Termodnaamika I prinsiip Soojusmasinad Rapla Tiskasvanute Gmnaasium 2009

Termodünaamika I prinsiip. Soojusmasinad Rapla Täiskasvanute Gümnaasium 2009

Soojusnähtuste alused o Soojusnähtusi seletatakse molekulaarkineetilise teooria või termodünaamika abil.

Termodünaamika o o Termodünaamika käsitleb soojusülekannet ja soojuse muundumist tööks Termodünaamika tegeleb igasugust kütust tarbivate masinate konstrueerimise üldiste seaduspärasustega. Termodünaamika on makrokäsitlus. Seepärast on kasutusel makroparameetrid – p, V, T, Q, U, m. Termodünaamika põhineb kahele printsiibile – need on termodünaamika I ja II printsiip.

Termodünaamika o Termodünaamikas vaadeldakse protsesse suletud ehk soojuslikult isoleeritud süsteemis st. et süsteemis on soojusvahetus ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega.

Soojusülekanne o o Siseenergia levimist ühelt kehalt teisele või ühelt kehaosalt teisele nim. soojusülekandeks. Soojusülekandes levib siseenergia soojemalt kehalt külmemale. Vaata ka soojusülekande mõistekaarti.

Soojusjuhtivus o Soojusjuhtivuseks nim. soojusülekannet, kus energia levib ühelt aineosakeselt teisele molekulidevaheliste põrgete tõttu, ilma et aine ümber Vaata animatsiooni paikneks.

Konvektsioon o Konvektsiooniks nim. soojusülekannet, kus energia levib gaasi- või vedeliku liikumise tõttu.

Soojuskiirgus o Soojuskiirguseks nim. soojusülekannet, kus energia levib elektromagnetlaine te kiirgamise ja neelamise tõttu.

Soojusülekande liigid Iga keha võib soojust ära anda ja vastu võtta Selleks on kolm viisi: • Soojusjuhtivus • Konvektsioon • Soojuskiirgus Keha soojuse äraandmisvõime sõltub keha temperaturist, massist, pindalast ja pinna omadustest.

Termodünaamiline tasakaal o o Kui kontaktis olevate kehade makroparameetrid ei muutu, nim. kehi soojuslikus ehk termodünaamilises tasakaalus olevaiks. Soojusülekandel üleantavat energiahulka iseloomustab soojushulk Q= c m ∆t (c-aine erisoojus, m-keha mass,

Soojushulk o o Soojus ei ole füüsikaliselt mingi asi, mis füüsiliselt kandub ühelt kehalt teisele. Reaalselt kandub üle energia. Füüsikaliseks suuruseks, mis seda kirjeldab on soojushulk Q. Soojushulk on energia, mille keha soojusvahetusel saab või ära annab. Soojushulga mõõtühikuks on 1 J

Aine erisoojus o Erisoojused Alumiinium 890 Plii 130 Elavhõbe 140 Raud, teras 460 Jää 2100 Tina 230 Hõbe 240 Tsink 390 Klaas 800 Vask 390 Messing 380 Vesi 4200 Aine erisoojus on füüsikaline suurus, mis näitab, kui suur soojushulk tõstab ühikulise massiga keha temp. ühe kraadi võrra.

Keha siseenergia muutmise viisid o o Mehaaniline töö Soojusülekanne

Siseenergia muutumine soojusenergiaks o Keemiast teame, et kütuse põlemisel vabaneb soojusenergia.

Soojusmasin o Soojusmasinaks nim. siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutvat seadet, milles iseloomustab energia muutumist mehaaniline töö. Vaata lisaks

Soojusmasin o Soojusmasin koosneb: soojendist(süsteemile siseenergiat andev keha), o jahutist(süsteemilt siseenergiat saav keha) o o ja töökehast (siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutev keha).

Soojusmasina kasutegur o o o Soojusmasina kasuteguri ŋ näitab, kui suure osa juurdeantavast soojusenergiast muundab masin kasulikuks tööks. Kasulikuks tööks muundub süsteemile juurdeantava ja jahutile äraantava soojushulga vahe Kasuteguri valem:

Soojusmasina kasutegur o Ühegi reaalse soojusmasina kasutegur ei saa olla suurem sama temperatuuriga soojendit ja jahutit omava ideaalse masina kasutegurist. Vaata videot kitsarööpalisest rongist

Auruvedur Eestis o Loe lähemalt Ka tänapäeval liigub kogu maailmas ringi veel retrohõngulisi auruvedureid, mille jõuallikaks on välispõlemismootor. kus kütus põletatakse väljaspool mootorit eraldiasuvas küttekoldes.

Soojusvahetus T 1 > T 2 A B T 2 T 1 QB QÜ = QA-QB Vaata mudelit QA Kui temperatuurid võrdsustuvad, protsess lakkab. Saabub soojuslik tasakaal

Siseenergia vähenemine o o Sifoonpudelisse lastav süsihappegaas teeb paisudes tööd oma siseenergia U arvel. Tehtava töö arvel gaasi siseenergia väheneb ja gaas jahtub.

Siseenergia suurenemine o Külma käest sooja tuues muutuvad õhupallis oleva õhu kõik olekuparameetrid.

Ideaaalse gaasi olekuvõrrand o o o P –rõhk V- ruumala m –gaasikoguse mass M – gaasikoguse molaarmass R – konstantne suurus, mis kehtib ühe mooli gaasi korral

Isoprotsessid o Kui mingis protsessis kolmest olekuparameetrist jääb üks muutumatuks, siis on tegemist isoprotsessiga.

Isobaarne protsess o Jääval rõhul toimuvat protsessi nimetatakse isobaarseks protsessiks.

Isokoorne protsess o Isokoorne protsess toimub jääval ruumalal.

Isotermne protsess o Isotermne protsess toimub jääval temperatuuril.

Töö gaasi paisumisel

Töö gaasi ruumala muutumisel ∆V =V 1 – V 2 h A = F h ∆V < 0 F= p S A = < 0 A = p S h = ∆V V 1 A = p ∆V V 2 Gaasi töö paisumisel on negatiivne - selle tulemusena siseenergia väheneb)

Isotermiline protsess ja töö o o Pikaajaline soojuse muundamine tööks on võimalik vaid tsüklilistes protsessides. Paisunud gaasi tuleb vahepeal jahutada ja kokku suruda.

Soojusmasinad o o o Soojusmasinad on seadmed, mis muudavad kütuse siseenergia mehaaniliseks tööks. Soojusmasin koosneb: soojendist (süsteemile siseenergiat andev keha) jahutist (süsteemilt siseenergiat saav keha) töökehast (siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutev keha) Pärast töö sooritamist viiakse töökeha esialgsesse olekusse ja alustatakse kogu protsessi uuesti. Töökeha sooritab protsesside tsükli ehk ringprotsessi.

Ideaalse gaasi siseenergia o o Siseenergia on keha molekulide soojusliikumise keskmise kineetilise energia ning molekulidevahelise vastasmõju potentsiaalse energia summa. E = Ekin + Epot Ideaalse gaasi puhul potentsiaalset energiat ei ole, seega siseenergia sõltub vaid kineetilisest energiast. Kineetiline energia sõltub temperatuurist. Seega – Keha siseenergia sõltub keha temperatuurist.

Temodünaamika I printsiip Eelnevat kokku võttes saame : U = Q + A Siseenergia muut on võrdne süsteemile antud soojushulga ja välisjõudude poolt tehtava töö summaga. Ehk Q = U – A Süsteemile antud soojuse arvel suureneb süsteemi siseenergia ning süsteem teeb välisjõudude ületamiseks tööd.

Soojusmasina tööpõhimõte Soojendi T 1 Soojusmasin muundab siseenergia mehaaniliseks energiaks Q 1 Töötav keha Q 2 Jahuti T 2 A = Q 1 – Q 2 Et soojusmasin töötaks, peab soojendi temperatuur olema kõrgem kui jahutil T 1 > T 2

Soojusmasina tööpõhimõte o Paisumisel tehtav töö peab olema suurem kokkusurumiseks tehtavast tööst.

Neljataktilise sisepõlemismootori töötsüklid Loe selgitusi

Neljataktilise sisepõlemismootori töötsüklid. Vaata joonist Protsess 1 -2 2 Mis toimub mootoris Töötakt Avatakse väljalaskeklapp 2 -3 Gaasid väljuvad. Kolb üleval 3 -4 Ülesliikuv kolb surub gaasid välja 4 4 -5 5 5 -6 6 6 -1 Suletakse väljalaskeklapp Avataksesisselaskeklapp Sisselasketakt Suletakse sisselaskeklapp. Kolb all Survetakt Kütusesegu süütamine. Kolb üleval. Küttesegu plahvatus

Otto- mootor o Tänapäevase bennsiinimootori eelkäija looja. http: //www. cornelsen. de/physike xtra/htdocs/otto. html

Rudolf Christian Karl Diesel (1858 – 1913) o o Saksa insener, diiselmootori leiutaja. Esimene töötav prototüüp valmis 17. veebruaril 1894. See töötas minut aega võimsusega 13 hobujõudu. Esimesed diiselmootorid olid vähe töökindlad ja väga massiivsed. Tänapäeval on diiselmootorid vallutanud maailma.

Elusolendid kui soojusmasinad o Bioloogilised olendid ei kasuta töö tegemiseks gaasi paisumist, vaid lihasvalkude potentsiaalset energiat.

Tänan tähelepanu eest! ©anmet. rtg 2009