Małgorzata Tretowicz

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 5.

TEMAT : Wyznaczanie wartości powietrza metodą Celementa i Desormesa.

Zagadnienia do samodzielnego opracowania:

Ciepło właściwe gazu. Definicja Cp i Cv.

Przemiana adiabatyczna gazów - równanie Poissona.

Przemiany: izotermiczna, izochoryczna i izobaryczna gazu doskonałego.

I zasada termodynamiki - to prawo zachowania energii dla układów termodynamicznych. Można je sformułować jako niemożność zrealizowania perpetum mobile I rodzaju, tj. urządzenia, które wykorzystywałoby pracę bez pobierania energii ze źródła. Z zasady tej wynika istnienie funkcji stanu U zwanej energią wewnętrzną. W wolnej przemianie termodynamicznej układu zamkniętego zmiana energii wewnętrznej jest równa ciepłu dostarczonemu do układu i pracy wykonanej nad układem.

dU=dQ-dW (W i Q zależą od rodzaju procesu).

II zasada termodynamiki - prawo określające kierunek procesów zachodzących w układach makroskopowych. Można ją sformułować jako niemożliwość zrealizowania perpetum mobile II rodzaju, tj. że niemożliwe jest pobieranie ciepła z jednego termicznie jednorodnego ciała i zamiana go na proces, którego jedynym wynikiem jest przekazywanie energii w postaci ciepła od ciała o niższej temperaturze ciała o wyższej temperaturze, bez wprowadzania zmian w otoczeniu.

Z zasady tej wynika istnienie funkcji stanu S zwanej entropią (definicja: zmiana dS w izotermicznym procesie odwracalnym jest równe stosunkowi ciepła dostarczonego układowi do temperatury bezwzględnej układu - prawo wzrostu entropii).

Dla gazu doskonałego parametrów gazu nie można zmieniać dowolnie. Jeśli masa gazu jest stała są one ze sobą związane tzw. równaniem stanu:

lub równaniem stanu Mendelejewa-Clapyerona

gdzie: n - liczba moli gazu, n=mu

m - masa gazu

masa kilomola gazu

R - uniwersalna stała gazowa

względnie równaniem w postaci:

_o k T

gdzie:

liczba cząsteczek w jednostce objętości

k - stała Bolzmanna ( k = 1,38 10^-23 J/K)

k = R/N_A N_A - liczba Avogadra tj. ilość cząsteczek w kilomolu substancji

Równanie stanu gazu wynika z doświadczenia znalezionych praw w sytuacji, gdy jeden z parametrów gazu jest stały, a mianowicie przemian gazowych:

1. gdy T=const.

Zachodzący proces nazywa się izotermicznym; zależność ciśnienia od objętości podaje prawo Boyle'a i Mariotte'a pV = const

2. gdy p.=const.

Zachodzący proces nazywa się izobarycznym; zależność objętości od temperatury podaje prawo Gay-Lussaca

3. gdy V=const.

Zachodzący proces nazywa się izochorycznym; zależność ciśnienia od temperatury podaje prawo Charlesa.

Równanie Poissona - proces adiabatyczny.

W przemianie adiabatycznej nie ma wymiany ciepła z otoczeniem, gdyż proces adiabatyczny zachodzi wówczas, gdy gaz znajduje się w naczyniu o ściankach nieprzepuszczających ciepła, lub jeśli proces i odbywa się tak szybko, że praktycznie nie zdąży nastąpić przekazanie lub pobranie ciepła. Zatem jeśli dQ=0, pierwsza zasada termodynamiki przyjmuje postać:

dU = dW

Praca przy adiabatycznym sprężaniu lub rozprężaniu gazu doskonałego:

dW = C_VdT

Pracę te gaz wykonuje kosztem energii wewnętrznej gdy temperatura końcowa w przemianie jest niższa od początkowej, gaz wykonuje pracę rozprężając się adiabatycznie, czyli

dW = -pdV

gdzie:

- z równania gazu doskonałego (także dla 1 mola gazu).

Ciepłem właściwym lub pojemnością cieplna właściwą nazywamy stosunek ilości ciepła Q pobranego do masy m. układu oraz do zmiany temperatury wywołanej pobraniem ciepła

Analogicznie odniesione wielkości (nie do masy gazu) lecz do liczby moli gazu n nazywają się ciepłem właściwym molowym.

Między C i c zachodzi związek .

C = μc

Ponieważ ilość ciepła zależy od rodzaju zachodzącej przemiany termodynamicznej rozróżnia się ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu c oraz ciepło właściwe przy stałej objętości c. Wartość c zależy od rodzaju substancji, a w szczególności od stanu skupienia. Dla cieczy i ciał stałych c_p i c_V różnią się niewiele, natomiast dla gazów zachodzi związek:

C_p - C_V = R

Pomiędzy ciepłem przy stałej objętości i przy stałym ciśnieniu zachodzi również związek:

χ

gdzie: χ -to tak zwany wykładnik adiabtyczny

χ=

Wykonanie ćwiczenia:

Lp.	h	h	h - h	χ	χ χ
	[ ]	[ ]	[ ]	[ ]	[ ]

T

V

p

V₃

V₂

P₁

P₃

P₂

P₁

izobary

izotermy

T₁

T₂

T₃

p

V

izochory

T

---