Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

Transkript

1 Projekt realizoaný na SPŠ Noé Město nad Metují s finanční odorou Oeračním rogramu Vzděláání ro konkurenceschonost Králoéhradeckého kraje ermodynamika Ing. Jan Jemelík

2 Ideální lyn: - ideálně stlačitelná tekutina s jednoduchými termofyzikálními lastnostmi - základní lastností je, že neomezeném rozsahu tlaků a telot zůstáá lynném stau - zduch, ři telotách a tlacích yskytujících se e olné řírodě, oažujeme za ideální lyn 3. Staoé eličiny a staoá ronice lynu Staoé eličiny: eličiny, které jednoznačně určují sta ideálního lynu telota [K] t [ C] tlak [Pa] objem V [m 3 ] (měrný objem) ( [m 3.kg - ] Změní li se některá staoá eličina, změní se i sta lynu nebo naoak, ři změně stau lynu se změní staoé eličiny. ermodynamika Ing. Jan Jemelík

3 , V, sta změna stau, V, sta Staoé eličiny jsou zájemně ázány ztahem: konst. r - staoá ronice ideálního lynu r..měrná lynoá konstanta [J.kg -.K - ] zduch r = 87 J.kg -.K - Staoou ronici můžeme urait: r r r staoá ronice ideálního lynu ro kg m m r V m r staoá ronice ideálního lynu ro m kg ermodynamika Ing. Jan Jemelík 3

4 Základní zákony ideálního lynu: Vyházejí ze staoé ronice: Boyleů Mariotteů zákon: konst. staoá změna za konstantní teloty - izotermická Gay Lussaců zákon konst. Charlesů zákon staoá změna za konstantního tlaku - izobarická konst. staoá změna za konstantního objemu - izochorická ermodynamika Ing. Jan Jemelík 4

5 Mayeroa ronice: c c c r c c - kaa c - adiabatický exonent, Poissonoa konstanta,4 - zduch, douatomoé lyny,33 - íceatomoé lyny,66 - jednoatomoé lyny Měrná teelná kaacita za konstantního objemu: c r Měrná teelná kaacita za konstantního tlaku c r ermodynamika Ing. Jan Jemelík 5

6 Příklad : Jak elký říkon musí mít elektrické toné těleso ro ohříač zduchu, e kterém se ohřeje 0 m 3 zduchu z teloty t = 0 C na t = 5 C za minutu. c = 005 J.kg -.K - ; r = 87 J.Kg -.K - ; = 0, MPa, účinnost = 0,78. Q P Q m (t t ) c V V m r m r Q 005,3 (5-0) J P 3965, W 0,78 60,3 kg ermodynamika Ing. Jan Jemelík 6

7 Příklad : V uzařené tlakoé lahi o objemu 40 l je kyslík od tlakem 5 MPa a o telotě 7 C. Kolik litrů kyslíku o tlaku 0, MPa telotě 5 C získáme z této láhe? V V V V V ,93 l 0, 90 V Příklad 3: V uzařené tlakoé nádobě je stlačen kyslík na tlak = 5 MPa ři telotě 0 C. Vyočítejte jak se změní tlak nádobě, jestliže se ohřeje na telotu 50 C. změna za konstantního objemu - izochorická , 77 MPa 0 73 ermodynamika Ing. Jan Jemelík 7

8 Příklad 4: Kolik kg zduchu je místnosti o rozměrech 5x4x,8 m ři telotě 0 C a atmosférickém tlaku 99 kpa? r= 87 J/kg/K. V m r m r V ,93 kg Příklad 5: Plynojem obsahuje m 3 sítilynu ři telotě 5 C a atmosférickém tlaku 96 kpa. Odoledne stoune telota na 30 C a atmosférický tlak na 0,09 MPa. Kolik m 3 sítilynu bude lynojemu? V V V V ,096 0, ,6 3 m ermodynamika Ing. Jan Jemelík 8

9 Příklad 6: V uzařené nádobě je zduch o tlaku =0,5 MPa a telotě t = 67 C. Jaký bude tlak nádobě, ochladí-li se zduch na telotu t = 7 C? Změna za konstantního objemu - izochorická 90 0,5 0, 066 MPa 340 Příklad 7: Kyslík o hmotnosti 6,5 kg a telotě 37 C se izobaricky ochladí na C. Objem o ochlazení byl 0,675 m 3. Jaký byl tlak ři ochlazoání, očáteční objem a množstí odedeného tela? r = 87 J.kg -.K -, c = 97 J.kg -.K -, c = 657 J.kg -.K -. Změna za konstantního tlaku - izobarická V V 600 V V 0,675, V m r 6, m r V,373 3 m 85 Pa 0,8 MPa m c Q t t 6, ,5 J ermodynamika Ing. Jan Jemelík 9

10 3. Energetické staoé eličiny -eličiny, které roněž charakterizují sta látky a současně jsou funkčně záislé na základních staoých eličinách elo sdělené látce (řiedené, odedené) Q [J] celkoé telo [J.kg - ] měrné telo Vnitřní energie Entalie Entroie elo U [J] celkoá. e. u [J.kg - ] měrná. e. I [J] celkoá entalie i [J.kg - ] měrná entalie S [J.K - ] celkoá entroie s [J.K -.kg - ] měrná entroie - množstí tela řiedené z látky s yšší telotou na látku, která má telotu nižší - sdílení tela Q c m (t t) [ J ] ermodynamika Ing. Jan Jemelík 0

11 Vnitřní energie U - každý sta lynu je kromě staoých eličin charakterizoán určitou hodnotou nitřní energie, která záisí na c a telotě m c J u c J kg - měrná nitřní energie V termodynamických ýočtech nás zajímá změna nitřní energie U ( u) U m c U U J u u u ( ) c J - kg. zákon termodynamiky Entalie I - je dána součtem nitřní energie a tlakoé energie U V m c m J i u - c J kg Entroie - uměle ytořená eličina ro otřeby ýočtů termodynamice (udáá množstí řiedeného nebo odedeného tela řiadajícího na jeden telotní stueň) S Q J - K s J kg - K ermodynamika Ing. Jan Jemelík

12 3.3 Změny stau lynu - sta lynu je dán základními staoými eličinami -,, (V), - ři změně stau lynu se nejméně z těchto eličin změní Druhy změn: a) ratné změna stau změna stau b) neratné změna stau změna stau ermodynamika Ing. Jan Jemelík

13 3.3. Vratné změny - mohou robíhat za různých termodynamických odmínek:. Za stálého tlaku (izobarická) = konst.. Za stálého objemu (izochorická) = konst. 3. Za stálé teloty (izotermická) = konst. 4. Za stálé entroie (izoentroická, adiabatická) s = konst.,q = 0 5. Obecná ratná změna (olytroická) Všechny tyto změny stau lynu mohou robíhat ratně buď jako komrese, nebo jako exanze. Všechny tyto změny lze znázornit diagramech (tlak měrný objem) nebo s (telota entroie) ermodynamika Ing. Jan Jemelík 3

14 Změna za stálého tlaku izobarická: a) exanze > = konst. a měrná absolutní ráce (ráce daná změnou objemu) a rotože je > bude mít a znaménko + získaná ráce ři exanzi změna měrné nitřní energie c u měrné telo c s s rotože > bude mít znaménko + telo se bude řiádět u bude mít znaménko + jedná se o řírůstek nitřní energie s ermodynamika Ing. Jan Jemelík 4

15 b) komrese < a = konst. měrná absolutní ráce a rotože je < bude mít a znaménko sotřeboaná ráce ři komresi s měrné telo c s rotože < bude mít znaménko telo se bude odádět (bude se chladit) s změna měrné nitřní energie c u u bude mít znaménko jedná se o úbytek nitřní energie ermodynamika Ing. Jan Jemelík 5

16 Změna za stálého objemu izochorická: a) exanze = konst. = konst. a t < = měrná absolutní ráce a = 0 měrná technická ráce (ráce daná změnou tlaku) at rotože > bude mít a t znaménko + získaná ráce změna měrné nitřní energie c rotože < bude mít u znaménko jedná se o úbytek nitřní energie u s měrné telo c s rotože < bude mít znaménko telo se bude odádět ermodynamika Ing. Jan Jemelík 6 s

17 b) komrese = konst. = konst. a t > = měrná absolutní ráce a = 0 měrná technická ráce (ráce daná změnou tlaku) at rotože < bude mít a t znaménko sotřeboaná ráce změna měrné nitřní energie c u rotože > bude mít u znaménko + jedná se o řírůstek nitřní energie s měrné telo c rotože > bude mít znaménko + jedná se o telo řiedené ermodynamika Ing. Jan Jemelík 7 s s

18 Změna za stálé teloty izotermická: a) exanze = konst. a t a a at měrná ráce a i a t mají znaménko + získaná ráce ři exanzi změna měrné nitřní energie u 0 s měrné telo s s < s s = konst. rotože s > s bude mít měrné telo znaménko + telo řiedené ermodynamika Ing. Jan Jemelík 8

19 b) komrese = konst. a t a : > = konst. a at měrná ráce a i a t mají znaménko sotřeboaná ráce ři komresi změna měrné nitřní energie u 0 s měrné telo s s rotože s > s bude mít měrné telo znaménko + telo řiedené s s ermodynamika Ing. Jan Jemelík 9

20 Změna ři konstantní entroii izoentroická (adiabatická): s = konst. = 0 - může oět robíhat jako exanze nebo jako komrese - ronice adiabaty (čára ro s = konst) adiabatický exonent (kaa) c c Obecná ratná změna - olytroická: u teelných strojů (nař. saloací motor) nerobíhá komrese a exanze řesně odle izotermy nebo adiabaty, ale odle obecné komresní či exanzní křiky - ronice olytroy: x olytroický exonent x x x ermodynamika Ing. Jan Jemelík 0

21 Poronání křiek komrese: izoterma = konst. olytroa adiabata s = konst ermodynamika Ing. Jan Jemelík

22 3.3. Neratné změny - robíhají ouze jedním směrem - lyn, který řejde ze stau do stau, nelze rátit stejnou cestou zět do ůodního stau a) Škrcení lynu - jedná se odstatě o redukci (snížení) tlaku e škrtícím entilu - škrtícím entilem může roudit zdušina ouze jednom směru z yššího tlaku na nižší tlak - ři škrcení se nekoná žádná ráce, telo se neodádí ani neřiádí - se škrcením se setkááme e šech otrubích ro řerau zdušin, e kterých jsou řazeny armatury b) Mísení lynů - robíhá nař. hořáku sařoacího zařízení, hořáku lynoých sotřebičů, toeništích lynoých ecí, u lynoých saloacích motorů atd. I neratné změny se dají znázornit diagramech (ětšinou diagr. s) Digramy ratných a neratných změn se oužíají ro znázornění raconích rocesů teelných strojů teelných oběhů ermodynamika Ing. Jan Jemelík