Kinetyczna teoria gazw Liczba Avogadra Jeden mol to

Kinetyczna teoria gazów

Liczba Avogadra Jeden mol to liczba atomów w próbce węgla – 12 o masie 12 g. Liczba Avogadra: NA = 6. 02*1023 mol-1 masa molowa Masa próbki liczba Avogadra Liczba moli masa molowa Liczba cząsteczek liczba Avogadra

Gaz doskonały Równanie stanu gazu doskonałego: p. V = n. RT p – ciśnienie V – objętość n – liczba moli T – temperatura R = 8. 31 J/(mol K) – stała gazowa

Rozprężanie i sprężanie izotermiczne p = n. RT/V p W T = const Q zbiornik cieplny P K T = 320 K T = 310 K T = const T = 300 K V

Praca w przemianie izotermicznej d. W = Fds = p(Sds) = pd. V p = n. RT/V ln – logarytm naturalny

Praca w przemianie izochorycznej Przemiana izochoryczna – przemiana przy stałej objętości W V = const Q zbiornik cieplny T = const W=0

Praca w przemianie izobarycznej Przemiana izobaryczna – przemiana przy stałym ciśnieniu W p = const Q zbiornik cieplny T = const

Przemian adiabatyczna Przemiana adiabatyczna – przemiana bez wymiany ciepła z otoczeniem. p. Vg = const W p = n. RT/V (n. RT/V )Vg = const izolacja cieplna TVg-1 = const

Silniki cieplne Silnik cieplny to urządzenie, które ze swojego otoczenia pobiera energię w postaci ciepła i wykonuje użyteczną pracę. Podstawowe znaczenie dla działania silnika ma substancja robocza – woda (para, ciecz), mieszanka benzyny, gaz.

Silniki parowy

Silniki parowy Ok. 80% elektryczności na świecie jest wytwarzane przez turbiny parowe.

Silniki benzynowy

Silniki benzynowy

Silnik idealny Można analizować pracę silników rzeczywistych na podstawie działania silnika idealnego. W silniku idealnym wszystkie przebiegające procesy są odwracalne i nie ma strat związanych z z tarciem lub turbulencjami.

Cykl Carnota

Praca w cyklu Carnota I zasada termodynamiki: DEw = Ewkonc – Ewpocz = Q - W W cyklu zamkniętym: DEw = 0 W=Q - praca w cyklu W = |Qh| - |Qc|

Sprawność w cyklu Carnota Celem każdego silnika jest zamiana na pracę jak największej ilości pobranej energii |Qh| Sprawność dowolnego silnika: Sprawność silnika Carnota:

Sprawność silników rzeczywistych h = 1 dla Tc -> 0 albo Th-> inf W silnikach rzeczywistych h < 100% i jest mniejsza niż sprawność silnika Carnota. całkowita energia paliwa = straty w chłodnicy + energia pobierana przez silnik + ciepło wydalane ze spalinami 100 % 36 % 26 % 38 % energia pobierana przez silnik = energia zużyta na przyśpieszanie + tarcie przy toczeniu się kół + energia oprzyrządowania 26 % 3% 6% 3% + straty przy jeździe na luzie + opór powietrza + układ przenoszenia mocy 4% 7% 3%

Chłodziarka przenosi ciepło z wnętrza chłodziarki na zewnątrz chłodziarki. W tym celu należy wykonać pracę nad substancją roboczą.

Chłodziarka Współczynnik wydajności K = 2. 5 – klimatyzator pokojowy K = 5 – lodówka domowa

Przemiany nieodwracalne Przemiana nieodwracalna – nie można odwrócić jej kierunku za pomocą niewielkich zmian w otoczeniu.

Entropia i strzałka czasu Większość procesów odbywa się naturalnie w jednym kierunku, a nigdy w kierunku przeciwnym. O kierunku nie decyduje energia lecz zmiana entropii układu. Przemiana nieodwracalna w układzie zamkniętym powoduje wzrost entropii S układu – nigdy jej spadek. Niższa entropia układu – ‘przeszłość’ Wyższa entropia układu – ‘teraźniejszość’ lub ‘przyszłość’. Wzrost entropii wyznacza kierunek przebiegu zdarzeń strzałkę czasu.

Entropia i strzałka czasu

Zmiana entropii układu Skonc – Spocz dla przemiany, która przeprowadza układ od stanu początkowego P do stanu końcowego K, wynosi: Q – ciepło pobierane lub oddawane przez układ w trakcie procesu T – temperatura układu w kelwinach

Druga zasada termodynamiki Entropia układu zamkniętego wzrasta w przemianach nieodwracalnych i nie zmienia się w przemianach odwracalnych. Entropia nigdy nie maleje. DS 0

Statystyczne spojrzenie na entropię n. L n. P W 4 0 1 3 1 4 2 2 6 L P W – wielokrotność: ilość sposobów realizacji danej konfiguracji

Statystyczne spojrzenie na entropię stan ‘zorganizowany’ stan ‘zdezorganizowany’ Stan ‘zdezorganizowany’ ma większą wielokrotność (prawdopodobieństwo) niż stan ‘zorganizowany’. Prawdopodobieństwo z entropią połączył Ludwig Boltzmann: entropia jest miarą nieuporządkowania.

Wzór Boltzmanna na entropię II zasada termodynamiki jest wynikiem tego, że stan niezorganizowany ma największe prawdopodobieństwo. Kierunek procesów w przyrodzie przebiega od ‘uporządkowania’ do ‘nieuporządkowania’.

Wzór Boltzmanna na entropię

Śmierć termiczna Wszechświata W wyniku wzrostu entropii (wzrostu ‘nieuporządkowania’), Wszechświat może osiągnąć stan maksymalnej entropii (równomiernego rozkładu energii). W stanie równowagi termodynamicznej nie będzie możliwe wykonanie żadnej pracy i nastąpi śmierć Wszechświata. horyzont czasowy śmierci Wszechświata: rozpad czarnych dziur ~ 10100 lat