Termodynamika Techniczna wyklad 1 06.10.2009
Ciśnienie w wielu jednostkach:
Substancja – nazywamy materiał o masie spoczynkowej różnej od 0. Są to więc ciała makroskopowe, złożone z atomów i drobiu. Pojedyncze atomy i pojedyncze cząsteczki elementarne mają masę spoczynkową różną od 0. Materiał nie mający masy spoczynkowej nazywamy materią niesubstancjonalną.
Układ termodynamiczny – jest to część przestrzeni wyodrębniona za pomocą abstrakcyjnej osłony nazywanej osłoną kontrolną.
Układ zamknięty – układ dla którego nie jest możliwa wymiana substancji z otoczeniem.
Układ otwarty – układ dla którego jest możliwa wymiana substancji z otoczeniem.
Układ odosobniony – układ dla którego nie jest możliwa wymiana ani substancji ani energii z otoczeniem.
Parametr stanu – stan układu termodynamicznego określający wartość parametru stanu. Jeżeli żaden z parametrów stanu nie zmieni swojej wartości, nie zmienia się również stan układu. Parametr stanu jest to bezpośrednio mierzalna lub bezpośrednio niemierzalna wielkość fizyczna charakteryzująca się następującymi właściwościami:
1. Parametr stanu jest jedynie funkcją innych parametrów stanu,
2. Wartość parametru stanu nie zależy od sposobu, w jaki osiągnięto ten stan,
3. Przyrost parametru stanu jest równy różnicy jego wartości na końcu i początku przemiany,
4. Różniczka parametru stanu jest różniczką zupełną.
Parametry stanu, które nie są bezpośrednio mierzalne nazywamy także funkcjami stanu. Parametry stanu, których wartość zależy od ilości substancji nazywamy ekstensywnymi, natomiast te, których wartość nie zależy od ilości substancji intensywnymi. Intensywnymi parametrami stanu są m.in. temperatura, ciśnienie, objętość właściwa, entalpia właściwa. Przykładowe ekstensywne to:
-objętość,
-entalpia,
-energia.
Nie są natomiast parametrami stanu takie jak: praca, moc, ciepło.
Równowaga termodynamiczna – ustala się samorzutnie po dostatecznie długim odosobnieniu układu. Oznacza stan, w którym makroskopowe parametry układu, takie jak: ciśnienie, objętość i wszystkie funkcje stanu są stałe w czasie. Na równowagę termodynamiczna składają się:
-równowaga chemiczna (brak makroskopowego przepływu cząstek i reakcji chemicznych),
- mechaniczna (nie występują niezrównoważone siły),
- termodynamiczna (nie występuje przepływ energii) .
Zwykle układ osiąga stan równowagi po dość krótkim czasie ( tzw. Czasie relaksacji). Jednak w niektórych przypadkach (szkło) ten czas jest praktycznie nieskończony.
Temperatura – to funkcja stanu w termodynamice, która podobnie jak ciepło jest związana z sumaryczna energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzący dany układ.
Temperatura jest miarą „chęci” do dzielenia się ciepłem. Jeśli dwa ciała mają tą samą temp., to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś mają różną temp……………
Zerowa zasada termodynamiki:
Jeżeli spośród trzech układów A, B i C znajdujących się w stanie wewnętrznej równowagi termodynamicznej, każdy z układów A i B jest w równowadze termicznej z układem C, to układy A i B są z sobą w równowadze termicznej (mają tę samą temperaturę).
Pierwsza zasada termodynamiki:
To prosta zasada zachowania energii, czyli ogólna reguła głosząca, że energia w żadnym procesie nie może pojawić się „znikąd”.
Zmiana energii wewn. Układu ΔU=ΔQ+ΔW
Istnieją różne sformułowania tej zasady, zależnie od sytuacji:
1.Sformułowanie najbardziej ogólne:
Energia wewnętrzna układu zamkniętego nie zmienia się, niezależnie od przemian zachodzących w tym układzie. Éd=Éw
2.Sformułowanie dla procesów cieplno – mechanicznych:
Zmiana energii wewn.układu jest równa sumie pracy wykonanej przez układ bądź nad układem i ciepła dostarczonego lub oddanego przez układ.
GAZ DOSKONAŁY:
Definicja mikroskopowa:
1.Gaz składa się z cząsteczek, które traktować można jak punkty materialne. Łączna objętość wszystkich cząsteczek gazu jest więc pomijana. Zależnie od rodzaju gazu, cząsteczka może być atomem lub związaną grupą atomów.
2. Cząsteczki podlegają prawom mechaniki Newtona.
3. Całkowita liczba cząsteczek jest bardzo duża. Cząsteczki poruszają się chaotycznie we wszystkich kierunkach, zderzają się ze ściankami naczynia i ze sobą nawzajem.
4. Cząsteczki zderzają się ze sobą sprężyście, wymieniają pęd bez strat energii.
5.Poza momentami zderzeń cząsteczki nie oddziałują ze sobą, a czas trwania tych zderzeń jest pomijalnie mały. Zakładamy tym samym mały – w porównaniu z rozmiarami cząsteczek – zasięg sił oddziaływania międzycząsteczkowego.
Def.makroskopowa określa więc gaz doskonały jako zespół cząsteczek o szczególnych własnościach. Podane tu elementy definicji są punktem wyjścia kinetycznej teorii gazu.
Definicja makroskopowa:
Za gaz doskonały uważać będziemy gaz spełniający łącznie prawa Boyle’a-Mariotte’a, Gay-Luusaca i Charlesa, czyli gaz dla którego w stałej temp. iloczyn objętości i ciśnienia są odwrotnie proporcjonalne, dla określonej objętości ma stały stosunek ciśnienia do temp.jest stały, a pod stałym ciśnieniem – proporcjonalne są objętość i temp. (?!?)
⃗pVT=const
Powyższy związek, definiujący gaz doskonały w ujęciu makroskopowym dotyczy oczywiście ustalonej ilości materii.
Def. ta określa związek pomiędzy parametrami termodyn.gazu – a więc określa gaz doskonały poprzez jego równanie stanu.
Równanie stanu – równanie Clapeyrona:
pV=nRT
p-ciśnienie
V-objętośc
n-l.moli gazu
R-stała gazowa R=8,314 J/mol*K
T-temp.
Ciepło właściwe i molowe gazu doskonałego:
C=ΔQnΔT
Przekształcając wzór definicyjny otrzymujemy, że ciepło potrzebne do podniesienia temp.gazu jest równe: ΔQ=nCΔT
ETI_sosnowiec