Termodynamické zákony

Transkript

1 ermoynamické zákony. termoynamický zákon (zákon zachování energie) (W je práce vykonaná na systém) teplo Q oané systému plus vynaložená práce W zvyšují vnitřní energii systému U (W je práce vykonaná systémem) teplo Q oané systému se rovná přírůstku její vnitřní energie a práci W kterou soustava vykoná izolovaná soustava Q = 0, W = 0 DU =0, vnitřní energie se nemění aiabaticky izolovaná soustava Q = 0 W = -DU koná práci na účet své vnitřní energie kruhový ěj DU = 0 Q = W teplo přijaté soustavou je rovno práci, kterou soustava vykoná

2 epelná kapacita teplo, které je nutné oat tělesu aby se jeho teplota zvýšila o K: molární tepelná kapacita: molární tepelná kapacita:. věta termoynamická (iferenciální tvar) : stav systému určen, : = konst., tepelná kapacita při konstantním objemu: p = konst., tepelná kapacita při konstantním tlaku: Ieální plyn:

3 epelná kapacita molární tepelná kapacita : voa: c p,m = 4.8 J mol - K - (při = 5 o C) ethanol: c p,m =.44 J mol - K - (při = 5 o C) le: c p,m =.05 J mol - K - (při = -0 o C) kapalné He He-II He-I

4 ermoynamické zákony. termoynamický zákon (zákon zachování energie) QW DU teplo Q oané systému plus vynaložená práce W zvyšují vnitřní energii systému U. termoynamický zákon (W je práce vykonaná na systém) není možné sestrojit perioicky pracující stroj, který by neělal nic jiného než že by přeměňoval teplo na práci za konstantní teploty teplo nemůže samo o sebe přejít z chlanějšího na teplejší místo tepelný stroj W účinnost stroje: Q Q

5 epelný stroj tepelný stroj W ohřívač Q Q chlaič tepelné čerpalo W ohřívač Q Q chlaič

6 Carnotův cyklus () izotermická expanze vratný tepelný stroj Q D Graph () aiabatická expanze A (4) aiabatická komprese p () izotermická expanze D W B () aiabatická expanze (3) izotermická komprese Q (4) aiabatická komprese (3) izotermická komprese C

7 ratné stroje A Carnotův stroj, který oebere teplo Q při a oevzá Q při a vykoná práci W c B vratný nebo nevratný stroj, který oebere teplo Q při a oevzá Q při a vykoná práci W potom musí být W W c W Q Q

8 ratné stroje A Carnotův stroj, který oebere teplo Q při a oevzá Q při a vykoná práci W c B vratný nebo nevratný stroj, který oebere teplo Q při a oevzá Q při a vykoná práci W potom musí být W W c poku je stroj B vratný W = W c Práce, kterou vykoná libovolný vratný stroj pracující mezi teplotami, je stejná jako u Carnotova stroje Q A W c Q Q B Q W -W c užitečná práce

9 Účinnost ieálního stroje W ~ Q (va paralelně spojené stroje vykonají vojnásobnou práci) nechť je pracovní látkou stroje ieální plyn () izotermická expanze: () aiabatická expanze: (3) izotermická komprese: p Nk (4) aiabatická komprese: B A C D W Q Q Q Q

10 Účinnost ieálního stroje Q Q Q Q vykonaná práce: účinnost stroje: termoynamická efinice teploty: W Q Q K Q Q =K

11 Entropie při vratných procesech je absorbováno tolik Q/ kolik se oevzá entropie: S Q při vratných procesech zůstává entropie konstantní entropie je stavová veličina S, změna entropie mezi stavem A a B: DS S B, B S A, A 3. termoynamický zákon (Nernstův teorém) při absolutní nule ( = 0 K) je entropie nulová B A Q Q Q při nevratných procesech entropie vžy narůstá např. kyž spojíme tělesa s teplotami,, ( > ), teplo DQ teče z teplejšího na chlanější DQ změna entropie bue: DS 0 DQ

12 Entropie ieálního plynu stavová rovnice ieálního plynu: Nk p. termoynamický zákon: U W Q p W Nk f U p Nk Q Nk Nk Q entropie: Nk Nk Q S změna entropie ieálního plynu: ln ln Nk Nk S D f -

13 epelné čerpalo kompresorová lenička teplá část pa p B stuená část konenzátor (výměník) p A p B chlaící kapalina - bo varu po cílovou teplotou - vysoké výparné teplo např. amoniak b = o C propan b = o C Isobutan (R-600a) b = -3 o C zkapalnění vypaření výparník kompresor

14 epelné čerpalo kompresorová lenička teplá část stuená část konenzátor (výměník) výparník kompresor

15 Stirlingův motor Stirlingův motor a-typu (va válce). expanze v obou válcích stuený válec teplý válec práci koná plyn DW pd izotermická expanze píst ve stueném válci je o 90 o pozau. píst teplého válce začíná klesat izochorické ochlazení uzavřený cyklus vnější spalování h 40% (s regenerátorem) Stlačování plynu při nízké teplotě a expanze při vysoké teplotě 3. stuený píst začíná stlačovat ochlazený 4. plyn osáhl minimálního objemu a bue se ohřívat plyn v teplém válci a expanovat izotermická komprese práci koná píst DW pd p p izochorický ohřev

16 Stirlingův motor stavový iagram ieálního Stirlingova motoru uzavřený cyklus vnější spalování h 40% (s regenerátorem) Stlačování plynu při nízké teplotě a expanze při vysoké teplotě

17 Stirlingův motor Stirlingův motor b-typu (jeen válec) pracovní píst práci koná plyn DW pd p p práci koná píst DW pd přenašeč. píst stlačil plyn přenašeč přesunul plyn na teplý konec. ohřátý plyn expanuje píst provel pracovní zvih 3. přenašeč přesunul plyn na stuený konec 4. plyn je stlačován pístem