Cialkoskrypt
1

20 1. Pojęcia podstawowe

Praca. Jednostką pracy w układzie SI jest 1 J (dżul) = 1 N-m (niutonometr) = = 1 W-s (watosekunda). Jest to mała jednostka, dlatego w praktyce stosuje się jednostki większe: 1 kJ = 10³ J lub 1 kW-h = 3,6 10⁶ J. W układzie MkPS główną jednostką pracy jest 1 kp-m (kilopoundometr), a większe to 1 kM-h = 270000 kp-m = = 0,735499 kW-h.

Tabela 1.8. Jednostki pracy

Wielkość	Jednostki w układach			Inne	Równoważnik w odniesieniu do układu SI
	CGS	SI	MkPS	-	CGS	MkPS
Praca	g cm^2 erg =--— s'	J = N-m	kp-m	kW-h, K-m-h, kcal, eV	lO'^7

*p= 1/g.

Przemiana czynnika termodynamicznego - praca mechaniczna - jest to zjawisko, podczas którego ulegają zmianie temperatura, ciśnienie i objętość czynnika. Jeżeli przemiana przebiega w układzie zamkniętym, to ilość czynnika w przemianie jest stała. Przemiana w układzie otwartym cechuje się tym, że ilość czynnika w obrębie osłony bilansowej ulega zmianie.

Ekspansją nazywamy przemianę, podczas której objętość czynnika się zwiększa (dv > 0). Rozprężanie jest to przemiana, podczas której ciśnienie czynnika spada (dp < 0). Podczas sprężania ciśnienie czynnika wzrasta.

Przemiany zrównoważone przebiegają nieskończenie powoli poprzez różne stany równowagi termodynamicznej. W stanie równowagi termodynamicznej są spełnione przede wszystkim trzy warunki:

1)    równowaga mechaniczna (równość sił),

2)    równowaga termiczna (równość temperatury),

3)    równowaga chemiczna (równość stężeń).

Jeśli przemiana zrównoważona przebiega bez oporów (np. bez tarcia mechanicznego), to jest ona odwracalna. Bieg przemiany odwracalnej można odwrócić za pomocą nieskończenie stałego impulsu. Po odwróceniu przemiany odwracalnej wszystkie uczestniczące w niej ciała przechodzą w porządku odwrotnym przez te same stany pośrednie. Przemiana odwracalna przebiega więc nieskończenie powoli i bez tarcia. Przepływ ciepła w tej przemianie odbywa się przy nieskończenie małej różnicy temperatury.

Pracą bezwzględną nazywamy pracę wykonaną przez czynnik termodynamiczny, wówczas gdy ciśnienie otoczenia jest równe zeru. Przy nieskończenie małym przesunięciu tłoka dx czynnik wykonuje pracę dL: dL-Fdx. W przemianie odwracalnej siłę F działającą na tłok o przekroju A równoważy ciśnienie p czynnika, przeto

F = A • p,

gdzie p jest bezwzględnym ciśnieniem statycznym wewnątrz cylindra, czyli

dL = pAdx = pdV,

stąd na drodze od punktu 1 do punktu 2 wykonana praca

l,_₂ =jpdv

i

dla układów otwartych i zamkniętych oraz przemian odwracalnych. Ponieważ p>0, więc, jeśli:

1)    dV > 0 (ekspansja), to dL > 0;

2)    dV < 0 (kompresja), to dL < 0, co wynika z definicji całki dla tego przypadku.

W przemianie nieodwracalnej część pracy ekspansji czynnika zostaje zużyta na

pokonanie sił tarcia, w związku z czym zewnętrzna praca bezwzględna wykonana przez układ jest mniejsza niż w przemianie odwracalnej o wartość pracy na pokonanie sił tarcia (praca tarcia zamienia się całkowicie w ciepło).

dL = pdV -dL_f =pdV -dQ_f; zawsze dQ_f >0.

Rys. 1.6 Interpretacja pracy bezwzględnej

Jeżeli ciśnienie na zewnątrz cylindra nie jest równe zeru, p₀ > 0, to część pracy ekspansji czynnika zostaje zużyta na pokonanie działającej na tłok siły F₀ = A • p₀, pochodzącej od ciśnienia P₀ otoczenia. Stąd praca użyteczna

L_u = (p - Po) Adx = p • A • dx - p₀ • A • dx,

a po scałkowaniu na drodze pomiędzy przekrojami 1-1 i 2-2 2 2 2 2 ^Lu = J(P ~ Po)^Adx = jp-A-dx-Jp₀-A-dx=L₁_₂-po|dV = L₁_₂-po(^V2-^v1).

iii    i

Ponieważ w procesie ekspansji V₂ > V_b przeto L_u < Li_₂.

Moc. Moc jest to ilość energii doprowadzanej do analizowanego układu w czasie lub wyprowadzanej z niego. Jednostką mocy jest 1 W (wat)

1 W = 1 J/s = 1 N-m/s,

1 KM (koń mechaniczny) = 75 kp • m/s = 735,499 W,

1 kW = 10³ W = 1,36 KM = 101,972 kp-m/s.