DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Zajmuje się badaniem zjawisk, w których między innymi następuje zmiana temperatury ciała.

Termodynamika

Zajmuje się badaniem zjawisk, w których między innymi następuje zmiana temperatury ciała.

Termodynamika

Dotyczy ona przemian energii mechanicznej w wewnętrzną i na odwrót, czyli zajmuje się zamianą pracy na ciepło i ciepła

na pracę.

Termodynamika

Termodynamika fenomenologiczna

Termodynamika

Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna

Termodynamika

Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna

Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej.

Termodynamika

Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna

Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Opiera się na równaniu Clapeyron/a :

pV = nRT

i prawach gazowych.

Termodynamika

Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna

Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Opiera się na równaniu Clapeyron/a :

pV = nRT

i prawach gazowych.

Bada związki między makroskopowymi wielkościami charakteryzującymi układ jako całość.

Termodynamika

Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna

Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Opiera się na równaniu Clapeyron/a :

pV = nRT

i prawach gazowych.

Bada związki między makroskopowymi wielkościami charakteryzującymi układ jako całość. Bada związki między ciśnieniem p, temperaturą T, objętością V, energią E, entropią s…

Termodynamika

Termodynamika fenomenologiczna fenomen – zjawisko, rzecz obserwowalna

Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Opiera się na równaniu Clapeyron/a :

pV = nRT

i prawach gazowych.

Bada związki między makroskopowymi wielkościami charakteryzującymi układ jako całość. Bada związki między ciśnieniem p, temperaturą T, objętością V, energią E, entropią s…

Opiera się na zasadach termodynamiki.

Termodynamika

Termodynamika statystyczna

Termodynamika

Termodynamika statystyczna-Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową).

Termodynamika

Termodynamika statystyczna-Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową).

-Do cząsteczek ciała stosuje prawa mechaniki dla ich prędkości v, masy m, pędów p, energii E - w tym zasady zachowania - jest to mikroskopowy punkt widzenia.

Termodynamika

Termodynamika statystyczna-Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową).

-Do cząsteczek ciała stosuje prawa mechaniki dla ich prędkości v, masy m, pędów p, energii E - w tym zasady zachowania - jest to mikroskopowy punkt widzenia.

-Dodając do tego metody rachunku prawdopodobieństwa znajduje zależności między wielkościami mikroskopowymi (v, m, p, E) odnoszącymi się do poszczególnych cząstek układu, a wielkościami makroskopowymi (ciśnienie p, objętość V, temperatura T), opisującymi układ jako całość. Przykładem jest sposób wyprowadzenia podstawowego wzoru teorii kinetycznej gazów:

Termodynamika

Termodynamika statystyczna-Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową).

-Do cząsteczek ciała stosuje prawa mechaniki dla ich prędkości v, masy m, pędów p, energii E - w tym zasady zachowania - jest to mikroskopowy punkt widzenia.

-Dodając do tego metody rachunku prawdopodobieństwa znajduje zależności między wielkościami mikroskopowymi (v, m, p, E) odnoszącymi się do poszczególnych cząstek układu, a wielkościami makroskopowymi (ciśnienie p, objętość V, temperatura T), opisującymi układ jako całość. Przykładem jest sposób wyprowadzenia podstawowego wzoru teorii kinetycznej gazów:

Termodynamika

gdzie: p – ciśnienie gazu, n – ilość drobin w naczyniu, V – objętość gazu, Ek.śr. – średnia energia kinetyczna drobiny.

Termodynamika statystyczna-Traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową).

-Do cząsteczek ciała stosuje prawa mechaniki dla ich prędkości v, masy m, pędów p, energii E - w tym zasady zachowania - jest to mikroskopowy punkt widzenia.

-Dodając do tego metody rachunku prawdopodobieństwa znajduje zależności między wielkościami mikroskopowymi (v, m, p, E) odnoszącymi się do poszczególnych cząstek układu, a wielkościami makroskopowymi (ciśnienie p, objętość V, temperatura T), opisującymi układ jako całość. Przykładem jest sposób wyprowadzenia podstawowego wzoru teorii kinetycznej gazów:

Termodynamika

Termodynamika statystyczna

.

Termodynamika

Termodynamika statystyczna

jest teorią ogólniejszą niż

Termodynamika

Termodynamika statystyczna

jest teorią ogólniejszą niż

termodynamika fenomenologicznea,

Termodynamika

Termodynamika statystyczna

jest teorią ogólniejszą niż

termodynamika fenomenologicznea,

ponieważ zasady termodynamiki fenomenologicznej oraz granice ich stosowalności można wyprowadzić na gruncie mechaniki statystycznej.

Termodynamika

Termodynamika statystyczna

jest teorią ogólniejszą niż

termodynamika fenomenologicznea,

ponieważ zasady termodynamiki fenomenologicznej oraz granice ich stosowalności można wyprowadzić na gruncie mechaniki statystycznej.

Ze względu na zawiły aparat matematyczny stosowanie metod termodynamiki statystycznej jest niedogodne.

Energia mechaniczna

Energia mechaniczna

to suma energii ciała jako całości:

Energia mechaniczna

to suma energii ciała jako całości:

- energii kinetycznej:

Energia mechaniczna

to suma energii ciała jako całości:

- energii kinetycznej:

- potencjalnej grawitacji:

Energia mechaniczna

to suma energii ciała jako całości:

- energii kinetycznej:

- potencjalnej grawitacji:

. pola centralnego:

Energia mechaniczna

to suma energii ciała jako całości:

- energii kinetycznej:

- potencjalnej grawitacji:

. pola centralnego:

. pola jednorodnego: Ep = mgh.

Energia mechaniczna

to suma energii ciała jako całości:

- energii kinetycznej:

- potencjalnej grawitacji:

. pola centralnego:

. pola jednorodnego: Ep = mgh.

- potencjalnej sprężystości:

Energia mechaniczna

to suma energii ciała jako całości:

- energii kinetycznej:

- potencjalnej grawitacji:

. pola centralnego:

. pola jednorodnego: Ep = mgh.

- potencjalnej sprężystości:

Zawsze mamy do czynienia z taką sytuacją, że energie potencjalne zamieniają się w kinetyczną a ta w wewnętrzną i na odwrót.

Układ termodynamiczny

Układ termodynamiczny

to część przestrzeni materialnej oddzielona od otoczenia rzeczywistą lub abstrakcyjną

granicą .

Parametry stanu termodynamicznego

Parametry stanu termodynamicznegoTo wielkości jednoznacznie określające stan układu

termodynamicznego w danym momencie.

Parametry stanu termodynamicznegoTo wielkości jednoznacznie określające stan układu

termodynamicznego w danym momencie.

Są to:

Parametry stanu termodynamicznegoTo wielkości jednoznacznie określające stan układu

termodynamicznego w danym momencie.

Są to: - ciśnienie p,

Parametry stanu termodynamicznegoTo wielkości jednoznacznie określające stan układu

termodynamicznego w danym momencie.

Są to: - ciśnienie p, - objętość V,

Parametry stanu termodynamicznegoTo wielkości jednoznacznie określające stan układu

termodynamicznego w danym momencie.

Są to: - ciśnienie p, - objętość V, - temperatura T,

Parametry stanu termodynamicznegoTo wielkości jednoznacznie określające stan układu

termodynamicznego w danym momencie.

Są to: - ciśnienie p, - objętość V, - temperatura T,- liczność materii, czyli liczba moli n.

Parametry stanu termodynamicznegoTo wielkości jednoznacznie określające stan układu

termodynamicznego w danym momencie.

Są to: - ciśnienie p, - objętość V, - temperatura T,- liczność materii, czyli liczba moli n.

Parametry stanu są powiązane równaniem Clapeyron/a:

pV = nRT

Energia wewnętrzna

Energia wewnętrzna

to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

Energia wewnętrzna

to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

W jej skład wchodzą:

Energia wewnętrzna

to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

W jej skład wchodzą:

- energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek,

Energia wewnętrzna

to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

W jej skład wchodzą:

- energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek,

Energia wewnętrzna

to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

W jej skład wchodzą:

- energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek,- energia potencjalna wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek,

Energia wewnętrzna

to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

W jej skład wchodzą:

- energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek,- energia potencjalna wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek, - energia elektronowa (energia elektronów w atomie - kinetyczna, potencjalna grawitacji i potencjalna elektryczna),

Energia wewnętrzna

to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

W jej skład wchodzą:

- energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek,- energia potencjalna wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek, - energia elektronowa (energia elektronów w atomie - kinetyczna, potencjalna grawitacji i potencjalna elektryczna),- energia chemiczna,

Energia wewnętrzna

to suma energii cząsteczek ciała (kinetycznych i energii wzajemnych oddziaływań).

W jej skład wchodzą:

- energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek, - energia drgań i obrotów atomów wewnątrz cząsteczek,- energia potencjalna wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek, - energia elektronowa (energia elektronów w atomie - kinetyczna, potencjalna grawitacji i potencjalna elektryczna),- energia chemiczna, - energia jądrowa.

Ciepło

.

Ciepło

to ta część energii wewnętrznej,

która samorzutnie przechodzi od ciała

cieplejszego do chłodniejszego.

Praca w termodynamice

.

Praca w termodynamice

to ta część energii mechanicznej, która zostaje zamieniona na wewnętrzną lub

powstaje z wewnętrznej.

Pierwsza zasada termodynamiki

Pierwsza zasada termodynamiki

Pierwsza zasada termodynamiki

Zmiana energii wewnętrznej ciała jest równa sumie pobranego (oddanego) ciepła i wykonanej nad

układem (pobranej przez układ) pracy.

Funkcje stanu

Funkcje stanuDo funkcji stanu należą:

Funkcje stanuDo funkcji stanu należą:

- energia wewnętrzna ciała U,

Funkcje stanuDo funkcji stanu należą:

- energia wewnętrzna ciała U,

- praca rozumiana jako zmiana energii mechanicznej ciała W = Em,

Funkcje stanuDo funkcji stanu należą:

- energia wewnętrzna ciała U,

- praca rozumiana jako zmiana energii mechanicznej ciała W = Em,

- entropia S.

Ciepło nie jest funkcją stanu

Ciepło nie jest funkcją stanu

Pobrane (oddane) ciepło zależy od „drogi”, po której nastąpiła przemiana termodynamiczna. Pokazują to przykłady:

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

S

n, p, V, T

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

S

n, p, V, T

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Jeśli tłok jest unieruchomiony, to gaz nie wykonuje pracy (nie zmienia się energia potencjalna grawitacji tłoka).

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Jeśli tłok jest unieruchomiony, to gaz nie wykonuje pracy (nie zmienia się energia potencjalna grawitacji tłoka).

Doprowadzane do układu ciepło Qv pozostaje w gazie jako jego przyrost energii wewnętrznej U.

S S

n, p, V, TQv

n, p1 , V, T1

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Jeśli tłok jest unieruchomiony, to gaz nie wykonuje pracy (nie zmienia się energia potencjalna grawitacji tłoka).

Doprowadzane do układu ciepło Qv pozostaje w gazie jako jego przyrost energii wewnętrznej U.

Pierwsza zasada termodynamiki (U=Q+W) dla przemiany izochorycznej ma postać:

S S

n, p, V, TQv

n, p1 , V, T1

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Jeśli tłok jest unieruchomiony, to gaz nie wykonuje pracy (nie zmienia się energia potencjalna grawitacji tłoka).

Doprowadzane do układu ciepło Qv pozostaje w gazie jako jego przyrost energii wewnętrznej U.

Pierwsza zasada termodynamiki (U=Q+W) dla przemiany izochorycznej ma postać:

U = Qv = ncvt

S S

n, p, V, TQv

n, p1 , V, T1

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

S S

n, p, V, TQv

n, p1 , V, T1

V

T0

V=const

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izochorycznej przemianie stałej masy gazu

S S

n, p, V, TQv

n, p1 , V, T1

V

T0

V=const

p

T0

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

S

n, p, V, T

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T..

S

n, p, V, T

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p , V1, T1

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Jeśli tłok może poruszać się bez tarcia, to część doprowadzonego do układu ciepła Qp zamienia się na energię wewnętrzną gazu U, powodując wzrost temperatury gazu od T do T1, a część zamienia się na energię potencjalną grawitacji tłoka Ep (tłok idzie w górę), czyli część energii wewnętrznej powoduje wykonanie pracy W=Ep przeciwko siłom zewnętrznym (część ciepła zamienia się na energię mechaniczną otoczenia).

W

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p , V1, T1

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Jeśli tłok może poruszać się bez tarcia, to część doprowadzonego do układu ciepła Qp zamienia się na energię wewnętrzną gazu U, powodując wzrost temperatury gazu od T do T1, a część zamienia się na energię potencjalną grawitacji tłoka Ep (tłok idzie w górę), czyli część energii wewnętrznej powoduje wykonanie pracy W=Ep przeciwko siłom zewnętrznym (część ciepła zamienia się na energię mechaniczną otoczenia).

F

Po pobraniu ciepła Qp pojawia się w gazie siła F działająca na tłok. Wykonuje ona pracę W=Fh. Ponieważ p=F/S więc F=pS i dlatego

W=p(Sh)=pV=nRT

W

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p , V1, T1

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Jeśli tłok może poruszać się bez tarcia, to część doprowadzonego do układu ciepła Qp zamienia się na energię wewnętrzną gazu U, powodując wzrost temperatury gazu od T do T1, a część zamienia się na energię potencjalną grawitacji tłoka Ep (tłok idzie w górę), czyli część energii wewnętrznej powoduje wykonanie pracy W=Ep przeciwko siłom zewnętrznym (część ciepła zamienia się na energię mechaniczną otoczenia).

F

Pierwsza zasada termodynamiki (U=Q+W) dla przemiany izobarycznej ma postać:

U = Qp-W = ncpt-nRT

W

Po pobraniu ciepła Qp pojawia się w gazie siła F działająca na tłok. Wykonuje ona pracę W=Fh. Ponieważ p=F/S więc F=pS i dlatego

W=p(Sh)=pV=nRT

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p , V1, T1

FW

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p , V1, T1

FW

p=const

p

0 V1 V2

W=pV

V V

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p , V1, T1

FW

p=const

p

0 V1 V2

W=pV

V V

Na wykresie zależności ciśnienia od objętości w przemianie izobarycznej pole pod wykresem jest liczbowo równe wykonanej przez gaz pracy (zmianie energii mechanicznej otoczenia, która nastąpiła kosztem ubytku energii wewnętrznej gazu).

V

T0

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p , V1, T1

FW

p=const

p

0 V1 V2

W=pV

V V

V

T0

Ciepło nie jest funkcją stanuCiepło w izobarycznej przemianie stałej masy gazu

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p , V1, T1

FW

p=const

p

0 V1 V2

W=pV

V V

W izobarycznej przemianie gazu jego objętość zależy wprost proporcjonalnie od temperatury.

Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10oC trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury):

Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10oC trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury):

U = Qv = ncvT

Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10oC trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury):

U = Qv = ncvTto w przemianie izobarycznej, aby ogrzać ten sam gaz też o 10oC, trzeba dostarczyć np. 130J ciepła, ponieważ część (tu 30J) pójdzie na wykonanie pracy (zostanie zamieniona na energię mechaniczną otoczenia):

Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10oC trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury):

U = Qv = ncvTto w przemianie izobarycznej, aby ogrzać ten sam gaz też o 10oC, trzeba dostarczyć np. 130J ciepła, ponieważ część (tu 30J) pójdzie na wykonanie pracy (zostanie zamieniona na energię mechaniczną otoczenia):

U = Qp - W = ncpT - nRT

Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10oC trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury):

U = Qv = ncvTto w przemianie izobarycznej, aby ogrzać ten sam gaz też o 10oC, trzeba dostarczyć np. 130J ciepła, ponieważ część (tu 30J) pójdzie na wykonanie pracy (zostanie zamieniona na energię mechaniczną otoczenia):

U = Qp - W = ncpT - nRTDlatego:

Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

Jeśli w przemianie izochorycznej do ogrzania gazu np. o 10oC trzeba dostarczyć 100J ciepła (całe ciepło idzie na wzrost energii wewnętrznej, co skutkuje wzrostem temperatury):

U = Qv = ncvTto w przemianie izobarycznej, aby ogrzać ten sam gaz też o 10oC, trzeba dostarczyć np. 130J ciepła, ponieważ część (tu 30J) pójdzie na wykonanie pracy (zostanie zamieniona na energię mechaniczną otoczenia):

U = Qp - W = ncpT - nRTDlatego:

cp = cv + R, a cp/cv =

Porównanie przemian izochorycznej i izobarycznej

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

S

n, p, V, T

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

WT

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p1, V1, T

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Ponieważ w tej przemianie nie ma zmiany temperatury T, więc nie ma również zmiany energii wewnętrznej gazu U. Pierwsza zasada termodynamiki (U=Q+W) dla przemiany izotermicznej ma postać:

WT

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p1, V1, T

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Ponieważ w tej przemianie nie ma zmiany temperatury T, więc nie ma również zmiany energii wewnętrznej gazu U. Pierwsza zasada termodynamiki (U=Q+W) dla przemiany izotermicznej ma postać:

WT

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p1, V1, T Qi – Wi = 0

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Ponieważ w tej przemianie nie ma zmiany temperatury T, więc nie ma również zmiany energii wewnętrznej gazu U. Pierwsza zasada termodynamiki (U=Q+W) dla przemiany izotermicznej ma postać:

czyli:

WT

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p1, V1, T

Qi = Wi

Qi – Wi = 0

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. Ponieważ w tej przemianie nie ma zmiany temperatury T, więc nie ma również zmiany energii wewnętrznej gazu U. Pierwsza zasada termodynamiki (U=Q+W) dla przemiany izotermicznej ma postać:

czyli:

WT

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p1, V1, T

Qi = Wi

Qi – Wi = 0

Znaczy to, że w przemianie izotermicznej gaz zamienia na energię mechaniczną otoczenia (Wi) całe ciepło (Qi) , które pobiera od tego otoczenia.

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

WT

h

S S

n, p, V, T

Qp

n, p1, V1, T

p

V0

W izotermicznej przemianie gazu ciśnienie p zależy odwrotnie proporcjonalnie od jego objętości V.

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

p1

p

V0 V1 V2

p2

Na wykresie zależności ciśnienia od objętości, pole pod wykresem liczbowo jest równe wykonanej przez gaz pracy (patrz przemiana izobaryczna). Aby obliczyć to pole dzielimy je na wiele prostokątów, których pole jest łatwe do obliczenia. Suma pól prostokątów jest równa wykonanej pracy. Zwiększając liczbę prostokątów coraz bardziej zbliżamy się do prawdziwej wartości pola. W granicy, gdy liczba prostokątów dąży do nieskończoności znajdujemy (potrzebne jest całkowanie):

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

p1

p

V0 V1 V2

p2

Na wykresie zależności ciśnienia od objętości, pole pod wykresem liczbowo jest równe wykonanej przez gaz pracy (patrz przemiana izobaryczna). Aby obliczyć to pole dzielimy je na wiele prostokątów, których pole jest łatwe do obliczenia. Suma pól prostokątów jest równa wykonanej pracy. Zwiększając liczbę prostokątów coraz bardziej zbliżamy się do prawdziwej wartości pola. W granicy, gdy liczba prostokątów dąży do nieskończoności znajdujemy (potrzebne jest całkowanie):

Praca w izotermicznej przemianie stałej masy gazu

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

S

n, p, V, T

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T.

Wa

h

S S

n, p, V, T

Ua

n, p1, V1, T1

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę Wa kosztem swojej energii wewnętrznej Ua (część energii wewnętrznej gazu Ua zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia Em=W, czyli energię tłoka).

Wa

h

S S

n, p, V, T

Ua

n, p1, V1, T1

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę Wa kosztem swojej energii wewnętrznej Ua (część energii wewnętrznej gazu Ua zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia Em=W, czyli energię tłoka).

Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną.

Wa

h

S S

n, p, V, T

Ua

n, p1, V1, T1

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę Wa kosztem swojej energii wewnętrznej Ua (część energii wewnętrznej gazu Ua zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia Em=W, czyli energię tłoka).

Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną.

W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej Uv następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Qv (i na odwrót):

Uv = Qv = ncvT.

Wa

h

S S

n, p, V, T

Ua

n, p1, V1, T1

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę Wa kosztem swojej energii wewnętrznej Ua (część energii wewnętrznej gazu Ua zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia Em=W, czyli energię tłoka).

Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną.

W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej Uv następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Qv (i na odwrót):

Uv = Qv = ncvT.W przemianie adiabatycznej: przyrost energii wewnętrznej Ua następuje kosztem wykonanej nad gazem pracy Wa (i na odwrót):

Ua = Wa.

Wa

h

S S

n, p, V, T

Ua

n, p1, V1, T1

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę Wa kosztem swojej energii wewnętrznej Ua (część energii wewnętrznej gazu Ua zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia Em=W, czyli energię tłoka).

Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną.

W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej Uv następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Qv (i na odwrót):

Uv = Qv = ncvT.W przemianie adiabatycznej: przyrost energii wewnętrznej Ua następuje kosztem wykonanej nad gazem pracy Wa (i na odwrót):

Ua = Wa.Wynika z tego, że taki sam przyrost temperatury T gazu możemy otrzymać:

Wa

h

S S

n, p, V, T

Ua

n, p1, V1, T1

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę Wa kosztem swojej energii wewnętrznej Ua (część energii wewnętrznej gazu Ua zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia Em=W, czyli energię tłoka).

Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną.

W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej Uv następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Qv (i na odwrót):

Uv = Qv = ncvT.W przemianie adiabatycznej: przyrost energii wewnętrznej Ua następuje kosztem wykonanej nad gazem pracy Wa (i na odwrót):

Ua = Wa.Wynika z tego, że taki sam przyrost temperatury T gazu możemy otrzymać: - dostarczając mu izochorycznie np. Qv = 100J ciepła, lub

Wa

h

S S

n, p, V, T

Ua

n, p1, V1, T1

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Niech w cylindrze pod tłokiem znajduje się n moli gazu doskonałego o objętości V, pod ciśnieniem p i o temperaturze T. W przemianie tej gaz wykonuje pracę Wa kosztem swojej energii wewnętrznej Ua (część energii wewnętrznej gazu Ua zamieniana jest na energię mechaniczną otoczenia Em=W, czyli energię tłoka).

Przemiany energii w adiabatycznej przemianie gazu przypominają przemianę izochoryczną.

W przemianie izochorycznej: zmiana energii wewnętrznej Uv następuje kosztem pobranego lub oddanego ciepła Qv (i na odwrót):

Uv = Qv = ncvT.W przemianie adiabatycznej: przyrost energii wewnętrznej Ua następuje kosztem wykonanej nad gazem pracy Wa (i na odwrót):

Ua = Wa.Wynika z tego, że taki sam przyrost temperatury T gazu możemy otrzymać: - dostarczając mu izochorycznie np. Qv = 100J ciepła, lub- wykonując nad nim adiabatycznie pracę Wa = 100 J.

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazu

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób:

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób:-dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną),

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób:-dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu).

W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku

zmian jego objętości V. Opisuje to zależność . Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli).

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób:-dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu).

W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku

zmian jego objętości V. Opisuje to zależność . Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli).

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu).

p

V0

--- izoterma

Vi

pi

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu).

W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku

zmian jego objętości V. Opisuje to zależność . Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli). W adiabatycznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wynikuzmian jego objętości V i zmiany temperatury T wynikającej ze zmiany energii wewnętrznej (która w przemianie izotermicznej nie miała miejsca). Czyli w przemianie adiabatycznej zmiany ciśnienia, odpowiadające tym samym zmianom objętości co w przemianie adiabatycznej, są większe.

p

V0

--- izoterma

pi

Vi

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu).

p

V0

--- izoterma

adiabata

Va

pipa

W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku

zmian jego objętości V. Opisuje to zależność . Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli). W adiabatycznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wynikuzmian jego objętości V i zmiany temperatury T wynikającej ze zmiany energii wewnętrznej (która w przemianie izotermicznej nie miała miejsca). Czyli w przemianie adiabatycznej zmiany ciśnienia, odpowiadające tym samym zmianom objętości co w przemianie adiabatycznej, są większe.

Vi

Praca w adiabatycznej przemianie stałej masy gazuPraca w przemianie adiabatycznej Wa, która powoduje wzrost temperatury n moli gazu o T, jest taka sama, jak ciepło pobrane w przemianie izochorycznej Qv, które powoduje taki sam wzrost temperatury T:

Wa = Qv = ncvT.Można powiedzieć, że ten sam przyrost temperatury gazu można uzyskać w dwojaki sposób: -dostarczając mu izochorycznie np. 100J ciepła (dostarczając z zewnątrz energię wewnętrzną), -wykonując nad nim 100J pracy (zamieniając energię mechaniczną otoczenia na wewnętrzną gazu).

p

V0

--- izoterma

adiabata

Va

pipa

W izotermicznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wyniku

zmian jego objętości V. Opisuje to zależność . Wykresem tej zależności jest izoterma (gałąź hiperboli). W adiabatycznej przemianie gazu zmiany ciśnienia p następują w wynikuzmian jego objętości V i zmiany temperatury T wynikającej ze zmiany energii wewnętrznej (która w przemianie izotermicznej nie miała miejsca). Czyli w przemianie adiabatycznej zmiany ciśnienia, odpowiadające tym samym zmianom objętości co w przemianie adiabatycznej, są większe.

Adiabata jest bardziej stroma niż izoterma.

Vi

Silnik CarnotaSilnik Carnota pracuje w cyklu (szeregu przemian) termodynamicznych, podczas których pobrane ciepło jest zamieniane na energię mechaniczną. Przedstawimy przemiany w tym cyklu na wykresie zależności ciśnienia p od objętości V.

U = Q + W

p

V0

Grzejnik

Grzejnik

Grzejnik

Silnik Carnota U = Q + W

p

V0

Grzejnik Izolator Chłodnica

Gaz

T1 T2

Niech silnikiem będzie cylinder o ściankach i tłoku wykonanymi z idealnego izolatora i dnem idealnie przewodzącym ciepło. Substancją roboczą niech będzie gaz doskonały.

Silnik Carnota pracuje w cyklu (szeregu przemian) termodynamicznych, podczas których pobrane ciepło jest zamieniane na energię mechaniczną. Przedstawimy przemiany w tym cyklu na wykresie zależności ciśnienia p od objętości V.

Silnik Carnota- AB - to izotermiczne rozprężanie (U1=0, co znaczy, że Q1=-W1).

Gaz pobiera ciepło: Q1=nRT1ln(V2/V1) i wykonuje tyle samo pracy: W1=nRT1ln(V2/V1)

U = Q + W

A

B

T1

T1

p

VV1

p1

p2

p3

V20

Q1 W1

Izolator Chłodnica

Gaz

T1 T2

Grzejnik

Silnik Carnota- AB - to izotermiczne rozprężanie (U1=0, co znaczy, że Q1=-W1).

Gaz pobiera ciepło: Q1=nRT1ln(V2/V1) i wykonuje tyle samo pracy: W1=nRT1ln(V2/V1)

- BC - to adiabatyczne rozprężanie (U2=W2 bo Qa=0).

Gaz wykonuje pracę: W2=ncv(T1-T2),

U = Q + W

A

B

C

T1

T1

T2

p

VV1

p1

p2

p3

V2 V30

Q1 W1

W2

Izolator Chłodnica

Gaz

T1 T2

Grzejnik

Silnik Carnota- AB - to izotermiczne rozprężanie (U1=0, co znaczy, że Q1=-W1).

Gaz pobiera ciepło: Q1=nRT1ln(V2/V1) i wykonuje tyle samo pracy: W1=nRT1ln(V2/V1)

- BC - to adiabatyczne rozprężanie (U2=W2 bo Qa=0).

Gaz wykonuje pracę: W2=ncv(T1-T2),

- CD - to izotermiczne sprężanie (U3=0 i W3=-Q2).

Gaz oddaje ciepło: Q2=nRT2ln(V3/V4) i pobiera tyle samo pracy:W2=nRT2ln(V3/V4)

U = Q + W

A

B

C

D

T1

T1

T2

T2

p

VV1

p1

p2

p3

p4

V4 V2 V30

Q1

Q2

W1

W2

W3

Izolator Chłodnica

Gaz

T1 T2

Grzejnik

Silnik Carnota- AB - to izotermiczne rozprężanie (U1=0, co znaczy, że Q1=-W1).

Gaz pobiera ciepło: Q1=nRT1ln(V2/V1) i wykonuje tyle samo pracy: W1=nRT1ln(V2/V1)

- BC - to adiabatyczne rozprężanie (U2=W2 bo Qa=0).

Gaz wykonuje pracę: W2=ncv(T1-T2),

- CD - to izotermiczne sprężanie (U3=0 i W3=-Q2).

Gaz oddaje ciepło: Q2=nRT2ln(V3/V4) i pobiera tyle samo pracy:W2=nRT2ln(V3/V4)

- DA - to adiabatyczne sprężanie (U4=W4, bo Qa=0).

Gaz pobiera pracę: W4=ncv(T1-T2)

A

B

C

D

T1

T1

T2

T2

p

VV1

p1

p2

p3

p4

V4 V2 V30

Q1

Q2

W1

W2

W3

W4

U = Q + W

Izolator Chłodnica

Gaz

T1 T2

Grzejnik

Silnik CarnotaW całym cyklu:

- AB - Gaz pobiera ciepło: Q1=nRT1ln(V2/V1) i wykonuje tyle samo pracy: W1=nRT1ln(V2/V1)

- BC - Gaz wykonuje pracę: W2=ncv(T1-T2),

- CD - Gaz oddaje ciepło: Q2=nRT2ln(V3/V4) i pobiera tyle samo pracy: W2=nRT2ln(V3/V4)

- DA - Gaz pobiera pracę: W4=ncv(T1-T2)

A

B

C

D

T1

T1

T2

T2

p

VV1

p1

p2

p3

p4

V4 V2 V30

Q1

Q2

W1

W2

W3

W4

U = Q + W

Sprawność silnika Carnota

Sprawność silnika Carnota jest:

Sprawność silnika Carnota jest:

Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego:

Sprawność silnika Carnota

Sprawność silnika Carnota jest:

Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego:

Sprawność silnika Carnota

Sprawność silnika Carnota jest:

Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.:

Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q2 w silniku rzeczywistym jest sumą:

Sprawność silnika Carnota

Sprawność silnika Carnota jest:

Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.:

Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q2 w silniku rzeczywistym jest sumą:- ciepła oddanego chłodnicy (jak w silniku Carnota),

Sprawność silnika Carnota

Sprawność silnika Carnota jest:

Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.:

Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q2 w silniku rzeczywistym jest sumą:- ciepła oddanego chłodnicy (jak w silniku Carnota),

- ciepła stracone przez nieadiabatyczne ścianki cylindra (nie ma idealnej izolacji),

Sprawność silnika Carnota

Sprawność silnika Carnota jest:

Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.:

Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q2 w silniku rzeczywistym jest sumą:- ciepła oddanego chłodnicy (jak w silniku Carnota),

- ciepła stracone przez nieadiabatyczne ścianki cylindra (nie ma idealnej izolacji), - ciepło zatrzymane przez nieizotermiczną podstawę cylindra (nie ma materiału idealnie przewodzącego ciepło. Każdy materiał stawia „opór” przepływającemu przez niego ciepłu),

Sprawność silnika Carnota

Sprawność silnika Carnota jest:

Powyższa sprawność jest sprawnością silnika idealnego, tzn. takiego, w którym ścianki cylindra są idealnie adiabatyczne (nie przewodzą ciepła), dno cylindra idealnie przewodzi ciepło i nie ma tarcia tłoka o ścianki cylindra. W rzeczywistym silniku, te trzy warunki nie są spełnione i sprawność silnika rzeczywistego pracującego w cyklu Carnota jest mniejsza od silnika idealnego.:

Jest tak dlatego, że ciepło oddane do otoczenia Q2 w silniku rzeczywistym jest sumą:- ciepła oddanego chłodnicy (jak w silniku Carnota),

- ciepła stracone przez nieadiabatyczne ścianki cylindra (nie ma idealnej izolacji), - ciepło zatrzymane przez nieizotermiczną podstawę cylindra (nie ma materiału idealnie przewodzącego ciepło. Każdy materiał stawia „opór” przepływającemu przez niego ciepłu), -„ciepło” stracone w wyniku tarcia, czyli ta część energii mechanicznej tłoka, która w wyniku tarcia zostanie zamieniona na wewnętrzną otoczenia.

Sprawność silnika Carnota

Sprawność silnika Carnota przykład

Mieszanka benzynowa w silniku spalinowym osiąga temperaturę ok. T1=2700K. Jeśli jest to temperatura grzejnicy w silniku, a chłodnicą jest otaczające powietrze (temperatura ok. T2 =300K), to sprawność takiego silnika pracującego w cyklu Carnota jest:

%89.ok%1002700

3002700

%89.ok%1002700

3002700

Sprawności rzeczywistych silników sięgają:

- benzynowych - 35%, - diesla - 40%,- diesla, z tzw. bezpośrednim wtryskiem paliwa, - 45%. 

Mieszanka benzynowa w silniku spalinowym osiąga temperaturę ok. T1=2700K. Jeśli jest to temperatura grzejnicy w silniku, a chłodnicą jest otaczające powietrze (temperatura ok. T2 =300K), to sprawność takiego silnika pracującego w cyklu Carnota jest:

Sprawność silnika Carnota przykład

Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w

przyrodzie są nieodwracalne:

Druga zasada termodynamiki

Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w

przyrodzie są nieodwracalne:

- Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie.

Druga zasada termodynamiki

Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w

przyrodzie są nieodwracalne:

- Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie.- Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie.

Druga zasada termodynamiki

Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w

przyrodzie są nieodwracalne:

- Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie.- Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. - Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzną (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego.

Druga zasada termodynamiki

Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w

przyrodzie są nieodwracalne:

- Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie.- Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. - Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzną (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego.- Tylko część energii wewnętrznej można zamienić na mechaniczną. Część trzeba oddać do otoczenia (patrz silnik Carnota).

Druga zasada termodynamiki

Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w

przyrodzie są nieodwracalne:

- Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie.- Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. - Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzn (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego.- Tylko część energii wewnętrznej można zamienić na mechaniczną. Część trzeba oddać do otoczenia (patrz silnik Carnota).- Gaz samoistnie rozpręży się z jednego do drugiego pustego naczynia. Sam nie wróci do pierwszego.

Druga zasada termodynamiki

Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w

przyrodzie są nieodwracalne:

- Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie.- Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie. - Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzną (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego.- Tylko część energii wewnętrznej można zamienić na mechaniczną. Część trzeba oddać do otoczenia (patrz silnik Carnota).- Gaz samoistnie rozpręży się z jednego do drugiego pustego naczynia. Sam nie wróci do pierwszego.

Prawidłowość w kierunku przebiegu zjawisk w przyrodzie ujmuje druga zasada termodynamiki.

Druga zasada termodynamiki

Wg M. Plancka:Nie jest możliwe skonstruowanie periodycznie działającej maszyny, której działanie polegałoby tylko na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła.

Druga zasada termodynamiki

Wg M. Plancka:Nie jest możliwe skonstruowanie periodycznie działającej maszyny, której działanie polegałoby tylko na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła.

Wg M. Ostwalda:Perpetuum mobile drugiego rodzaju nie jest możliwe. (Perpetuum mobile II rodzaju zamieniałoby energię wewnętrzną w 100% na energię mechaniczną).

Druga zasada termodynamiki

Wg M. Plancka:Nie jest możliwe skonstruowanie periodycznie działającej maszyny, której działanie polegałoby tylko na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła.

Wg M. Ostwalda:Perpetuum mobile drugiego rodzaju nie jest możliwe. (Perpetuum mobile II rodzaju zamieniałoby energię wewnętrzną w 100% na energię mechaniczną).

Wg R. Clausiusa:Ciepło nie może samorzutnie przejść od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej.

Druga zasada termodynamiki

Wg M. Plancka:Nie jest możliwe skonstruowanie periodycznie działającej maszyny, której działanie polegałoby tylko na podnoszeniu ciężarów i równoczesnym ochładzaniu jednego źródła ciepła.

Wg M. Ostwalda:Perpetuum mobile drugiego rodzaju nie jest możliwe. (Perpetuum mobile II rodzaju zamieniałoby energię wewnętrzną w 100% na energię mechaniczną).

Wg R. Clausiusa:Ciepło nie może samorzutnie przejść od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej.

Wg E. Schmidta:Nie można całkowicie odwrócić przemiany, w której występuje tarcie.

Druga zasada termodynamiki

Powstają pytania:

Druga zasada termodynamiki

Powstają pytania:

Jakim równaniem opisać drugą zasadę termodynamiki?

Druga zasada termodynamiki

Powstają pytania:

Jakim równaniem opisać drugą zasadę termodynamiki?

Jakie wielkości w tym równaniu będą nam mówić o jednokierunkowym przebiegu zjawisk w przyrodzie?

Druga zasada termodynamiki

Powstają pytania:

Jakim równaniem opisać drugą zasadę termodynamiki?

Jakie wielkości w tym równaniu będą nam mówić o jednokierunkowym przebiegu zjawisk w przyrodzie?

Odpowiedzi na te pytania udziela

zasada wzrostu entropii.

Druga zasada termodynamiki