CCF20091206008

granica układu termodynamicznego

Rys. 1.13. Przykład wyjaśniający różnicę między ciepłem i pracą Rozwiązanie

W przypadku pokazanym na rys. 1.13a układ termodynamiczny stanowi tylko gaz. Przepływ energii przez granice układu jest spowodowany istnieniem różnicy temperatury między ściankami zbiornika a gazem. Tak więc, zgodnie z omówionymi definicjami, w tym przypadku ciepło przenika przez granice układu.

W przypadku przedstawionym na rys. 1.136 układ termodynamiczny obejmuje zbiornik wraz z zawartym w nim gazem oraz grzejnik oporowy. Granice układu przekracza energia elektryczna, która w naszym rozumieniu jest pracą.

Zadania

Zadanie 1.1. Wyrazić w skali Celsjusza i Fahrenheita wartości temperatury równe: a) 200 K, b) 400 K.

Zadanie 1.2. Obliczyć masę gazu o gęstości g = 1,5 kg/m³, zajmującego objętość V= 10 m³.

Zadanie 1.3. Manometr — zbudowany jak manometr B na rys. 1.2 — wskazuje, że w zbiorniku zamkniętym ciśnienie gazu wynosi 10 MPa. Ciśnienie atmosferyczne wynosi 0,1 MPa. Jakie ciśnienie bezwzględne panuje w zbiorniku?

Zadanie 1.4. W jakiej temperaturze bezwzględnej temperatura wyrażona w skali Celsjusza i Fahrenheita przyjmuje taką samą wartość liczbową?

7. PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI

2.1. Bilans energii

Bilans energii wynika z zasady zachowania energii, która — po-ilohnie jak zasada zachowania masy i zasada zachowania pędu — stanowi podstawowe prawo fizyki klasycznej.

Bilans energii sporządza się dla układu termodynamicznego od-il/.ielonego od otoczenia tzw. ściankami kontrolnymi, czyli istniejącą (rtlynie w naszej wyobraźni osłoną kontrolną. Ponieważ osłona ta w rzeczywistości nie istnieje, więc może przez nią przepływać energia, n lakże mogą przenikać gazy, ciecze i ciała stałe.

Równanie bilansu energii ma postać

E_d = AE_u + E_w    (2.1)

(idzie: E_d — energia dopływająca (doprowadzona) do układu,

E_w — energia wypływająca (odbierana) z układu,

AE_U — przyrost energii układu.

Rys. 2.1. Graficzne przedstawienie bilansu energii (wykres Sankeya) układu termodynamicznego

Bilans energii (2.1) można przedstawić na wykresie Sankeya (rys. 2.1), mi którym pasma zakreskowane ilustrują — w odpowiednich proporcjach — poszczególne składniki równania (2.1).

W urządzeniach technicznych najczęściej spotyka się cztery sposoby doprowadzania energii do układu:

•    za pomocą prądu elektrycznego (rys. 2.2a);

•    przez wykonanie pracy mechanicznej (rys. 2.2b)\

•    przez przepływ ciepła (rys. 2.2c);

•    za pomocą strugi czynnika (rys.

2.2 d).

31