CCF20091206007

przemiany, lecz i od drogi tej przemiany, czyli od przebiegu stanów) między punktem początkowym a końcowym.

W urządzeniach technicznych praca jest wykonywana najczęściej zi pośrednictwem tłoczyska poruszającego się ruchem postępowo-zwrot nym (maszyny tłokowe) lub za pośrednictwem obracającego się wah (maszyny wirnikowe).

Ciepło, podobnie jak praca, to oddziaływanie energetyczne mię' dzy dwoma układami termodynamicznymi. Jednakże przekazywani* energii w postaci ciepła z jednego układu do drugiego może nastę pować tylko wtedy, gdy temperatury tych układów różnią się mię dzy sobą.

Ciepło — w odróżnieniu od pracy — nie może być całkowici* zamienione na energię potencjalną układu. Nie może ono być takż* bezpośrednio przechowywane w układzie. Gdy energię w postaci ciepła doprowadza się do układu, jest ona w nim przechowywana w postać energii kinetycznej i potencjalnej cząsteczek tworzących układ termom dynamiczny.

Mówimy, że podczas zamiany na ciepło następuje degradacja energii: nigdy nie może ona być już w pełni odzyskana. Ta nieodwracalność procesów przemian energii, występująca we wszechświecie, jest przedmiotem drugiej zasady termodynamiki, omówionej w rozdziale 4.

Podobnie jak praca, ciepło (oznaczane literą Q) nie jest parametrem stanu, gdyż zależy od stanu początkowego i końcowego oraz drogi przemiany.

Umowna zasada dotycząca znaku ciepła jest odwrotna niż w przypadku pracy. Przyjmuje się, że ciepło dopływające z zewnątrz do układu ma znak dodatni, odpływające zaś z układu — znak ujemny.

Przykłady

Przykład 1.1. W zbiorniku o objętości V= 3 m³ znajduje się m = 5 kg gazu. He wynosi objętość właściwa oraz gęstość gazu w zbiorniku?

Rozwiązanie

Objętość właściwa wynosi

V 3

l litość gazu wynosi

e = ^r = — =■ -i-« i.^{67 k}s/^m3

V v 0,6

1'isyklad 1.2. W cylindrze z tłokiem (rys. 1.12) znajduje się gaz n objętości kj. Po odblokowaniu tłoka porusza się on (bez tarcia) w kierunku od dna cylindra na zewnątrz — pod działaniem i lśnienia gazu (zawartego w cylindrze) na wewnętrzną powierzchnię linka. Stałe ciśnienie zewnętrzne p oddziałuje na zewnętrzną powierzchnię tłoka i przeciwdziała ruchowi tłoka. Obliczyć pracę układu złożonego z tłoka, cylindra i zawartego w nim gazu dla przypadku, gdy gaz rozpręży się do objętości końcowej V₂, przy której link znajdzie się w położeniu równowagi, tzn. gdy ciśnienie gazu w cylindrze będzie równe ciśnieniu zewnętrznemu p. Przyjąć: p = 0,1 MPai V₂ — V₁ = 0,2 m³.

Rozwiązanie

Przy stałym ciśnieniu zewnętrznym p pracę obliczamy wg wzoru (1.2)

L = p(V₂-V₁)

L = 0,1 • 10⁶ Pa • 0,2 m³ = 2-10⁴ ^ m³ = 2-10⁴ J = 20 kJ

m

Zwróćmy uwagę na to, iż w tym przypadku do obliczenia pracy zbędna jest znajomość ciśnienia gazu w cylindrze, ponieważ należy brać pod uwagę tylko siły działające na zewnątrz układu termodynamicznego. W przypadku gdyby tylko gaz stanowił układ, należałoby znać ciśnienie wywierane przez gaz na wewnętrzną powierzchnię tłoka. Zadanie znacznie by się wtedy skomplikowało, ponieważ ciśnienie to jest funkcją objętości gazu.

Przykład 1.3. Rysunek 1.13 przedstawia urządzenie składające się ze zbiornika zawierającego gaz, układu drutów oporowych nawiniętych wokół zbiornika oraz baterii elektrycznej. Zaobserwowano, że podczas przepływu prądu przez drut oporowy temperatura gazu w zbiorniku wzrasta. W jakiej postaci energia przekracza granice układu termodynamicznego — w postaci ciepła czy pracy?

29