Wielkości ekstensywne (WE) wielkości geometryczne lub fizyczne których zasób w obszarze złożonym z sumy podobszarów równy jest sumie zasobów we wszystkich podobszarach. Energia zewnętrzna odpowiada zjawiskom makroskopowym, zależy od wielkości fenomenologicznych uśrednionych, takich jak prędkość substancjalna oraz natężenie pól dalekiego zasięgu. Składa się z trzech składników: I. Energii kinetycznej makroskopowej ruchu substancji; II. E. grawitacji pola grawitacyjnego; III. E. elektromagnetycznej pola elektromagnetycznego dalekiego zasięgu. Energia wewnętrzna U- ekstensywna funkcja stanu, której istnienie postuluje pierwsza zasada termodynamiki. Jest określona z dokładnością do stałej addytywnej, ponieważ jej zmiana ΔU w przemianie adiabatycznej jest równa pracy W wykonanej nad układem ΔU=W. Z mikroskopowego punktu widzenia e. w. jest równa sumie średnich wartości energii kinetycznej bezładnego ruchu cząstek układu oraz energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrz cząsteczkowych. E. wewnętrzna jest funkcją stanu układu (ciała), przy czym nie zależy od parametrów określających prędkość i położenie ciała. Przyjmuje się, że zależy ona od temperatury, ciśnienia i objętości układu. Głównymi składnikami e. wewnętrznej są: 1. e. kinetyczna ruchu postępowego i rotacyjnego drobin 2. e. ruchu drgającego atomów w drobinie 3. e. potencjalna w polu wzajemnego przyciągania się drobin 4. e. chemiczna, związana z możliwością przebudowy drobin 5. e. jądrowa. Zasada ekwipartycji energii – jedno z podstawowych twierdzeń fizyki statystycznej głoszące, że w układzie nie oddziałujących cząsteczek podlegającym prawom fizyki klasycznej i znajdującym się w stanie równowagi o temperaturze bezwzględnej T, na każdy stopień swobody cząsteczki translacyjny lub rotacyjny przypada średnio energia ½ kT, a na oscylacyjny energia kT, gdzie k – stała Boltzmana. Przykładowo, średnia energia kinetyczna sferycznie symetrycznej cząsteczki gazu doskonałego (3 stopnie swobody) wynosi 3/2 kT. Zasada ekwipartycji energii umożliwia wyznaczenie energii wewnętrznej i ciepła właściwego gazów doskonały. Bilans energii wynika on z zasady zachowania energii Ed=ΔEu+Ez gdzie Ed- energia doprowadzona do układu; ΔEu- przyrost energii układu; Ez- Energi odprowadzona. ΔEu= Eu2- Eu1; Eu1- energia początkowa; Eu2-energi końcowa. Sposoby przekazywania energii w urządzeniach mechanicznych: I.Przez wykonanie pracy mechanicznej; II.Przez przepływ ciepła; III.Za pomocą strugi czynnika; IV.Za pomocą prądu elektrycznego. Osłona adiabatyczna takie ograniczenie układu, które powoduje ze zmiany dokonujące się w ciałach poza układem mogą mieć wpływ na stan układu jedynie w wyniku zmian objętości układu. Osłona diatermiczna takie ograniczenie układu, które umożliwia dojście faz nie granicznych ze sobą do równowagi termodynamicznej poprzez fazę pośrednią zdążającą do równowagi termodynamicznej ze wszystkimi fazami z nią graniczącymi. Temperatura - jedna z podstawowych w termodynamice wielkości fizycznych, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, z termodynamicznego bowiem punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii. Temperatura wrzenia - temperatura przy której ciśnienie powstającej pary jest równe ciśnieniu otoczenia, skutkiem czego parowanie następuje w całej objętości cieczy. Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność: gdzie: p – ciśnienie (Pa), Fn - składowa siły prostopadła do powierzchni (N), S - powierzchnia (m²). Ciśnienie atmosferyczne to stosunek wartości wektora siły, z jaką słup powietrza naciska na powierzchnię ziemi do powierzchni na jaką dany słup naciska. Ciśnienie bezwzględne (absolutne) - ciśnienie wyznaczane względem próżni doskonałej, której ciśnienie wynosi 0. Ciśnienie całkowite - ciśnienie wywierane przez płyn na przeszkodę ustawioną prostopadle do strumienia w punkcie całkowitego zatrzymania. Ciśnienie krytyczne - ciśnienie pary nasyconej w temperaturze krytycznej. Podciśnienie - różnica między ciśnieniem atmosferycznym a ciśnieniem bezwzględnym w przypadku, gdy jest ono mniejsze od atmosferycznego. Nadciśnienie ciśnienie występujące w danym układzie wyższe od ciśnienia otoczenia. Ciśnienie cząstkowe (ciśnienie parcjalne) - ciśnienie, jakie wywierałby dany składnik mieszaniny gazów, gdyby w tej samej temperaturze sam zajmował tę samą objętość. Ciśnienia cząstkowe można wyliczyć wykorzystując równanie Clapeyrona (prawo stanu gazu doskonałego). Zerowa zasada termodynamiki Jeżeli dwa układy nie graniczące ze sobą znajdują się w równowadze cieplnej z trzecim układem z którym graniczą to są one również w równowadze cieplnej między sobą. I zasada termodynamiki Zmiana energii wewnętrznej układu równa jest dostarczonemu do układu ciepłu i pracy wykonanej nad układem przez siły zewnętrzne: ΔU = ΔQ + ΔW ; ΔU to przyrost energii wewnętrznej układu.; ΔQ oznacza tu ciepło dostarczone do układu z zewnątrz. Jeśli jednak układ oddaje ciepło, wówczas jego energia wewnętrzna maleje; ciepło bierzemy ze znakiem ujemnym. ΔW to praca wykonana nad układem przez siły zewnętrzne. II zasada termodynamiki Nie istnieje proces termodynamiczny, którego jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze zbiornika i całkowita zamiana tego ciepła na pracę mechaniczną. III zasada termodynamiki (zasada Nernsta) głosi, że entropia substancji tworzących doskonałe kryształy dąży do 0 gdy temperatura dąży do 0 K. Gaz - stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Gaz doskonały – spełnia równanie stanu Clapeyrona i jego ciepło właściwe dla stałej objętości jest stałe Cv=const. Zwany gazem idealnym jest to abstrakcyjny, matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki: 1.brak oddziaływań międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń cząsteczek; 2.objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu; 3.zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste; 4.cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu. Gaz półdoskonały – gaz który spełnia równanie stanu Clapeyrona ale ciepło właściwe tego gazu dla stałej objętości da się wyrazić tylko funkcja temperatur Cv=Cv(t). Właściwości gazu- jest nieściśliwy, stan lotny, jest nielekki, między atomami gazu występują oddziaływania sprężyste, miedzy drobinami nie ma przyciągania, obj. drobin jest bardzo mała w porównaniu z naczyniem w którym się znajduje. Równanie gazu doskonałego (Clapeyrona)-to równanie stanu opisujące związek pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i objętością gazu doskonałego, a w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste. pV=mRT; pv=RT; R-stała gazowa. Stała gazowa (uniwersalna stała gazowa)– stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin podczas przemiany izobarycznej. Parametry termodynamiczne: #Ciśnienie-siłą działająca na jednostkę powierzchni p=F/S [Pa]. #Objętość-parametr ekstensywny [V], dlatego stosujemy objętość właściwą. #Objętość właściwa-wyraża się stosunkiem objętości do masy v=V/m [m3/kg]. #Temperatura-zdolność układu do przekazywania ciepła [K, C0]. Parametry stanu są to makroskopowe wielkości fizyczne charakteryzujące dany układ, których przyrosty przy przejściu układu od jednego stanu do drugiego zależą wyłącznie od stanu początkowego i końcowego, nie zaś od sposobu przejścia. Parametry stanu, które nie są bezpośrednio mierzalne nazywamy także funkcjami stanu. Parametry stanu dzielimy na Parametry intensywne (np. ciśnienie, temperatura, gęstość, objętość właściwa) nie zależą od wielkości układu i nie zmieniają swojej wartości jeśli podzielimy jednorodny układ na części. Parametry ekstensywne (np. objętość, energia wewnętrzna, entalpia, entropia) zależą od wielkości układu i podlegają prawu sumowania. Układ termodynamiczny-część przestrzeni materialnej ograniczona powierzchniami materialnymi lub abstrakcyjnymi. Układy mogą być: Otwarte-są to układy, w których przez powierzchnię ograniczoną przepływa substancja. Zamknięte-jeśli nie przepływa substancja. Otoczenie-to część przestrzeni poza układem termodynamicznym. Czynnik termodynamiczny-substancja w postaci gazu, pary lub cieczy, biorąca udział w procesie wymiany ciepła i masy, albo pośrednicząca w przemianie ciepła na pracę mechaniczną. Przemiana termodynamiczna-zjawisko stanowiące ciągłą zmianę od punktu początkowego, poprzez nieskończoną liczbę ilość faz pośrednich, do punktu końcowego. Stan ustalony-stan układu, w którym istnieje znoszące się działanie otoczenia o charakterze przepływów. Równowaga termodynamiczna-stan, który ustala się samorzutnie i pozostaje niezmieniony, jeżeli nie oddziaływuje na niego otoczenie układu lub, gdy znoszą się działania o charakterze sił, brak działań o charakterze przepływów. Stan układu-jest opisywany jednoznacznie przez wszystkie parametry termodynamiczne. Praca-W- wielkość fizyczna skalarna związana z przemieszczaniem się ciała pod wpływem siły, określona jako iloczyn skalarny wektora tej siły F i wektora przemieszczenia r. W=F r. Występują różne rodzaje pracy: 1) praca zmiany objętości; 2) praca użyteczna; 3) praca techniczna suma prac przemian występujących w maszynie przepływowej. Pierwsza zasada termodynamiki dla układów otwartych, mówi nam że praca techniczna jest równa ciepłu dostarczanemu do układu i pomniejszona o zmianę entalpii. I można to przedstawić :L1,2 = p2V2- p1V1+Lt1,2 Całkowita praca wykonana w układzie składa się z 3 pozycji: A- praca wykonana przez gaz wchodzący do układu B- praca jaka musi być doprowadzona do układu aby gaz z niego usunąć C- praca zewnętrzna ,(praca zmiany objętości) związana ze zmianą obj. Praca zewnętrzna przemiany jest pracą makroskopowych sił zewnętrznych i jest związana ze zmianą stanu układu. Pracę zewnętrzną oddawaną do otoczenia przez układ przyjęto za dodatnią (dV>0), a pracę zewnętrzną pobieraną przez układ z otoczenia za ujemną (dV<0). W szczególnym przypadku praca zewnętrzna ogranicza się do pracy zmiany objętości, a wtedy dla przemian odwracalnych ciał prostych mamy : Praca zewnętrzna przemiany zależy od rodzaju przemiany, a w celu jej obliczenia należy znać charakterystyczną dla tej przemiany zależność ciśnienia od objętości. W przypadku występowania oporów wewnętrznych np. w postaci tarcia wewnętrznego praca zewnętrzna przemiany Lz1,2 różni się od pracy przemiany L1,2 o zawsze dodatnią pracę, która idzie na pokonanie oporów wewnętrznych Lw1,2, czyli L1,2 = Lz1,2 + Lw1,2 Ciepło parowania (r)- wyraża ilość ciepła, jaką trzeba doprowadzić do 1kg wrzącej cieczy, aby otrzymać z niej przy stałym ciśnieniu i temperaturze 1kg pary nasyconej suchej. r=i''-i' [J/kg]. Ciepło spalania (Qc) to ilość ciepła jaką otrzymuje się przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki masy lub jednostki objętości analizowanej substancji w stałej objętości, przy czym produkty spalania oziębia się do temperatury początkowej, a para wodna zawarta w spalinach skrapla się zupełnie. Kiedy ciepło właściwe całkowite przemiany politropowej będzie ujemne. Dla 1<z<c mamy ujemne ciepło właściwe, to znaczy c=dQ/dT<0 oznacza to, że doprowadzone do układu ciepło dQ>0 powoduje obniżenie jego temperatury. Przy ujemnym cieple właściwym (c<0) ciepło termodynamiczne wykonuje pracę pdV zarówno w wyniku doprowadzonego ciepła, jak też kosztem jego energii wewnętrznej Przenikanie ciepła – zjawisko przenoszenia ciepła z jednego ośrodka do drugiego poprzez ścianę stałą; składa się z 3 zjawisk:1)wnikanie do przegrody 2)przewodzenie 3)wnikanie z przegrody do płynu omywającego przegrodę z zewnątrz. Współczynnik przenikania ciepła. Wartość-K jest ilością ciepła mierzoną w W/m2K, która w jednostce czasu przenika przez element budowlany o powierzchni 1m2 przy różnicy temperatur 1K, zwaną też stratą ciepła przez przenikanie. Ciepło właściwe przemiany jest to stosunek ciepła przemiany do ilości substancji uczestniczącej w tej przemianie oraz do przyrostu temperatury podczas tej przemiany. Ciepło-jest to forma oddziaływania energetycznego między dwoma układami termodynamicznymi. Warunkiem niezbędnym tego oddziaływania jest różnica temperatur między układami. Energia ta może być gromadzona w układzie w postaci energii kinetycznej i potencjalnej cząstek tworzących układ termodynamiczny. Ciepło podobnie jak praca nie jest parametrem stanu, co oznacza, że z...
krokodyl175