wyk2.pdf

1 IZASADATERMODYNAMIKI

1.1 POJ¦CIE PODSTAWOWE

WCHEMIIZYCZNEJWSZECH±WIATDZIELIMYNADWIECZ¦±CI:UKªADIOTOCZENIE.UKªAD{JESTINTERE-

SUJ¡C¡NASCZ¦±CI¡RZECZYWISTO±CI(PRZYRODY,WSZECH±WIATA){MO»ENIMBY¢:NACZYNIEREAKCYJNE,

KOMÓRKABIOLOGICZNA,SILNIK,OGNIWO.OTOCZENIE{WSZYSTKOPOZAUKªADEM,MIEJSCEZKTÓREGODO-

KONUJEMY OBSERWACJI. RODZAJUKªADU JEST OKRE±LONY PRZEZ WªA±CIWO±CI GRANICY, KTÓRA ODDZIELA

GOODOTOCZENIA.WYRÓ»NIAMYNAST¦PUJ¡CETYPYUKªADÓW;

UKªADOTWARTY

UKªADZAMKNI¦TY

UKªADIZOLOWANY

JE»ELI MO»LIWY JEST PRZEPªYW MATERII POMI¦DZY UKªADEM, A OTOCZENIEM TO UKªAD NAZYWAMY

OTWARTYM. WPRZYPADKU PRZECIWNYM JE»ELIMATERIANIEMO»EPRZEPªYWA¢ PRZEZGRANIC¦UKªAD

JEST ZAMKNI¦TY. ZARÓWNO UKªAD OTWARTY JAK I ZAMKNI¦TY MOG¡ WYMIENIA¢ ENERGI¦ Z

OTOCZENIEM.

PRZYKªADUKªADUOTWARTEGO:

-KOLBANIEZAKORKOWANA(DOKTÓREJMO»EMYWPROWADZI¢RÓ»NESUBSTANCJE).

PRZYKªADUKªADUZAMKNI¦TEGO:

-KOLBAZAKORKOWANA.

PRZYKªADEMUKªADUIZOLOWANEGO:

-KOLBAZAKORKOWANA,ODIZOLOWANATERMICZNIE(CIEPLNIE),ELEKTRYCZNIEIMECHANICZNIEODOTOCZE-

NIA(NP.WODAWTERMOSIE).

1.2 PRACA, CIEPªOIENERGIA

PRACA

PRACA JEST PODSTAWOWYM POJ¦CIEM W TERMODYNAMICE. PRAC¦ WYKONUJEMY, GDY PRZESUWAMY

CIAªOPOKONUJ¡CPRZECIWSTAWN¡SIL¦.WIELKO±¢PRACYOKRE±LAILOCZYNPRZEBYTEJDROGIISIªYPRZE-

CIWDZIAªAJ¡CEJRUCHOWI.

PRACA=DROGA SIªAOPORU

PRZYKªADEMWYKONYWANIAPRACYMO»EBY¢ROZPR¦»AJ¡CYSI¦GAZ,KTÓRYPRZESUWATªOK.

ENERGIA

PRZEZENERGI¦UKªADUROZUMIEMYJEGOZDOLNO±¢WYKONYWANIAPRACY.JE±LIPRACAJESTWYKONANA

NAUKªADZIE(NP.KOMPRESJAGAZU,ROZCI¡GANIESPR¦»YNY)ZDOLNO±¢UKªADUDOWYKONYWANIAPRACY

RO±NIE,AZATEMRO±NIERÓWNIE»JEGOENERGIA.NATOMIASTJE±LIUKªADWYKONUJEPRAC¦NP.PRZESU-

WANIETªOKAPRZYROZPR¦»ANIUGAZU,JEGOENERGIAMALEJE,PONIEWA»WNAST¦PSTWIETEJWYKONANEJ

PRACYMO»EONWYKONA¢JU»MNIEJPRACYNI»POPRZEDNIO.

ENERGI¦UKªADU(ZAMKNI¦TEGO)MO»NAZMIENIA¢NADWASPOSOBY:PRZENOSZ¡CJ¡JAKOPRAC¦LUB

JAKOCIEPªO.

JE»ELI ZMIANA ENERGII UKªADU NAST¦PUJE W WYNIKU RÓ»NICY TEMPERATUR POMI¦DZY NIM, A OTO-

CZENIEM MÓWIMY, »E ENERGIA ZOSTAªA PRZEKAZANA JAKO CIEPªO. NP. GDY UKªAD (ZLEWK¦ Z WOD¡)

UMIE±CIMY NA GRZEJNIKU ELEKTRYCZNYM, ENERGIA - ZDOLNO±¢ WYKONANIA PRACY UKªADU WZRASTA.

GOR¡CA WODA MO»E POSªU»Y¢ DO WYKONANIA WI¦KSZEJ PRACY NI» ZIMNA. NIE WSZYSTKIE RODZAJE

GRANIC POZWALAJ¡ NA PRZEKAZ ENERGII NA SPOSÓB CIEPªA, NAWET JE±LI ISTNIEJE RÓ»NICA TEMPERATUR

POMI¦DZYUKªADEM,AOTOCZENIEM.CIANY,KTÓREPOZWALAJ¡NAPRZEKAZENERGIINASPOSÓBCIEPªA

NAZYWAMY DIATERMICZNYMI, A ±CIANY KTÓRE NIE POZWALAJ¡ NA PRZEKAZ ENERGII NA SPOSÓB CIEPªA

ADIABATYCZNYMI.PROCESYUWALNIAJ¡CEENERGI¦JAKOCIEPªONAZYWAMYEGZOTERMICZNYMI.PROCESY,

KTÓREPOCHªANIAJ¡ENERGI¦JAKOCIEPªONAZYWAMYENDOTERMICZNYMI

PRZEBIEGPROCESÓWWUKLADACHDIATERMICZNYCH

PRZEMIANAEGZOTERMICZNAZACHODZ¡CAWUKªADZIEPOWODUJEPRZEPªYWENERGIIZUKªADUDOOTOCZE-

NIA(JAKOCIEPªO).PRZEMIANAENDOTERMICZNAPOWODUJEPRZEPªYWENERGII(JAKOCIEPªA)ZOTOCZENIA

DOUKªADU.

PRZEBIEGPROCESÓWWUKªADZIEADIABATYCZNYM

JE±LI PRZEMIANA EGZOTERMICZNA ZACHODZI W NACZYNIU ADIABATYCZNYM TO TEMPERATURA UKªADU

ZWI¦KSZASI¦,AWPRZYPADKUPROCESUENDOTERMICZNEGO-SPADA.

PRACAI CIEPªOWUJ¦CIU MOLEKULARNYM

WUJ¦CIUMOLEKULARNYMPRAC¦STANOWIPRZEPªYWENERGII,KTÓRYPOWODUJEUPORZ¡DKOWANYRUCH

ATOMÓW W OTOCZENIU. CIEPªO NATOMIAST JEST TO PRZEPªYW ENERGII, KTÓRY POWODUJE CHAOTYCZNY

RUCHATOMÓWWOTOCZENIU.SCHEMATYCZNIEPRZEDSTAWIATORYS.1.

1.3 FUNKCJESTANU. ENERGIA WEWN¦TRZNA -CAªKOWITA ENERGIA UKªADU

W TERMODYNAMICE CAªKOWIT¡ ENERGI¦ UKªADU NAZYWAMY ENERGI¡ WEWN¦TRZN¡ U . ENERGIA WE-

WN¦TRZNA-JESTSUM¡WSZYSTKICHUDZIAªÓWENERGII,ZARÓWNOKINETYCZNEJJAKIPOTENCJALNEJ,WSZYST-

RYSUNEK 1:A)PRACAWUJ¦CIUMOLEKULARNYM (STANOWIPRZEPªYWENERGII,KTÓRYPOWODUJEUPO-

RZ¡DKOWANY RUCH ATOMÓW W OTOCZENIU). B) CIEPªO (JEST PRZEPªYWEM ENERGII, KTÓRY POWODUJE

CHAOTYCZNYRUCHATOMÓWWOTOCZENIULUBJESTNIMSPOWODOWANY).

KICHATOMÓW,JONÓW,CZ¡STECZEKTWORZ¡CYCHUKªAD.

DO±WIADCZALNIESTWIERDZONO,»EENERGI¦WEWN¦TRZN¡UKªADUMO»NAZMIENIA¢PRZEZ;WYKONANIE

NA NIM PRACY, ALBO PRZEZ JEGO OGRZANIE. GDY DOSTARCZA SI¦ ENERGI¦ DO UKªADU PRZEZ OGRZANIE

LUB PRZEZ WYKONANIE NA NIM PRACY, ENERGIA TA ZOSTAJE ZMAGAZYNOWANA W POSTACI DODATKOWEJ

ENERGIIKINETYCZNEJIPOTENCJALNEJCZ¡STECZEK(NP.WGAZIEPORUSZAJ¡SI¦ONESZYBCIEJ).PODOBNIE,

GDYUKªADTRACIENERGI¦-CZ¡STECZKIZMNIEJSZAJ¡SWOJ¡ENERGI¦KINETYCZN¡LUBPOTENCJALN¡(NP.

WGAZIEPORUSZAJ¡SI¦WOLNIEJ).WPRAKTYCENIEZNAMYINIEMO»EMYZMIERZY¢WARTO±CIENERGII

WEWN¦TRZNEJ( U ),DOKTÓREJWCHODZITE»ENERGIAKINETYCZNAIPOTENCJALNAWSZYSTKICHELEKTRONÓW

ISKªADNIKÓWJ¡DERATOMOWYCH.JESTTOJEDNAKBEZZNACZENIADLAROZPATRYWANIAJEJZMIAN( U ),

GDY»ZMIANYTEMO»EMYREJESTROWA¢JAKOENERGI¦DOSTARCZON¡LUBUTRACON¡PRZEZUKªADNASPO-

SÓBPRACYLUBCIEPªA.ENERGI¦WEWN¦TRZN¡,CIEPªOIPRAC¦MIERZYMYWTYCHSAMYCHJEDNOSTKACH,

J(D»ULACH).

1.4 ENERGIA WEWN¦TRZNA -TERMODYNAMICZNAFUNKCJASTANU

ENERGIAWEWN¦TRZNA( U )JESTFUNKCJASTANU,TZN.JEJWARTO±¢ZALE»YJEDYNIEODAKTUALNEGOSTANU

UKªADUODPARAMETRÓWOKRE±LAJ¡CYCH TENSTAN( T;P;VM ).NIEZALE»YODTEGOJAKTENSTANZO-

STAªOSI¡GNI¦TY.JE»ELIZMIENILIBY±MYNP.TEMPERATUR¦UKªADUPOTEMPANUJ¡CEWNIMCI±NIENIE,

ANAST¦PNIEPRZYWRÓCILIOBUPARAMETROMTAKIEWARTO±CIJAKIEBYªYNAPOCZ¡TKUTOENERGIAWE-

WN¦TRZNAPRZYJ¦ªABYWARTO±¢POCZ¡TKOW¡.MÓWI¡CBARDZIEJOGÓLNIE,ZFAKTU,»E U JESTFUNKCJ¡

STANU WYNIKA, »E ZMIANA JAKIEJ DOZNAJE ENERGIA WEWN¦TRZNA, GDY UKªAD PRZECHODZI Z JEDNEGO

STANU DO DRUGIEGO NIE ZALE»Y OD WYBORU DROGI, PO KTÓREJ TO NAST¦PUJE. JE»ELI UKªAD PRZECHO-

DZI ZE STANU POCZ¡TKOWEGO O ENERGII U P DO STANU KO«COWEGO O ENERGII U K . TO ZMIANA ENERGII

WEWN¦TRZNEJ U WYNOSI:

U =

DU = U K U P

ZMIANADOWOLNEGOPARAMETRUOPISUJ¡CEGOSTANUKªADU(NP.CI±NIENIA)POWODUJEZMIAN¦ENERGII

WEWN¦TRZNEJ.ENERGIAWEWN¦TRZNAJESTWIELKO±CI¡EKSTENSYWN¡(TZN.WARTO±¢JEJJESTPROPORCJO-

NALNADOMASYUKªADU).

1.5 IZASADA TERMODYNAMIKI -ZASADA ZACHOWANIA ENERGII

UKªADIZOLOWANY

DO±WIADCZALNIEWYKAZANO,»EJE»ELIUKªADJESTIZOLOWANY(ODDZIELONYZARÓWNOMECHANICZNIEJAK

I TERMICZNIE OD OTOCZENIA), TO UKªAD TAKI NIE MO»E, ANI WYKONA¢ PRACY, ANI PRZEKAZA¢ CIEPªA.

CZYLINIENAST¦PUJEZMIANAJEGOENERGIIWEWN¦TRZNEJ.ST¡D:

U = CONST

DU =0

DOWODEMNAT¦WªA±CIWO±¢UKªADUIZOLOWANEGOJESTTO,»ENIEUDAªOSI¦ZBUDOWA¢PORUSZAJ¡CEJ

SI¦ CI¡GLE MASZYNY , KTÓRA NIE POBIERAªABY ENERGII Z ZEWN¦TRZNEGO ¹RÓDªA, (CZYLI PERPETUUM

MOBILEPIERWSZEGORODZAJU).

ENERGIA WEWN¦TRZNAUKªADU IZOLOWANEGO JESTSTAªA.

STWIERDZENIETOSTANOWITRE±¢I-ZASADYTERMODYNAMIKIDLAUKªADUIZOLOWANEGO.

UKªAD ZAMKNI¦TY.

WUKªADZIEZAMKNI¦TYM,ZMIANAENERGIIUKªADUJESTRÓWNAENERGII,KTÓRAPRZEPªYWAPRZEZJEGO

GRANIC¦,NASPOSÓBCIEPªA( Q )IPRACY( W ).CZYLI:

U = Q + W

STWIERDZENIE TO STANOWI TRE±¢ I ZASADY TERMODYNAMIKI DLA UKªADU ZAMKNI¦TEGO, A POWY»SZE

RÓWNANIE,JESTJEJMATEMATYCZNYMZAPISEM.

PIERWSZAZASADATERMODYNAMIKIZWANAZASAD¡ZACHOWANIAENERGII,MAFUNDAMENTALNEZNACZE-

NIEDLACHEMII,GDY»WI¦KSZO±CIREAKCJICHEMICZNYCHTOWARZYSZYWYDZIELANIELUBPOBRANIEENERGII.

PRAWOTOU±WIADAMIANAM,»EWPRZYRODZIEDOKONUJESI¦JEDYNIEPRZEMIANAJEDNEJFORMYENERGII

WINN¡,ANIEMO»NAJEJANIWYTWORZY¢(ZNICZEGO)ANIZNISZCZY¢(BEZ±LADU).

PRACA.

PRACA( W ){DENIOWANAJESTJAKOPRZEPªYWENERGII,KTÓRYPOWODUJEUKIERUNKOWANYRUCHATO-

MÓWWOTOCZENIU.

WYRÓ»NIASI¦ZASADNICZODWARODZAJEPRACY:

W OBJ {PRAC¦OBJ¦TO±CIOW¡ZWI¡ZAN¡ZEZMIAN¡OBJ¦TO±CIUKªADU

W {PRAC¡NIEOBJ¦TO±CIOW¡:KA»DYRODZAJPRACYINNYNI»ZWI¡ZANYZPOWI¦KSZANIEMLUB

POMNIEJSZANIEMOBJ¦TO±CI

PRACAMAKSYMALNAJAK¡MO»EMYUZYSKA¢PODCZASIZOTERMICZNEGOROZPR¦»ANIAGAZU(ROZPR¦»ANIE

ZACHODZIWSTAªEJTEMPERATURZE).WYNOSI:

W OBJ = PDV

PODCZASIZOTERMICZNEGOROZPR¦»ANIAGAZUPRACAOBJ¦TO±CIOWA MO»EBY¢WYMIENIANA WSPOSÓB

ODWRACALNYINIEODWRACALNY

NIEODWRACALNA ODWRACALNA

PRACAOBJ¦TO±CIOWA

W OBJ = PDV

W OBJ B¦DZIE MAKSYMALNA, GDY MAKSYMALNE B¦DZIE CI±NIENIE DZIAªAJ¡CE Z ZEWN¡TRZ NA TªOK.

WÓWCZASSIªAPRZECIWDZIAªAJ¡CAROZPR¦»ENIUJESTNAJWI¦KSZAIWYSIªEKPOTRZEBNYDOWYPCHNI¦-

CIATªOKAJESTMAKSYMALNY.CI±NIENIEZEWN¦TRZNE( P Z )-NIEMO»EBY¢WI¦KSZEODCI±NIENIAGAZU

PODTªOKIEM,GDY»WTEDYSPR¦»AªOBYGAZZAMIASTPOZWOLI¢MUSI¦ROZPR¦»A¢.ZATEM,GAZWYKONA

MAKSYMALN¡PRAC¦,GDYCI±NIENIE ZEWN¦TRZNE B¦DZIE NIESKO«CZENIE MAªOMNIEJSZE ODCI±NIENIA

GAZUWUKªADZIE{TAKASYTUACJAJESTSTANEMRÓWNOWAGIMECHANICZNEJ.

GAZWYKONUJEMAKSYMALN¡PRAC¦WSTANIERÓWNOWAGIMECHANICZNEJ.

GDYUKªADZNAJDUJESI¦WSTANIERÓWNOWAGIMECHANICZNEJ,NIESKO«CZENIEMAª¡ZMIAN¦CI±NIENIA

MO»EMYSPOWODOWA¢ODWRÓCENIEPROCESU.MÓWIMY,»ESTANRÓWNOWAGIJESTODWRACALNY.

PROCESODWRACALNY-JESTTOPROCES,KTÓREGOKIERUNEKMO»EMYODWRÓCI¢ZMIENIAJ¡CJAK¡±WIELKO±¢

ONIESKO«CZENIEMAª¡WARTO±¢.

UKªADWYKONUJE MAKSYMALN¡ PRAC¦ OBJ¦TO±CIOW¡, GDYCI±NIENIE ZEWN¦TRZNE P Z ,JESTRÓWNE CI-

±NIENIUPANUJ¡CEMUWUKªADZIE.( P Z = P ).NAKA»DYMETAPIEROZPR¦»ANIACI±NIENIEZEWN¦TRZNE

W OBJ

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: