropii podczas topnienia 1kg lodu. Ciepło topnienia lodu- 336kJ/kg

S₂ – S₁ = Q/T = 1,2kJ/K

Entropia to funkcja stanu.