75587 skan0067

70 Termodynamika chemiczna

Sumaryczna zmiana entropii układu również będzie równa zeru i w ogólnym przypadku

gdzie d, Sjest produkcją entropii wskutek nieodwracalności któregoś z procesów.

Dla odwracalnego cyklu Carnota, oczywiście, A_t S = 0, toteż, łącząc oba te równania, otrzymujemy wyrażenie wiążące ciepło i pracę, wymienione przez układ, z temperaturami termostatów, z którymi ten układ jest w kontakcie:

Urządzenia, w których następuje zamiana ciepła na pracę (lub odwrotnie), noszą nazwę maszyn cieplnych. Należą do nich:

a)    silniki (My, które mogą wykonywać pracę W kosztem ciepła Q_c, pobranego od „źródła ciepła” o temperaturze T_c. „Nadwyżkę” ciepła, Q_f, oddają do chłodnicy o temperaturze 7}.

b)    chłodziarki (F), odbierające od zbiornika zimna, w temperaturze T_f, ciepło <2f kosztem wykonanej na układzie pracy W. Część ciepła, <9_C, oddają do. termostatu gorącego, o temperaturze T_c.

c)    pompy cieplne (PC), oddające do gorącego termostatu ciepło Q_c, kosztem wykonanej na układzie pracy W. „Brakujące” do bilansu ciepło Q_t- pobierają ze zbiornika zimnego, o temperaturze T_{.

Przykład 3-13. Pompę cieplną, pracującą odwracalnie, użyto do podgrzania do 80°C 1000 kg wody o temperaturze początkowej 15°C. Jako zbiornik zimny wykorzystano pobliskie jezioro o stałej temperaturze 10°C. Przyjmując średnie ciepło właściwe wody równe 4,184 kJ • K^-1 • kg^-1, obliczyć: a) pracę niezbędną do funkcjonowania pompy, b) temperaturę, do której można by podgrzać tę ilość wody, gdyby całą pracę zastąpić energią grzałki elektrycznej.

Ro z w i ąz an i e. a) Sprawność pompy cieplnej definiujemy, z punktu widzenia użytkownika, jako stosunek zysku (tu Q_c) do kosztów (JV) - zob. rys. 3.10.

Ciepło Q_c jest dostarczane przez układ do zbiornika z podgrzewaną wodą i zgodnie z przyjętą konwencją musi być traktowane jako ujemne, natomiast praca W, jako wykonywana na układzie, jest dodatnia. Zwyczajowo przyjmujemy,