Termodynamika - dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów.
„0" zasada termodynamiki - Jeśli układ A jest w równowadze cieplnej z układem B, a układ B jest w równowadze cieplnej z układem C, to układ A jest także w równowadze cieplnej z układem C.
„1" zasada termodynamiki(bilans cieplny) - W układzie zamkniętym, zawierającym ciało proste, zmiana energii wewnętrznej równa jest sumie algebraicznej pracy oraz ciepła wymienionego z otoczeniem, jeśli nie występuje zmiana energii kinetycznej oraz, energii położenia układu. E =Ek+Ep+U. ∆U=Q-L
Z „1" z termodynamiki wynika że praca nie może być wykonana za darmo, lecz wymaga albo zmniejszenia energii wewnętrznej albo doprowadzenia do układu ciepła z otoczenia. Oznacza to, że możliwe jest skonstruowane urządzenia które dawało by prace z niczego czyli Perpetuum mobile I rodzaju
„2" zasada termodynamiki - Entropia układu zamkniętego i izolowanego nie może maleć podczas dowolnej przemiany i wzrastać przy przemianach nieodwracalnych.
Sformułowania:
Clausiusa - Nie można skonstruować urządzenia działającego cyklicznie, którego jedynym efektem będzie transport ciepła od ciała zimniejszego do cieplejszego.
Kelvina-Plancka - Nie można skonstruować urządzenia działającego cyklicznie, którego jedynym efektem jest produkcja pracy i wymiana ciepła z pojedynczym zbiornikiem
Schmidta - nie można całkowicie odwrócić przemiany, w której występuje tarcie. Pracę w całości można zmienić na ciepło przez tarcie, jednak z tego ciepła nie można w całości odzyskać pracy.
Ostwalda - perpetuum mobile II rodzaju jest niemożliwe - Niemożliwa jest żadna maszyna zamieniająca 100% ciepła w pracę.
Przykładem praktycznym ,,2" zasady termodynamiki jest silnik cieplny i pompa ciepła.
„3" zasada termodynamiki - W temperaturze zera bezwzględnego entropia układów skondensowanych dąży do zera (sformułowanie słabsze) Entropia dowolnego układu skończonego znajdującego się w stanie równowagi dąży do wartości skończonej, gdy temperatura dąży do 0K.
Amagota prawo - Każdy składnik mieszaniny gazu doskonałego pod ciśnieniem mieszaniny wypełnia ułamek objętości mieszaniny zwany objętością cząstkową. Suma objętości cząstkowych jest równa objętości mieszaniny w temperaturze mieszaniny ciśnień.
Awogadra prawo - W jednakowych objętościach znajduje się taka sama liczba cząsteczek gazu doskonałego, jeśli temperatura i ciśnienie tych gazów są jednakowe.
Materia - pojęcie pierwotne nic wymaga definicji. Występuje w 2 postaciach: substancji o budowie korpuskularnej i niezerowej masie lub pola sił.
Roztwór - układ jednorodny złożony z 2 lub więcej składników. Ze względu na stan skupienia rozróżnia się roztwory gazowe ciekłe i stałe. W przypadku roztworów gazowych wykorzystuje się prawo Daltona i Amagota.
Obieg termodynamiczny - to taka przemiana lub zespół przemian przebiegających w układzie zamkniętym, której stan końcowy pokrywa się ze stanem początkowym. Rozróżniamy obiegi odwracalne i nieodwracalne.
Ciało proste - Ciało nieruchome, jednorodne bez naprężeń wewnętrznych, napięcia powierzchniowego i bez oddziaływania na nie pól zewnętrznych (ciało odporne na te czynniki) .
Czynnik termodynamiczny - substancja pośrednicząca w przekazywaniu energii. Np. gazy, ciecze.
Funkcja stanu - Wielkość charakteryzująca stan, układu niezależnie od sposobu w jaki układ do tego stanu został doprowadzony.
Parametry fizyczne układu - nazywa się tak każdą wielkość charakterystyczną obserwowalną, dotyczącą danego układu, której znajomości nie wymaga koniecznie znajomość historii tego układu. Wartość parametru fizycznego nie zależy od przemian. Parametry dzielimy na:
intensywne(ich wartość nie zależy od ilości substancji) np. temperatura, ciśnienie
ekstensywne(wartość zależy od ilości substancji) np. energia, objętość.
Fizyczne warunki normalne - T= 273,15K, p = 1 atm = 101325Pa Vmol=22,4135m3/kmol Ilość substancji zawarta w 1m3 przy normalnych warunkach fizycznych jest nazwana normalnym metrem sześciennym fizycznym.
Ciśnienie - Jest to stosunek siły wywieranej przez płyn (ciecz lub gaz) na jednostkę powierzchni do pola tej powierzchni. W układzie SI jednostką jest 1Pa (N/m2).
Daltona prawo - Ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest równe sumie ciśnień wywieranych przez składniki mieszaniny, gdyby każdy z nich był umieszczany osobno w tych samych warunkach objętości i temperatury (suma ciśnień cząstkowych).
Masa - jest własnością materii decydującą o bezwładności i grawitacyjnym oddziaływaniu ciał. Na podstawie dokładnych badań eksperymentalnych masa bezwładna i masa grawitacyjna są liczbowo równe.
Temperatura - Jest parametrem stanu. Jeżeli między dwoma stykającymi się ciałami odizolowanymi od otoczenia nie występuje przepływ ciepła, to ciała te są w równowadze termodynamicznej i mają tą samą temperaturę. Temperaturę mierzymy od zera bezwzględnego.
Gaz doskonały - gaz spełniający warunki:
brak oddziaływań międzycząsteczkowych w gazie, z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń cząsteczek;
objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu;
zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste;
energia rozkłada się równomiernie na wszystkie ruchy cząsteczek
Model gazu doskonałego może być makroskopowy lub mikroskopowy. Cząsteczki gazu doskonałego mają bardzo małe wymiary. Przy dławieniu izentropowym temperatura gazu doskonałego nie ulega zmianie. Gaz ten ma stałe ciepło właściwe i nie da się skroplić. Jego energia wewnętrzna jest tylko funkcją temperatury.
Gaz doskonały może spełnia: równanie stanu gazu, równanie Clapeyrona, równanie opisujące efekt dławienia, prawo Avogadra.
Gaz rzeczywisty - każda substancję w stanie gazowym. W warunkach niskiego ciśnienia i małej gęstości (duże odległości międzycząsteczkowe) oraz dostatecznie wysokiej temperatury (znacznie powyżej punktu krytycznego) gaz rzeczywisty zachowuje się podobnie do gazu doskonałego. W pewnych warunkach gaz rzeczywisty można opisać za pomocą równania van der Waalsa uwzględniającego objętość własną cząsteczek gazu (model gazu doskonałego zakłada punktowość cząsteczek) oraz oddziaływania międzycząsteczkowe zależne jak 1/r6 od odległości między cząsteczkami - r. Ciepło właściwe gazów rzeczywistych jest funkcją zarówno temperatury jak i ciśnienia. Nie spełnia równania Clapeyrona.
Energia - to skalarna wielkość fizyczna, spełniająca ściśle prawo zachowania, cechująca ,w sensie ilościowym, różne procesy i rodzaje oddziaływań. Nie ma ogólnie akceptowanego podziału energii na różne formy Z fenomenologicznego punktu widzenia energia całkowita stanowi zamknięty zbiór 4 rodzajów energii: kinetycznej, grawitacyjnej, wewnętrznej i elektromagnetycznej, z których 3 pierwsze mają charakter substancyjny. Energia jest funkcją stanu układu.
Energia Wewnętrzna - Jest to część energii układu zależna tylko od jego stanu wewnętrznego stanowi ona sumę oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrz cząsteczek oraz energii ich ruchu cieplnego Energia wewnętrzna jest parametrem stanu
Energia wewnętrzna układu - część energii układu zależna tylko od jego stanu wewnętrznego, stanowi ona sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnętrzcząsteczkowych (ruch postępowy, obrotowy, drgający, siły międzycząsteczkowe i oddziaływania chemiczne) układu oraz energii ruchu cieplnego cząsteczek.
Prawo zachowania energii - W układzie odosobnionym energia nie ulega zmianie
Energii bilans - dla układu otwartego w stanie nieustalonym: jeżeli posiada n wlotów i wylotów to zasadę zachowania energii możemy zapisać:
Gdy zmiana energii miedzy wlotem a wylotem układu jest mała, w stosunku do zmiany energii wewnętrznej, możemy ją pominąć.
Dyssypacja energii - zmiana(rozproszenie) energii mającej cechy pracy na ciepło. Dyssypacja ma zawsze charakter jednokierunkowy np. tłok poruszający się z tarciem, grzejnik elektryczny(opór).
Dławienie gazu rzeczywistego - przez kanał z przegrodą przelatuje gaz, maleje ciśnienie, temperatura może ulec zmianie. W procesie tym jest stała entalpia. Proces ten określa się tzw. Współczynnikiem Efektu zjawiska Joula Thompsona Alfa=dt/dp. Dla gazów doskonałych proces ten jest izotermiczny. Alfa=0 rzecz alfa=/0(??? - rasmo)
Dynamiczny współczynnik lepkości - jest to stosunek naprężenia stycznego powstającego miedzy warstwami poruszającego się płynu do gradientu prędkości (kg/m·s)
Zasada wzrostu entropii (analiza procesów nieodwracalnych) - Entropia układu zamkniętego, izolowanego, bez oddziaływań energetycznych otoczenia, rośnie w trakcie przemian nieodwracalnych. Możliwy więc jest wzrost entropii układu nawet wówczas, gdy nie doprowadza się do niego ciepła. Jeżeli przemiana jest nieodwracalna to wiąże się ze wzrostem Entropii
Entropia. Entropia jest funkcją parametrów ekstensywnych układu, zdefiniowaną dla stanów równowagi stałej, mająca następujące wartości:
wartości parametrów ekstensywnych układu izolowanego od otoczenia, ograniczonego ściankami sztywnymi, w stanie równowagi, przy usunięciu wszystkich ograniczeń wewnętrznych odpowiadających maksymalnej wartości entropii w porównaniu z innymi stanami równowagi, przy nałożeniu ograniczeń wewnętrznych.
Entropia jest funkcją ciągłą i różniczkowalną dla układów ekstensywnych.
Entropia jest parametrem stanu jej przyrost nie zależy od drogi przemiany!
Entropia każdego jednorodnego chemicznie ciała o skończonej gęstości, znajdującego się w stanie równowagi trwałej, przy zmniejszeniu temperatury bezwzględnej do zera, zbliża się do wartości granicznej równej zeru niezależnie od ciśnienia stanu skupienia i chemicznej modyfikacji substancji
Zasada wzrostu entropii - entropia układu odizolowanego zamkniętego od oddziaływań energetycznych otoczenia rośnie w trakcie przemian nieodwracalnych
Entalpia - E. całkowita masy m (I=m·Cp·ΔT), przepływającej przez granice układu, jest sumą energii mechanicznej i entalpii. E. właściwa(i=u+pV) jest sumą pracy właściwej przetłaczania (określonej do l kg substancji) wykonanej przeciwko ciśnieniu p oraz energii wewnętrznej U.
Ew i Entalpia gazów doskonałych i półdoskonałych są funkcjami temperatury i nie zależą od ciśnienia, natomiast entalpia gazu doskonałego zależy od ciśnienia.
Fizyczne znaczenie: o entalpii można powiedzieć, że jest energią przenoszenia masy. Dla gazu doskonałego I=I(T) Dla rzeczywistego I=I(p,T).
Gazu wilgotnego stany - Gaz wilgotny to mieszanina gazu suchego, czynnika niekonwensującego oraz pary wodnej.
Gaz wilgotny nienasycony - Mieszanina pary wodnej przegrzanej i gazu suchego.
Gaz wilgotny nasycony - Mieszanina gazu suchego i pary suchej nasyconej
Gaz wilgotny dwufazowy - Gaz suchy + para sucha nasycona + kropelki wody(woda w dwóch fazach)
Para - Gaz którego stany znajdują się w sąsiedztwie krzywej granicznej
Para nasycona - Faza gazowa znajdująca się w naczyniu, w kontakcie z wrzącą cieczą i mająca temperaturę równą temperaturze wrzenia.
Para przegrzana - Para nasycona oddzielona od cieczy i następnie podgrzana powyżej temperatury nasycenia.
Para nasycona wilgotna - Mieszanina pary suchej nasyconej i wrzącej cieczy.
Krzywa graniczna - Zbiór punktów na wykresie I-S, odpowiadających stanom wrzącej cieczy oraz parze suchej nasyconej. Należy do niej punkt krytyczny w którym schodzą się linie stałych stopni suchości i powyżej którego istnienie gazu ciekłego jest niemożliwe.
Punkt potrójny - to stan w jakim dana substancja może istnieć w 3 stanach skupienia równocześnie w stanie równowagi termodynamicznej. Na wykresie stanów równowagi jest to punkt przecięcia krzywych równowagi fazowej substancji (stan skupienia substancji w zależności od ciśnienia i temperatury), odpowiadający stanowi równowagi trwałej tych trzech stanów skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz).
Przemiana termodynamiczna - zjawisko stanowiące ciągłą zmianę stanu układów miedzy pewnym stanem początkowym i końcowym.
Przemiana odwracalna - Po powrocie układu do stanu początkowego w otoczeniu nie zaszły żadne skończone zmiany, tzn. układ ze stanu końcowego po przemianie może zostać sprowadzony do stanu początkowego, przy czym w otoczeniu nie mogą zajść jakiekolwiek zmiany. Przemiana odwracalna przebiega w obie strony taką samą drogą, przy czym parametry końcowe są takie same jak parametry wyjściowe. Przemiany odwracalne: izentropowa, izotermiczna, izochoryczna, izentropowa, politropowa, adiabatyczna.
Przemiana nieodwracalna - Powrót układu do stanu początkowego związany jest ze skończonymi zmianami w stanie otoczeni. Przemiany odwracalne: dławienie, mieszanie, tarcie, wymiana ciepła.
Przemiana statyczna - Przemiana złożona z kolejno po sobie następujących stanów równowagi, przy czym pomiędzy nimi powinny być ciągłe, bardzo powolne przejścia trwające od punktu początkowego do końcowego.
Przemiana wirtualna - Możliwa zmiana stanu, w której następuje bardzo małe odchylenie stanu układu od równowagi
Praca i Ciepło - Formy przekazywania energii.
Praca - Obok ciepła jedna z dwu form przekazywania energii między układami(jeden może być otoczeniem) lub częściami układu. Jest wielkością makroskopową, czyli związaną z zachowaniem układu jako całości. Równa jest energii, jaką układ oddaje otoczeniu przy jednoczesnej zmianie swoich parametrów makroskopowych (objętość, położenie, natężenie pola, itp). Zasadą określającą sposób wymiany energii z otoczeniem (wykonywanie pracy nad układem, wykonywanie pracy przez układ nad otoczeniem, przepływ ciepła) jest pierwsza zasada termodynamiki. Praca może być całkowicie zamieniona na potencjalną energię mechaniczną jakiegoś układu i odwrotnie Praca nie jest parametrem stanu gdyż nie zależy tylko od stanu początkowego i końcowego przemiany.
Praca techniczna - W układach przepływowych. ilość masy wpływającej = ilości energii wypływającej. Całkowita praca wykonana w układzie będzie się składała z (Praca wykonana)/(gaz wchodzący do układu) (dodatnia), która wynosi p1V1. Praca ujemna, jaka musi być doprowadzona do gazu uchodzącego z układu żeby go usunąć - p2V2. Praca zewnętrzna związana ze zmianą objętości L=∫pdV. Suma tych trzech pozycji nosi nazwę pracy technicznej. Praca techniczna nie jest funkcją stanu, zależy od punktu początkowego i końcowego.
Ciepło - Forma przekazywania energii inna niż praca. Przekazywanie energii w postaci ciepła z jednego układu do drugiego może następować wtedy, gdy temperatury tych układów się różnią. Ciepło może być zidentyfikowane jednoznacznie tylko w układzie zamkniętym. Nie jest ono parametrem stanu, bo zależy od stanu początkowego i końcowego oraz drogi przemiany. Ciepło jest oddziaływaniem energetycznym, bez zmiany parametrów zewnętrznych, prowadzącym do zmiany zasobów energii wewnętrznej.
Sposoby przekazywania ciepła:
przewodzenie ciepła - przenoszenie ciepła w obrębie danego ciała od jednych drobin do drugich lub przez dyfuzję
konwekcja - (unoszenie ciepła) ciepło płynie z cząsteczkami płynu od ściany przegrody do rdzenia strumienia lub odwrotnie
promieniowanie - ciepło przenosi się od jednego ciała do drugiego w postaci energii promienistej (za pośrednictwem fal elektromagnetycznych)
Ciepło właściwe gazów doskonałych i półdoskonałych (CP i CV) - dla gazów doskonałych nie zależy od wartości parametrów termodynamicznych Cp-Cv=R Ciepło właściwe gazów półdoskonałych spełnia r-nie Clapeyrona i jest tylko funkcją temperatury.
Ciepło właściwe czynnika termodynamicznego - jest ciepłem gazów dla danych odpowiednio: ciśnieniu przy stałej objętości i objętości przy starym ciśnieniu.
Ciepło parowania - Ilość ciepła, jaką trzeba doprowadzić do jednego kilograma cieczy, aby otrzymać z niej 1 kg pary suchej nasyconej, przy stałej temperaturze.
Pewnik równowagi (w naturze wszystko dąży do osiągnięcia równowagi) - Istnieje pewien szczególny stan układu określony jednoznacznie nałożonymi ograniczeniami oraz stanem otoczenia, będącego w kontakcie z układem, który można scharakteryzować w sposób wystarczający za pomocą pewnej stałej liczby parametrów. W przypadku ciała prostego są to energia wewnętrzna(U), objętość całkowita(V) oraz masy poszczególnych składników. Pewnik równowagi poszukuje istnienia stanów równowagi.
Psychrometr Assmanna) - Dwa identyczne termometry rtęciowe znajdują się w jednakowych obudowach, przez które przepływa powietrze tłoczone wentylatorem, ze stałą prędkością. Zbiorniczek jednego owinięty jest muślinem zmoczonym wodą. Woda z muślinu odparowuje i powoduje ochłodzenie termometru. Różnica wskazań obu termometrów jest funkcją wilgotności względnej powietrza.
chwiejną, gdy wystarczy niewielka zmiana do wyprowadzenia go ze stanu równowagi (odpowiada to maksimum energii);
obojętną, gdy niewielka zmiana powoduje niewielką zmianę stanu układu, ale nadal jest to stan równowagi (energia stała na otoczeniu);
trwałą lub metatrwałą gdy po dokonaniu niewielkiej zmiany układ powraca do stanu początkowego (odpowiednio globalne i lokalne minimum energii).
Jeśli bodziec nie przekroczy pewnej wartości krytycznej to układ znajduje się w równowadze trwałej, jeśli przekroczy to w równowadze chwiejnej
Silnik Cieplny - układ termodynamiczny, który w sposób ciągły w zamkniętym cyklu zamienia ciepło na pracę. Silnik pobiera ciepło Qd ze źródła ciepła o temp T1, wykonuje dodatnią pracę i oddaje ciepło Qw do źródła o temp T2<T1. Sprawność techniczna silnika jest to stosunek pracy wykonanej przez silnik do ciepła pochłoniętego przez czynnik obiegowy. Lob.=Qd-Qw.
Pompa ciepła- pobiera ciepło Qd z otoczenia, pobiera pracę napędową, oddaje ciepło Qw do źródła o temp wyższej od temp otoczenia. Sprawność - stosunek ciepła Qw oddawanego do ogrzewanej przestrzeni do pracy napędowej. Lob=Qw-Qd
Chłodziarka - pobiera ciepło Qd ze źródła o temp niższej od temp otoczenia, pobiera pracę Lob. i oddaje ciepło Qw do źródła o temp wyższej od temp otoczenia. Sprawność to stosunek ciepła Qd pobranego do pracy pobranej
Stopień suchości x - Parametr określający zawartość cieczy w parze mokrej.
Układ termodynamiczny - część przestrzeni materialnej stanowiąca przedmiot danego rozważania, ograniczona powierzchnią materialna bądź abstrakcyjną. Powierzchnie te nazywamy osłonami lub ściankami [ścianka: nieprzepuszczalna, półprzepuszczalna, diatermiczna(nieruchoma i nie przepuszcza cząstek, umożliwia zaś wymianę energii)i adiabatyczna(nie przepuszcza ciepła)]. Mogą one ulegać zmianom w czasie. Rozróżniamy układ otwarte(wymieniają z otoczeniem energię i masę), zamknięte(wymieniają z otoczeniem energię, nie wymieniają masy) i izolowane(nie wymienia z otoczeniem ani energii ani masy).
Pozostałą część przestrzeni poza rozpatrywanym układem, która może wywierać wpływ na ten układ przede wszystkim przez oddziaływanie energetyczne, nazywamy otoczeniem układu.
Układu stan - wartości wszystkich parametrów termodynamicznych określają w sposób jednoznaczny stan układu. Dwa stany są identyczne, jeśli wartości wszystkich parametrów opisujących dany układ w obu stanach są jednakowe.
Układ jednoskładnikowy - układ o jednorodnym składzie chemicznym niezależnie od faz, w jakich występują substancje.
Układ odosobniony - to układ, który cechuje brak oddziaływań z otoczeniem. W miarę upływu czasu osiąga on samorzutnie stan równowagi termodynamicznej.
Wilgotność bezwzględna - zawartość pary wodnej w powietrzu, w jednostce objętości równej 1m³, wyrażona w gramach [g/m³]. Wilgotność bezwzględna pary wodnej nazywana jest także gęstością bezwzględną pary wodnej.
Wilgotność względna - stosunek rzeczywistej zawartości pary wodnej znajdującej się w powietrzu do maksymalnej, jaką może zawierać powietrze w określonej temperaturze bez jej skroplenia (stan nasycenia). Określana jest w procentach.
Wrzenie - zjawisko zmiany stanu skupienia polegające na powstaniu fazy gazowej w całej objętości cieczy w postaci pęcherzyków gazowych, występujące w pewnej określonej temperaturze.
1 / 3
Skany melowych “pytań”, z OCRowane i poprawione