IMG$04

Przemiana termodynamiczna. Układ może podlegać pewnym przemianom. Przemianą termodynamiczną nazywa się zjawisko stanowiące ciągłą zmianą stanów układu pomiędzy stanem początkowym a końcowym, przy ciągłej zmianie parametrów termodynamicznych pomiędzy tymi stanami. Odwzorowanie kolejnych stanów czynnika podczas przemiany w odpowiednim układzie współrzędnych; będących parametrami stanu, pozwala wyznaczyć linię stanowiącą drogę przemiany tzw. krzywą przemiany. Przemiany mogą być odwracalne i nieodwracalne. Przemiana jest odwracalna wówczas, gdy możliwy jest powrót, do stanu wyjściowego układu i otoczenia. Jeżeli warunek ten nie będzie spełniony, przemiana jest nieodwracalna, mimo, że parametry wróciły do początkowego stanu.

W szczególnym przypadku gdy stan przemiany początkowy i końcowy po kolejnych zmianach jest identyczny, wówczas mamy do czynienia z obiegiem lub cyklem termodynamicznym.

Energia. Energia jest pojęciem wprowadzonym w mechanice i definiowanym jako zdolność do wykonania pracy. Zawarty w układzie czynnik termodynamiczny, będący zbiorem cząsteczek i atomów mieć będzie energię równą sumie różnych rodzajów energii (potencjalnej, kinetycznej, chemicznej, stanów elektronowych itp.) wszystkich cząsteczek i atomów zawartych w układzie. Energia układu, podobnie jak energia poszczególnej cząsteczki podlegać będzie prawu zachowania energii.

Całkowita energia układu odniesiona do jego środka masy nosi nazwę energii wewnętrznej i jest oznaczona symbolem 17, a w odniesieniu do 1 kg substancji symbolem u, a więc

U

i jest nazywana energią wewnętrzną właściwą. Ponieważ energia wewnętrzna zależy tylko od stanu ciała, jest więc również parametrem termodynamicznym. Wzajemne oddziaływanie energetyczne układu i otoczenia sprowadza się do wymiany energii wewnętrznej, co odbywa się zwykle w formie makroskopowej przez wykonanie pracy, lub w formie mikroskopowej przez wymianę ciepła, względnie na drodze obu tych zjawisk równocześnie.

Praca. Praca jest formą przekazywania energii dającą się przedstawić w najprostszym przypadku jako efekt działania siły na pewnej drodze. Innym przykładem wykonania pracy jest działanie energetyczne przesunięcia tłoka w cylindrze związane ze zmianą objętości i ciśnienia gazu. Praca z chwilą zakończenia zjawiska przestaje istnieć, nie może więc być magazynowana, a tym samym nie może stanowić parametru układu.

Przyjętym symbolem pracy układu jest litera L, natomiast w odniesieniu do 1 kg czynnika oznacza się ją symbolem l. W technice cieplne) stosuje się umowę, że praca wykonana przez układ ma znak dodatni ( i ), zaś wykonana przez otoczenie nad układem jest ujemna (—). Zgodnie z.przyjętą umową praca wykonana przez silnik będzie dodatnia, natomiast praca sprężania gazu w cylindrze będzie miała znak ujemny.

Pracę wyraża się w kGm '(rzadziej w kcal), a w układzie jednostek SI w dżulach (J) lub kilodżulach (kj).

Ciepło i ciepło właściwe. Ciepło, podobnie jak praca, nie jest postacią energii tylko formą jej wymiany na drodze mikroskopowej. Jeżeli dwa układy mające różne temperatury kontaktują się ze sobą i wymieniają energię bez wykonania pracy, wówczas jedyną formą energetycznego oddziaływania tych. układów jest wyłącznie wymiana ciepła (zawsze od układu o temperaturze wyższej do układu o niższej temperaturze).

Ciepło jest oznaczane symbolem Q lub w odniesieniu do jednostki masy substancji symbolem q. W technice cieplnej przyjmuje się, że ciepło dopływające do układu (ogrzewanie) jest dodatnie (znak +), zaś oddawane przez układ do otoczenia (oziębianie) jest ujemne (znak —).

Ciepło, które jest potrzebne do ogrzania 1 kg wody od 14,5 do 15,5°C nazywa się dużą albo kilogramową kalorią piętnastostopnio-wą i uznana została w technicznym układzie jednostek, jednostką ciepła (kcal). W układzie SI ciepło wyraża się w d ż u 1 a c h (J) lub kilodżulach (kj).'

Ciepło potrzębne do ogrzania w danych warunkach 1 kg pewnego ciała o 1°C nazywa się jego ciepłem właściwym kilogramowy m, jednak doświadczenie wykazało, że nie jest ono wielkością stałą ale zmienną, zależną od zakresu temperatury, przy której ciało jest ogrzewane czyli | = f(t), więc ciepło właściwe należy przedstawić jako

n

dt

C = —r

[14]

Ciepło właściwe kilogramowe wyraża się w układzie technicznym w kcal/(kg | deg), a w układzie SI w J/(kg • cleg) lub kJ/(kg j deg).

Tak oznaczone ciepło właściwe nazywa się rzeczywistym, | ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg jakiegoś ciała w granicach temperatur od t] do pj wynosi

[1,2]

Ciepło właściwe gazów zależy jednak nie tylko od temperatury, w której doprowadza się ciepło, ale również od warunków, w jakich to się dzieje, a więc przede wszystkim od rodzaju i stanu ciała.

19