FIZYKA dla studentw POLIGRAFII Dynamika procesw cieplnych Jak

FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Dynamika procesów cieplnych

Jak zamienić ciepło w pracę? Jak powinien przebiegać cykl termodynamiczny o teoretycznie największej sprawności? • substancją roboczą jest gaz doskonały, • silnik cieplny w postaci cylindra z tłokiem, • przez ścianki cylindra możemy dostarczać i odbierać ciepło, dzięki ruchowi tłoka możemy pobierać i dostarczać pracę, • substancja robocza pracuje w cyklu zamkniętym, a poszczególne przemiany są kwazistatyczne, czyli odwracalne, • w jednym cyklu pracy silnika można dostarczyć określoną ilość ciepła Qp, • temperatura substancji roboczej nie może przekroczyć zakresu pewnych ustalonych wartości.

Cykl Carnota p p • B • A dostępny obszar W T 1 T 2 V V

Cykl Carnota Przemiana AB: p A T = const = T 1 U 1= 0 U 1= W 1 + Q 1 W 1 = - Q 1 B T 1 T 2 V W 1 < 0 (praca jest odbierana od układu), Q 1 > 0 (ciepło jest dostarczane do układu)

Cykl Carnota Przemiana BC: p Q 2 = 0 A U 2= W 2 < 0 B T 1 C T 2 V W 2 < 0 (praca jest odbierana od układu),

Cykl Carnota Przemiana CD: p A T = const = T 2 U 3= 0 U 3= W 3 + Q 3 W 3 = - Q 3 B T 1 D C T 2 V W 1 > 0 (praca jest dostarczana do układu), Q 1 < 0 (ciepło jest odbierane od układu)

p Cykl Carnota Przemiana DA: A Q 4 = 0 U 4= W 4 > 0 B T 1 D C T 2 V W 4 > 0 (praca jest dostarczana do układu), Sprawność cyklu:

Cykl Carnota

Cykl Carnota jest cyklem o sprawności największej z możliwych. Ciepło pobrane: Ciepło oddane: Sprawność:

Cykl Carnota Dla przemian adiabatycznych:

Cykl Carnota Sprawność cyklu odwracalnego: Sprawność cyklu nieodwracalnego: Twierdzenia Carnota: 1. Wszystkie silniki pracujące w cyklu odwracalnym pomiędzy tymi samymi temperaturami mają tę samą sprawność. 2. Sprawność cyklu nieodwracalnego jest zawsze mniejsza od sprawności cyklu odwracalnego

Cykl odwrotny Qod - ciepło oddane grzejnikowi Qp < Qod Qp - ciepło pobrane od chłodnicy Temperatura chłodnicy maleje, temperatura grzejnika rośnie kosztem pracy wykonanej nad układem - lodówka

Entropia Ciepło zredukowane

Entropia Dla dowolnego cyklu odwracalnego: Entropia S: Funkcja stanu

Entropia S: Jaki jest związek między tymi pojęciami? Entropia S : Obliczmy zmianę entropii 1 mola gazu doskonałego, który rozprężył się izotermicznie od objętości V 1 do objętości V 2. d. U = 0 p = RT/V

Entropia To samo ze wzoru : W 2 = 1 – prawdopodobieństwo, że po rozprężeniu wszystkie cząstki są w objętości V 2 W 1 – prawdopodobieństwo, że po rozprężeniu wszystkie cząstki są w objętości V 1 Prawdopodobieństwo, że 1 cząstka znajdzie się w objętości V 1 : Prawdopodobieństwo, że NA cząstek znajdzie się w objętości V 1 :

Entropia

Entropia Dla kołowego procesu odwracalnego: Dla przemiany przeprowadzającej w sposób odwracalny układ ze stanu A do stanu B: Entropię można wyznaczyć z dokładnością do stałej

Entropia Addytywność entropii: entropia układu jest sumą entropii podukładów W przemianie adiabatycznej: przemiana adiabatycznej - proces izoentropowy

Entropia Sprawność silników nieodwracalnych jest mniejsza niż odwracalnego silnika Carnota: Uogólnienie: nierówność Clausiusa

Entropia • B p • • A V Rozpatrzmy cykl kołowy, w którym przemiana ze stanu A do B jest nieodwracalna, a przemiana z B do A jest odwracalna. Dla przemiany odwracalnej:

Entropia Dla układu izolowanego: Entropia układu izolowanego, w którym zachodzą procesy nieodwracalne może tylko rosnąć.

W jakich procesach entropia maleje?

II zasada termodynamiki 1. Clausius (1850 r): Niemożliwe jest przekazywanie ciepła przez ciało o temperaturze niższej ciału o temperaturze wyższej bez wprowadzenia innych zmian w obu ciałach i w otoczeniu. 2. Kelvin (1851 r. ): Niemożliwe jest pobieranie ciepła z jednego termostatu i zamiana go na pracę bez wprowadzania innych zmian w układzie i w otoczeniu. 3. Skonstruowanie perpetuum mobile drugiego rodzaju jest niemożliwe. 4. Entropia układu izolowanego nie może maleć.