Joulův-Thomsonův jev. p 1 V 1 V 2. p 2 < p 1 V 2 > V 1. volná adiabatická expanze nevratný proces (vzroste entropie)

Transkript

1 Joulův-homsonův jev volná aiabatická expanze nevratný proces (vzroste entropie) ieální plyn: teplota t se nezmění ě a bue platit: p p p reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) p p < p >

2 Joulův-homsonův jev volná expanze nevratný proces (vzroste entropie) ieální plyn: teplota t se nezmění ě a bue platit: p p křivka inverzní teploty reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) H U p konst. i inverzní teplota p, > i plyn se vžy ohřeje p, < i plyn se ochlaí nebo ohřeje Joule-homsonův koeficient p J J p J p H J >0 ochlazení J <0 ohřev

3 Joulův-homsonův jev volná expanze nevratný proces (vzroste entropie) ieální plyn: teplota t se nezmění ě a bue platit: p p křivka inverzní teploty reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) H U p konst. i inverzní teplota p, > i plyn se vžy ohřeje p, < i plyn se ochlaí nebo ohřeje Joule-homsonův koeficient p J J p J p H J >0 ochlazení vzuch J 0.5 K bar - při 300 K ochlazení o /4 o C při reukci tlaku o bar (00 kpa)

4 Rovnovážný fázový iagram rovnovážný fázový iagram (stavové veličiny p, ) pro jenosložkovou látku fázové rozhraní nespojitý skok k v tepelné kapacitě solius rozhraní pevná látka plyn (kapalina), pro většinu látek má klanou směrnici liquius rozhraní kapalina látka plyn p kritický bo mizí rozhraní mezi kapalinou a plynem trojný bo kapalina pevná látka plyn

5 Gibbsovo pravilo fází Gibbsovo pravilo fází f N počet stupňů volnosti počet složek počet fází jenosložkový systém (N = ): f 3 p kritický bo mizí rozhraní mezi kapalinou a plynem trojný bo kapalina pevná látka plyn

6 Rovnovážný fázový iagram rovnovážný fázový iagram (stavové veličiny p, ) pro vou le I h hexagonální struktura I h, I c, II, III, I, - různé ů éfáze leu le III tetragonální struktura

7 Rovnovážný fázový iagram rovnovážný fázový iagram (stavové veličiny p, ) pro vou I ů éfá h, I c, II, III, I, - různé fáze leu hustota voy je vyšší než hustota leu I h

8 Skupenská tepla fázových přeměn teplo, které je nutné oat (oebrat) při fázových transformacích molární skupenská kátepla [J mol - ] tání, var (enotermické) tuhnutí, konenzace (exotermické) l+ g skupenské teplo varu př. ř molární skupenské ké teplo varu He: 0.45 kj mol - voa: kj mol - s + l skupenské teplo tání m b

9 ermoynamické zákony. termoynamický zákon (zákon zachování energie) U ( je práce vykonaná na systém) teplo oané systému plus vynaložená práce zvyšují vnitřní energii systému U. termoynamický zákon 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

10 Carnotův cyklus () izotermická expanze vratný tepelný stroj () aiabatická expanze (4) aiabatická komprese p A () izotermická expanze D B () aiabatická expanze (3) izotermická komprese (4) aiabatická komprese (3) izotermická komprese C

11 ratné stroje A Carnotův stroj, který oebere teplo při a oevzá při a vykoná práci B vratný nebo nevratný stroj, který oebere teplo při a oevzá při a vykoná práci potom musí být '

12 ratné stroje A Carnotův stroj, který oebere teplo při a oevzá při a vykoná práci B vratný nebo nevratný stroj, který oebere teplo při a oevzá při a vykoná práci potom musí být ' poku je stroj B vratný ' Práce, kterou vykoná libovolný vratný stroj jpracující mezi teplotami,, je stejná jako u Carnotova stroje A B ' - užitečná práce

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

14 Účinnost ieálního stroje vykonaná práce: účinnost stroje: termoynamická efinice teploty: K =K

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

16 Entropie ieálního plynu. termoynamický zákon: U p Nk f U p Nk f - stavová rovnice ieálního plynu: Nk p Nk Nk f entropie: Nk Nk S změna entropie ieálního plynu: ln ln Nk Nk S

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

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

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

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

21 Stirlingův motor Stirlingův motor -typu (jeen válec) p p pracovní píst ít práci koná plyn p práci koná píst p 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