TERMOMECHANIKA 4. První zákon termodynamiky

Transkript

1 FSI VUT Brně, Energetický ústa Odbor termomechaniky a techniky rostředí rof. Ing. Milan Paelek, CSc. TERMOMECHANIKA 4. Prní zákon termodynamiky OSNOVA 4. KAPITOLY. forma I. zákona termodynamiky Objemoá ráce Vnitřní energie Shrnutí. formy I. zákona Teelné kaacity Mayerů ztah. forma I. zákona termodynamiky Entalie Telo lze měnit ráci Technická ráce Shrnutí. formy I. zákona

2 . FORMA I. ZÁKONA TERMODYNAMIKY I. zákon termodynamiky - R. Mayer, 84 (Neexistuje eretuum mobile) Telo lze měnit ráci a naoak, a to se děje dle určitého ztahu. Jde o zláštní říad zákona zachoání energie (Helmholz - 847) Součet energií izoloané soustaě je konstantní.. forma I. zákona termodynamiky - nerozesaná Forma hodná řeážně ro uzařené soustay (nádoby, ístoé stroje) δq du δa, δq du δa Q a A nejsou totální diferenciály, dalším textu je ale řesto budeme značit dq a da dq = m.dq, du = m.du, da = m.da dq > 0 telo se do soustay řiádí du > 0 nitřní energie soustay roste da > 0 soustaa koná ráci Kontrolní locha Soustaa E, U T,, V OKOLÍ Q A

3 OBJEMOVÁ PRÁCE OBJEMOVÁ PRÁCE A [J] MĚRNÁ OBJEMOVÁ PRÁCE a [J.kg - ] Je dána ůsobením síly F o dráze l nař. e álci s ístem a latí da = F.dl =.S.dl =.dv Definice ráce A a měrné ráce a mezi ůodním staem o objemu V a konečným staem o objemu V jsou tudíž dány ztahy A dv a d A m a A da Exanze e álci s ístem V dv V V S F F l dl l Objemoá ráce není staoou eličinou, jelikož záisí na cestě, o které děj robíhá a také latí, že neexistuje ráce A nebo A. Objemoá ráce je locha od křikou -V diagramu. 3

4 VNITŘNÍ ENERGIE VNITŘNÍ ENERGIE U [J] MĚRNÁ VNITŘNÍ ENERGIE u [J.kg - ] Pro da =.dv = 0 (latí u dějů za konstantního objemu) je nitřní energie du rona telu za konstantního objemu dq a lze sát dq V = du + da = du + dv = du Definice nitřní energie a měrné nitřní energie ro ideální lyn jsou roto dány ztahy: du m c dt du c dt kde c je měrná teelná kaacita za konstantního objemu. Vnitřní energie je staoá eličina, a roto du je totální diferenciál a lze nasat následující integrály: du U - U mc T T du 0 du u - u c T T du 0 4

5 SHRNUTÍ. FORMY I. ZÁKONA. forma I. zákona termodynamiky - NEROZEPSANÁ uedená již dříe, hodná řeážně Při d=0 může být jen ro uzařené soustay - ístoé stroje Q ráce A dq du da dq du da. forma I. zákona termodynamiky ROZEPSANÁ PRO IDEÁLNÍ PLYN získaná o dosazení definičních zorců nitřní energie a objemoé ráce V A T V V dq m c dt dv dq c dt d. forma I. zákona termodynamiky - ROZEPSANÁ PRO PÁRU c = f (T, ) nerozeisujeme nitřní energii a latí dq du dv dq du d 5

6 TEPELNÉ KAPACITY Měrná teelná kaacita c [J.kg -.K - ] U lynů rozlišujeme Měrnou teelnou kaacitu za konstantního tlaku c Měrnou teelnou kaacitu za konstantního objemu c Děj - V lyn zýší nitřní energii Děj - lyn zýší nitřní energii a ykoná ráci m c dt dq c dq m c dt c Moloá teelná kaacita C m [J.kmol -.K - ] C m M c Teelná kaacita C [J.K - ] C m c n C m, C C m m c M c je telo k ohřátí kg látky o K n C m Q, C C V m Q T T M c m c n C m V 6

7 7 MAYERŮV VZTAH Odození Mayeroa ztahu. forma I. zákona termodynamiky Staoá ronice ideálního lynu Po dosazení.d do. formy Pro izobarický děj d = 0 Mayerů ztah Poissonoa konstanta -atomoé lyny =,67 -atomoé lyny =,4 3-atomoé lyny =,30 c c κ r c c dq c dt d r T d d r dt dq c dt r dt d c dt c dt r dt

8 8. FORMA I. ZÁKONA TERMODYNAMIKY Odození rozesané. formy I. zákona termodynamiky. forma I. zákona termodynamiky Staoá ronice ideálního lynu Mayerů ztah Po dosazení.d do. formy dq c dt d r T d d r dt c c r Po dosazení Mayeroa ztahu do oslední ronice dostaneme rozesanou. formu I. zákona termodynamiky dq c dt r dt d dq m c dt V d dq c dt d Zaedeme eličiny: Entalie Technická ráce Měrná entalie Měrná technická ráce

9 ENTALPIE Entalie H [J], měrná entalie h [J.kg - ] - telo za konstantního tlaku Definice entalie H je staoá eličina dh je totální diferenciál dh H - H mc T T dh 0 dh 0 dh h - h c T T Vztah mezi entalií a nitřní energií. forma I. zákona ro = konst Entalie je telo ři = konst Po integraci ři = konst Po seskuení eličin stau a Staoá ronice h = f(u,, ) dh m c dq dt dh c dt du da du da h u h dh h h H U V dh m dh u u u h u 9

10 TECHNICKÁ PRÁCE TECHNICKÁ PRÁCE A t [J] MĚRNÁ TECHNICKÁ PRÁCE a t [J.kg - ] Je to ráce na hřídelích rotačních strojů. Technická ráce je locha od křikou -V diagramu směrem k ose. Plocha je uažoána záorně (zhledem k růstu tlaku), aby ři exanzi či oklesu tlaku soustay byla kladná. Definice technické ráce A t a měrné technické ráce a t mezi ůodním staem o tlaku a konečným staem o tlaku jsou tudíž dány ztahy At V d at d A m a t t d a t da t Exanze kg lynu Technická ráce není staoou eličinou, neboť záisí na cestě, o které děj robíhá a latí, že neexistuje A t nebo A t. 0

11 SHRNUTÍ. FORMY I. ZÁKONA. forma I. zákona termodynamiky NEROZEPSANÁ, oužitelná též ro oteřené soustay - roudění, roudoé stroje dq dh da dq dh t da t Byla získána dosazením dh= m.c.dt a da t = -V.d do dříe uedené. formy I. zákona termodynamiky ROZEPSANÉ PRO IDEÁLNÍ PLYNY dq m c dt Vd dq c dt d a t T Kontrolní locha Při d=0 může být jen ráce T q q < 0 a t. forma I. zákona termodynamiky ROZEPSANÁ PRO PÁRU c = f (T, ) nerozeisujeme entalii dq dh Vd dq dh d H H a t > 0