Prawa zachowania masy i energii (Joul, Helmholtz, Hrina)- w stanie ustalonym masa lub energia dostarczana do układu muszą ten układ opuścić (wyjątek reakcje jądrowe)
Osłona diabatyczba: cechuje się przepuszczalnością zarówna dla materii jak i dla energii.
Czynnik: (substancja materialna) ośrodek, w którym zachodzą różnego rodzaju przemiany. (powietrze, para wodna)
Otoczenie: przestrzeń leżąca poza wyodrębnionym układem.
ENERGIA
Składa się z:
-energii kinetycznej ruchu postępowego i obrotowego;
-energii potencjalnej w polu grawitacyjnym
-energii wewnętrznej
Sposoby doprowadzania i odprowadzania energii:
-przepływ ciepła związany z różnicą temperatur.
-przepływ energii elektrycznej
-praca mechaniczna
-przepływ ze strumieniem czynnika przechodzącego przez osłonę diabatyczną
TYPY UKŁADÓW
Układ zamknięty: to część przestrzeni materialnej otoczona osłoną diabatyczną, przez której ścianki nie zachodzi przepływ czynnika. Masa układu jest niezmienna, a przyrost energii układu jest równy przyrostowi energii wewnętrznej czynników.
ΔEu=ΔU
Wyróżnić możemy dwa przypadki:
-układ nie wymienia materii z otoczeniem, a energia może być dostarczona lub wyprowadzona w postaci ciepła lub pracy.
-układ nie wymienia z otoczeniem ani materii ani ciepła, układ taki nazywamy układem izolowanym (odosobnionym).
Układ otwarty: to część przestrzeni materialnej, przez której powierzchnię ograniczającą zachodzi przepływ substancji. Masa w układzie otwartym może się zmieniać, bo układ wymienia masę z otoczeniem. W szczególnym przypadku ilość czynnika odprowadzonego i doprowadzonego może być taka sama: masa układu będzie wówczas stała, ale układ pozostanie układem otwartym. Wraz z doprowadzeniem lub odprowadzeniem masy następuje również przekazywanie energii między układem a otoczeniem. Zgodnie z zasadą zachowania energii:
Ed=ΔEu+Ew
ZMIENNE STANU
-wielkości opisujące stan układu
Grupy:
-Parametry stanu- (parametry termodynamiczne) mierzone bezpośrednio metodami fizycznymi: objętość (właściwa, molowa), ciśnienie i temperatura)
-Funkcje stanu- (funkcje termodynamiczne) czyli zmienne zależne, najczęściej wieloparametrowe, jednoznacznie określone przez parametry stanu układu. W termodynamice spotykamy wiele zmiennych o charakterze funkcji stanu jednak podstawowymi są: entalpia, energia wewnętrzna, entropia, energia swobodna, entalpia swobodna. Rozróżniamy dwa typy zmiennych stanu: zmienne intensywne i ekstensywne.
Wielkości ekstensywne: to takie, w których wartość zależy od ilości substancji i wraz z nią się zwiększa. Cechy: addytywność, tzn. ich wartości dla całego układu są równe sumie wartości poszczególnych składników układu. Przykłady wartości ekstensywnych to objętość czy masa.
Wielkości intensywne: nie zależą od ilości substancji, charakteryzują każdą najmniejszą nawet część układu. Należą do nich takie wielkości jak: ciśnienie, temperatura (temperatura najmniejszej części układu znajdującego się w stanie równowagi jest taka sama jak temp. całości).
BILANS ENERGETYCZNY:
-przedstawia się w postaci graficznej, tabelarycznej lub wykresu Sankeya
-wszystkie pozycje bilansu wyrażane są za pomocą takiej samej jednostki energii lub w procentach sumy energii dostarczonej do energii.
-w wykresie Sankeya każdy ze składników bilansu przedstawiony jest w postaci paska o szerokości proporcjonalnej do wartości energii wprowadzonej lub wyprowadzonej z układu.
-bilans pozwala na ustalenie strat energii użytecznej do ilości energii zużytej do jego realizacji.
Sprawność termiczna: sprawność obliczona na podstawie bilansu energetycznego; jest stosunkiem energii użytecznej procesu do ilości energii zużytej do jego realizacji.
EGZERGIA
-oznacza maksymalną pracę użyteczną, jaką może wykonać czynnik termodynamiczny w procesie odwracalnym, wykorzystując otoczenie jako źródło bezwartościowego ciepła i bezwartościowych substancji, jeżeli na końcu tego procesu wszystkie biorące udział w nim substancje osiągną stan równowagi termodynamicznej ze składnikami powszechnie występującymi w otoczeniu.
-nie podlega prawu zachowania (w przeciwieństwie do energii). W każdym procesie rzeczywistym dochodzi do strat egzergii.
-jest użyteczną częścią energii, istnieje jej tyle rodzajów ile rodzajów energii, wyrażana jest również w tych samych jednostkach co energia.
-istnieje: egzergia właściwa, egzergia molowa, odpowiednikiem energii potencjalnej jest egzergia potencjalna, kinetycznej egzergia kinetyczna.
Bogactwa mineralne: źródła energii nie będące w stanie równowagi termodynamicznej z otoczeniem; np. paliwa, substancje rozszczepialne, energia słoneczna.
Bilans egzergetyczny:
-umożliwia ocenę praktycznej przydatności różnych form energii.
-straty egzergii w poszczególnych etapach procesu technologicznych sumuje się.
-przedstawia się tabelarycznie lub na wykresie Grassmanna.
-nie spełnia prawa Gouya- Stodoli (pozwala wykryć miejsca, w których działają czynniki zmniejszające sprawność procesu);
-wykazuje tylko ostateczne skutki występujące często w znacznej odległości od występowania przyczyny,
-w odróżnieniu od bilansu energii bilans egzergetyczny ulega zamknięciu dopiero po uwzględnieniu strat egzergii:
gdzie:
δB- straty egzergii