Procesy termodynamiczneSprawno silnikaCykl CarnotaII zasada termodynamikiTermodynamikaGaz doskonayKlasyczny gaz idealnyCiepo waciweI zasada termodynamikiZmiana energii wewntrznej

Dzia fizyki zajmujcy si badaniem energetycznych efektw wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, ktre wpywaj na zmiany energii wewntrznej analizowanych ukadw. Wbrew rozpowszechnionym sdom termodynamika nie zajmuje si wycznie przemianami cieplnymi, lecz take efektami energetycznymi reakcji chemicznych, przemian z udziaem jonw, przemianami fazowymi, a nawet przemianami jdrowymi.

To gaz idealny speniajcy nastpujce warunki :Brak oddziaywa midzyczsteczkowych w gazie z wyjtkiem odpychania w momencie zderze czsteczek Objto czsteczek jest znikoma w stosunku do objtoci gazu Zderzenia czsteczek s doskonale spryste

Gaz taki w mechanice klasycznej opisuje rwnanie Clapeyrona (rwnanie stanu gazu doskonaego), przedstawiajce zaleno midzy cinieniem gazu (p), jego objtoci (V), temperatur (T) i licznoci (n) wyraon w molach:

gdzie R jest sta gazowalubgdzie k jest sta Boltzmana

Gaz doskonay to model, suszny w peni jedynie dla bardzo rozrzedzonych gazw (wzrost cinienia powoduje, e zmniejszaj si odlegoci midzy czsteczkami, co trzeba uwzgldni, oraz powoduje wzrost przycigania czsteczek), w niezbyt niskich (zaczyna dominowa przyciganie czsteczek), ani zbyt wysokich temperaturach (zderzenia przestaj by spryste), jednak moe by stosowany w praktyce do niemale wszystkich gazw w warunkach normalnych. Dla gazw rzeczywistych przy duych gstociach i cinieniach niezbdne jest stosowanie rwna uwzgldniajcych w/w pominite efekty.

Ilo ciepa potrzebnego do ogrzania jednego kilograma substancji o jeden stopie to tzw. ciepo waciwe Ciepo molowe jest to ilo ciepa potrzebnego do ogrzania jednego mola substancji o jeden stopie

PoniewatoGazy mog by ogrzewane w wyniku dostarczania ciepa tylko w przemianie izobarycznej (p = const.) i izochorycznej (V = const.).

Ogrzanie 1 mola gazu o 1 K w obu przypadkach wymaga rnych iloci ciepa i dlatego ciepo molowe (i waciwe) przy staym cinieniu (Cp) ma inn warto ni ciepo molowe (i waciwe) przy staej objtoci (Cv). Zwizek midzy ciepymi molowymi ma posta :Cp = Cv + R, gdzie R - to staa gazowaIloraz Cp i Cv stanowi wykadnik adiabatyczny c, gdzie:

Pierwsza zasada termodynamiki to prosta zasada zachowania energii, czyli oglna regua goszca, e energia w adnym procesie nie moe pojawi si "znikd". U = Q + WGdzie:U - zmiana energii wewntrznej ukaduQ - ciepo wymienione przez ukad z otoczeniem, jeli ukad oddaje ciepo, jego energia wewntrzna malejeW - praca wykonana przez ukad lub nad ukadem

Wykonujc prac W nad ukadem lub doprowadzajc do sytuacji, gdzie ukad wykonuje pracDostarczajc do ukadu energi poprzez ciepo Q lub doprowadzajc do sytuacji, gdy ukad oddaje ciepo

Procesem termodynamicznym nazywamy proces zmian ukadu termodynamicznego. Rozrniamy procesy odwracalne i nie odwracalne. Proces jest odwracalny, gdy moemy go przeprowadzi w kierunku odwrotnym ze stanu kocowego do stanu pocztkowego przez ten sam cig stanw porednich, nie wywoujc przy tym adnych zmian w otoczeniu. Przykadem procesw termodynamicznych odwracalnych s przemiany: izotermiczna, izochoryczna, izobaryczna i adiabatyczna.

Sia tarciaSia lepkociPrdy wirowe w metalu

Zachodzi, gdy temperatura jest staa, cinienie i objto zmieniaj si odwrotnie do siebie. Rwnanie przemiany izotermicznej (prawo Boyle'a - Mariotte'a) ma posta:czylip1V1 = p2V2 pV = const

Wykresem zalenoci pV=const jest hiperbola, ktra nazywana jest izoterm.

Zachodzi, gdy cinienie gazu nie ulega zmianie (jest stae). Objto i temperatura gazu w tej przemianie zmieniaj si wprost proporcjonalnie do siebie. Ta przemiana gazu nastpi, gdy otrzyma on ciepo z zewntrz (gaz ogrzeje si i wykona prac przesuwajc tok w stron rosncej objtoci) lub gdy gaz oddaje ciepo na zewntrz (siy zewntrzne wykonuj prac w celu zmniejszenia objtoci oraz wyrwnania cinienia i rwnoczenie nastpi ozibienie gazu).

Rwnanie przemiany izobarycznej ma posta (prawo Gay - Lussaca):czyli= constCinienie gazu jest stae i rwne sumie cinienia toka i cinienia atmosferycznego:p=pa+ pt

Wykresy zalenoci p(T), p(V), V(T) (czyli izobary) maj poniej przedstawione przebiegi:

Zachodzi, gdy objto gazu nie ulega zmianie (staa objto naczynia) a cinienie i temperatura gazu zmieniaj si wprost proporcjonalnie do siebie. Rwnanie przemiany izochorycznej (prawo Charlesa) ma posta:czyli

Ta przemiana gazu nastpi, gdy otrzyma on ciepo (ogrzeje si) lub gdy odda ciepo na zewntrz (ozibia si).

Jest to przemiana w ktrej nie ma wymiany ciepa z otoczeniem i wszystkie parametry okrelajce stan gazu (p, V, T) ulegaj zmianie.Rwnanie przemiany ma posta (rwnanie Poissona): czylioraz

Wykadnik potgi (kappa)- wykadnik adiabaty, przyjmuje wartoci:dla gazw jednoatomowych np., He, Ar, Krdla gazw dwuatomowych np., O2, H2, COdla gazw o czsteczkach trj lub wicej atomowych np., H2O, CO2

Wykresy przemiany adiabatycznej (adiabaty) w porwnaniu z wykresami przemiany izotermicznej:

Musi by speniony warunek:tymczasem mamy:Silnik, ktry nie moe istnie w przyrodzie

Silnik, ktry moe istnie w przyrodzie:Aby silnik dziaa prawidowo, musi spenia zasady termodynamiki:sprawno: tak musi by, aby silnik spenia zasady termodynamiki

Silnik to ukad termodynamiczny podlegajcy procesowi cyklicznemu, tzn. procesowi, w ktrym stan kocowy jest identyczny ze stanem pocztkowym. Cykl Carnota skada si z nastpujcych procesw: przekazanie ciepa Q'>0 do zbiornika o temperaturze T', T ,pobranie ciepa Q>0 ze zbiornika o temperaturze T,wykonanie pracy W>0

Cykl Carnota w ukadzie (p,V)Cykl Carnota w ukadzie (S,T)

Wedug ClausiusaNie istnieje proces termodynamiczny, ktrego jedynym wynikiem jest pobieranie ciepa ze zbiornika chodniejszego i przekazanie go do zbiornika cieplejszego.

Wedug KelwinaNie istnieje proces termodynamiczny, ktrego jedynym wynikiem jest pobranie ciepa i cakowita jego zmiana na prac.