Kinetyczna teoria gazów
description
Transcript of Kinetyczna teoria gazów
![Page 1: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/1.jpg)
Kinetyczna teoria gazów
![Page 2: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/2.jpg)
Liczba Avogadra
Masa próbki
Liczba moli
Liczba cząsteczek
masa molowa
masa molowa liczba Avogadra
liczba Avogadra
Jeden mol to liczba atomów w próbce węgla –12 o masie 12 g.
NA = 6.02*1023 mol-1
Liczba Avogadra:
![Page 3: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/3.jpg)
Gaz doskonały
Równanie stanu gazu doskonałego:
pV = nRT
p – ciśnienie
V – objętość
n – liczba moli
T – temperatura
R = 8.31 J/(mol K) – stała gazowa
![Page 4: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/4.jpg)
Rozprężanie i sprężanie izotermiczne
p = nRT/V
zbiornik cieplny
W
Q
T = const
T = const
V
p
P
K
T = 300 K
T = 310 K
T = 320 K
![Page 5: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/5.jpg)
Praca w przemianie izotermicznej
dW = Fds = p(Sds) = pdV
końo
pocz
V
VpdVdWW
p = nRT/V
konc
pocz
konc
pocz
V
V
V
V V
dVnRTdV
V
nRTW
pocz
końo
V
VnRTW ln ln – logarytm naturalny
![Page 6: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/6.jpg)
Praca w przemianie izochorycznej
końo
pocz
V
VpdVdWW
W = 0
Przemiana izochoryczna – przemiana przy stałej objętości
zbiornik cieplny
W
Q
V = const
T = const
![Page 7: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/7.jpg)
Praca w przemianie izobarycznej
końo
pocz
V
VpdVdWW
Przemiana izobaryczna – przemiana przy stałym ciśnieniu
zbiornik cieplny
W
Q
p = const
T = const
)( poczkonc
V
VVVpdVpW
końo
pocz
![Page 8: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/8.jpg)
Przemian adiabatyczna
Przemiana adiabatyczna – przemiana bez wymiany ciepła z otoczeniem.
W
izolacja cieplna
pV = const
p = nRT/V
(nRT/V )V = const
TV = const
![Page 9: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/9.jpg)
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.
![Page 10: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/10.jpg)
Silniki parowy
![Page 11: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/11.jpg)
Silniki parowy
Ok. 80% elektryczności na świecie jest wytwarzane przez turbiny parowe.
![Page 12: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/12.jpg)
Silniki benzynowy
![Page 13: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/13.jpg)
Silniki benzynowy
![Page 14: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/14.jpg)
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.
![Page 15: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/15.jpg)
Cykl Carnota
![Page 16: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/16.jpg)
Praca w cyklu Carnota
I zasada termodynamiki:
W cyklu zamkniętym:
Ew = Ewkonc – Ewpocz = Q - W
Ew = 0
W = Q - praca w cyklu
W = |Qh| - |Qc|
![Page 17: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/17.jpg)
Sprawność w cyklu Carnota
Celem każdego silnika jest zamiana na pracę jak największej ilości pobranej energii |Qh|
Sprawność dowolnego silnika:
hQ
W
nadostarczno energia
uzykana energia
h
c
h
ch
h Q
Q
Q
Q
W
1
Sprawność silnika Carnota:
h
c
T
T1
![Page 18: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/18.jpg)
Sprawność silników rzeczywistych
h
c
T
T1 = 1 dla Tc -> 0 albo Th-> inf
W silnikach rzeczywistych < 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 %
+ straty przy jeździe na luzie + opór powietrza + układ przenoszenia mocy
3 % 6 % 3 %
4 % 7 % 3 %
![Page 19: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/19.jpg)
Chłodziarka
Chłodziarka przenosi ciepło z wnętrza chłodziarki na zewnątrz chłodziarki. W tym celu należy wykonać pracę nad substancją roboczą.
![Page 20: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/20.jpg)
Chłodziarka
Współczynnik wydajności
W
QK L
nadostarczno energia
odebrana energia
K = 2.5 – klimatyzator pokojowy
K = 5 – lodówka domowa
![Page 21: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/21.jpg)
Przemiany nieodwracalne
Przemiana nieodwracalna – nie można odwrócić jej kierunku za pomocą niewielkich zmian w otoczeniu.
![Page 22: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/22.jpg)
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.
![Page 24: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/24.jpg)
Zmiana entropii
Zmiana entropii układu Skonc – Spocz dla przemiany, która przeprowadza układ od stanu początkowego P do stanu końcowego K, wynosi:
konc
pocz
poczkonc T
dQSSS
Q – ciepło pobierane lub oddawane przez układ w trakcie procesu
T – temperatura układu w kelwinach
![Page 25: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/25.jpg)
Druga zasada termodynamiki
Entropia układu zamkniętego wzrasta w przemianach nieodwracalnych i nie zmienia się w przemianach odwracalnych. Entropia nigdy nie maleje.
S 0
![Page 26: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/26.jpg)
Statystyczne spojrzenie na entropię
nL nP W
4 0 1
3 1 4
2 2 6
W – wielokrotność: ilość sposobów realizacji danej konfiguracji
L P
![Page 27: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/27.jpg)
Statystyczne spojrzenie na entropię
Stan ‘zdezorganizowany’ ma większą wielokrotność (prawdopodobieństwo) niż stan ‘zorganizowany’.
Prawdopodobieństwo z entropią połączył Ludwig Boltzmann: entropia jest miarą nieuporządkowania.
stan ‘zorganizowany’ stan ‘zdezorganizowany’
![Page 28: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/28.jpg)
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’.
![Page 29: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/29.jpg)
Wzór Boltzmanna na entropię
![Page 30: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/30.jpg)
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
![Page 31: Kinetyczna teoria gazów](https://reader035.fdocuments.pl/reader035/viewer/2022062518/56814655550346895db36f38/html5/thumbnails/31.jpg)
?