Termomechanika. Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK

Podobné dokumenty
Termomechanika 1. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK Doc. Ing. Michal Hoznedl, Ph.D.

Termomechanika 3. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK

Termomechanika 6. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Termomechanika 4. přednáška

Termodynamické zákony

Mol. fyz. a termodynamika

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 3.

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Vnitřní energie, práce, teplo.

Molekulová fyzika a termika:

ÚVODNÍ POJMY, VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Látkové množství n poznámky 6.A GVN

Termodynamika. T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] termodynamická teplota: Stavy hmoty. jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické

Termodynamika materiálů. Vztahy a přeměny různých druhů energie při termodynamických dějích podmínky nutné pro uskutečnění fázových přeměn

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Energie, její formy a měření

FYZIKÁLNÍ CHEMIE chemická termodynamika

metoda je základem fenomenologické vědy termodynamiky, statistická metoda je základem kinetické teorie plynů, na níž si princip této metody ukážeme.

13 otázek za 1 bod = 13 bodů Jméno a příjmení:

Základy molekulové fyziky a termodynamiky

PLYNNÉ LÁTKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

Termodynamika. Děj, který není kvazistatický, se nazývá nestatický.

Teplo, práce a 1. věta termodynamiky

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

9. Struktura a vlastnosti plynů

IDEÁLNÍ PLYN 14. TEPELNÉ STROJE, PRVNÍ A DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 12

Do známky zkoušky rovnocenným podílem započítávají získané body ze zápočtového testu.

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Termodynamika 1. UJOP Hostivař 2014

Molekulová fyzika a termodynamika

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, interaktivní tabule, fyzikální pomůcky

CHEMICKÁ ENERGETIKA. Celá termodynamika je logicky odvozena ze tří základních principů, které mají axiomatický charakter.

1.4. II. věta termodynamiky

Hydrochemie koncentrace látek (výpočty)

Vnitřní energie, práce a teplo

Teplota a její měření

Termomechanika 5. přednáška

N A = 6, mol -1

3 Mechanická energie Kinetická energie Potenciální energie Zákon zachování mechanické energie... 9

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Zákony ideálního plynu

Elektroenergetika 1. Termodynamika a termodynamické oběhy

3.5 Tepelné děje s ideálním plynem stálé hmotnosti, izotermický děj

10. Energie a její transformace

II. VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

Práce, výkon, energie

VZOROVÝ ZKOUŠKOVÝ TEST z fyzikální chemie( 1

Termika. Nauka o teple se zabývá měřením teploty, tepla a tepelnými ději.

Popis fyzikálního chování látek

Elektroenergetika 1. Termodynamika

Termodynamika a živé systémy. Helena Uhrová

VNITŘNÍ ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 2. ročník - Termika

V izolované soustavě nedochází k výměně tepla s okolím. Dokonalá izolovaná soustava neexistuje, nejvíce se jí blíží kalorimetr nebo termoska.

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

Přehled základních fyzikálních veličin užívaných ve výpočtech v termomechanice. Autor Ing. Jan BRANDA Jazyk Čeština

Termodynamické zákony

1. Látkové soustavy, složení soustav

OBECNÁ CHEMIE. Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO.

V izolované soustavě nedochází k výměně tepla s okolím. Dokonalá izolovaná soustava neexistuje, nejvíce se jí blíží kalorimetr nebo termoska.

Hydrochemie koncentrace látek (výpočty)

Přírodní vědy - Chemie vymezení zájmu

část 6, díl 5, kapitola 1, str. 1 prosinec 2002

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

CELKOVÉ OPAKOVÁNÍ UČIVA + ZÁPIS DO ŠKOLNÍHO SEŠITU část 03 VNITŘNÍ ENERGIE, TEPLO.

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

TERMIKA. (Petr Jizba) Doporučená literatura:

Práce, výkon, energie

Vnitřní energie, práce a teplo

Termomechanika 12. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

h nadmořská výška [m]

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 2. ČÁST

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. II. Termodynamika

Věra Keselicová. duben 2013

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

T0 Teplo a jeho měření

Výpočtové nadstavby pro CAD

Transportní jevy v plynech Reálné plyny Fázové přechody Kapaliny

Termodynamická soustava Vnitřní energie a její změna První termodynamický zákon Řešení úloh Prof. RNDr. Emanuel Svoboda, CSc.

soustava - část prostoru s látkovou náplní oddělená od okolí skutečnými nebo myšlenými stěnami okolí prostor vně uvažované soustavy

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Projekt ŠABLONY NA GVM registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ III-2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Transkript:

ermomechanika. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK Upozornění: ato prezentace slouží výhradně pro výukové účely Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni. Byla sestavena autorem s využitím citovaných zdrojů a veřejně dostupných internetových zdrojů. Využití této prezentace nebo jejich částí pro jiné účely, stejně jako její veřejné šíření je nepřípustné.

Přednášky a cvičení Přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček (holecek@ntc.zcu.cz) Ředitel NC Výzkumné centrum Nové technologie Cvičení Ing. Jiří Kučera, Ph.D. (jiri.kucera@doosan.com) Doosan Škoda Power, Oddělení HBD Ing. Roman Gašpár (gaspar@kke.zcu.cz] KKE, odborný asistent Ing. Jaroslav Štěch (stech@kke.zcu.cz] KKE, odborný asistent Ing. Vít Pospíšil (pospíšil@kke.zcu.cz] KKE, odborný asistent

Podmínky k zápočtu a ke zkoušce Nepovinné cvičení a přednášky Zápočet Zápočtový test 3 příklady za max 30 bodů Podmínka zápočtu minimálně 5 bodů 3 pokusy Uznání zápočtu v případě opakování předmětu i s body za zápočet (např. 6 bodů se přenese do opakující se zkoušky). Pokud někdo bude chtít opravit výši bodů, může přijít na zápočtový test s rizikem, že přijde i o zápočet a body.

Podmínky k zápočtu a ke zkoušce Zkouška - test + případné doplňující otázky est max. 30 bodů, nutné dosáhnout minimálně 5 bodů Rozmezí pro hodnocení 60 až 55 bodů: výborně mezi 54 až 50 bodů (doplňující otázka), 54 až 45 bodů: velmi dobře mezi 44 až 40 bodů (doplňující otázka), 44 až 36 bodů: dobře šance - 35 až 34 bodů (doplňující otázka).

Literatura [] [] [3] [4] [5] [6] [7] Mareš, R.: Kapitoly z termomechaniky, Plzeň 009 Linhart, J.: ermomechanika, stručné učební texty, Plzeň 00 Kalčík, J.; Sýkora, K.: echnická termomechanika, Brno, 973 www.home.zcu.cz/~jstech www.home.zcu.cz/~gaspar www.home.zcu.cz/~kovarikp Holeček, M.: prezentace budou postupně dodávány

Důležitá křivka Z = f ( X, Y ) Z Y X 0

Důležitá křivka Z schopnost udělat zkoušku z M X čas (jak běží semestr) Y příprava včetně aktivní (pozorné) účasti na Př + Cv Z Y X 0

Základní pojmy ermomechanika studuje zákonitosti přeměny energie na různé formy studuje makroskopické vlastnosti materiálů ermodynamická soustava je vymezený soubor makroskopických těles tělesa mohou být v různé fázi tuhá, kapalná, plynná fáze se během procesu mohou měnit

Základní pojmy Geometrie Síla objem V [m 3 ] měrný objem v = V / m délka x, L, [m] plocha S [m ] síla F [N] tlak p [Nm - ] eplota běžná (empirická) t [ C] absolutní = t + 73,5 [K]

Základní pojmy Látka hmotnost m [kg] hustota ρ= m / V [kg m -3 ] látkové množství n [mol] molární hmotnost M [kg mol - ] Jeden mol libovolné látky obsahuje stejný počet částic (molekul), jako je obsaženo atomů ve g izotopu uhlíku C. ento počet udává Avogadrova konstanta N A = 6,0 0 3 mol. n = N N A Molární hmotnost udává hmotnost jednotkového látkového množství dané látky (tedy hmotnost molu). M = m n

Základní pojmy Užitečné informace k látkovému množství: mol plynné látky za normálních podmínek má objem,4 litrů. Molární hmotnost (M) je hmotnost molu látky. Vyjádřena v gramech máčíselně stejnou hodnotu jako molekulová relativní hmotnost. Molekulovou relativní hmotnost spočítáme součtem atomových relativních hmotností všech atomů v molekule (atomové relativní hmotnosti najdeme v periodické tabulce prvků). Příklad: Kolik molů je 50g vodíku? Molekulová relativních hmotnost H je,0 (viz periodická tabulka). Vodík je H, tj. molekulová relativní hmotnost je,0, tedy molární hmotnost M je,0 g/mol. edy počet molů, n=m/m = 4,75 mol

Základní pojmy Co je tlak a teplota? Ale k ČEMU POŘEBUJEME pracovat s POČEM MOLEKUL? p lak střední hybnost předávána molekulami při nárazech na stěnu eplota střední energie pohybu molekul

Základní pojmy Při zvyšování teploty (tj. zvyšování průměrné rychlosti molekul) tlak roste

Základní pojmy Při stejné teplotě závisí tlak na počtu molekul, ne na jejich hmotnosti! p p p

Základní pojmy Molární jednotky množství látky vztahujeme k počtu molekul! Pozor! V izolovaném systému se hmotnost zachovává. Počet molekul se může měnit! edy i látkové množství (počet molů) se může měnit! H + O H O

Základní pojmy Energie [J] celková energie E vnitřní energie U měrná energie u = U/m entalpie H = U + pv měrná entalpie h = H/m U veškerá energie uvnitř tělesa, ale bez energie kinetické a potenciální tělesa jako celku E kin U

Základní pojmy Práce [J] práce vykonaná během nějakého procesu A a = A / m práce vykonaná za velmi krátký čas da da = da / m eplo [J] teplo dodané tělesu během nějakého procesu Q q = Q / m teplo dodané tělesu za velmi krátký čas dq dq = dq / m Q Q

Základní pojmy Práce [J] práce vykonaná během nějakého procesu A a = A / m práce vykonaná za velmi krátký čas da da = da / m da = Fdx = psdx = pdv da = pdv da = pdv (měrná práce)

Základní pojmy epelná rovnováha: jsou vyrovnány teploty jak uvnitř soustavy tak i s okolím, p L F ermodynamická rovnováha: tepelná rovnováha a statická mechanická rovnováha

Základní pojmy Kvazistatický (vratný) proces: proces tak pomalý, že je takřka stále v termodynamické rovnováze dq dq Mechanická rovnováha Píst se pohybuje nahoru Píst se pohybuje dolů

Základní pojmy Kvazistatický proces: proces tak pomalý, že je takřka stále v termodynamické rovnováze da = Fdx = psdx = pdv F = ps

Základní pojmy Kvazistatický proces: proces tak pomalý, že je takřka stále v termodynamické rovnováze da = pdv da = pdv a = da = pdv Práce je plocha pod křivkou v p-v diagramu! Práce závisí na tom, po jaké křivce jdeme! Po jaké křivce jdeme, závisí na tom, jaký proces realizujeme!

Práce v technice Práce se koná v určitém cyklu p V

Práce v technice Příklad technické práce: motor na stlačený plyn pv vtlačovací práce at = A = B B vdp A vdp

Stav Stavové veličiny: makroskopické veličiny, které plně určují stav zkoumaného systému stav t, p V(t, p), U(t, p) F=pS V stav t, V p(t, V), U(t, V) t, p (t), = t + 73,5 stav, p V(, p), U(, p) t stav, V p(, V), U(, V)

Stav Stavový diagram Zobrazuje vzájemné závislosti více stavových veličin Stavová rovnice Jak ze zvolených (nezávislých) veličin vypočítat další (závislé) stavové veličiny kvazistatický proces p(, v)

Měrná tepelná kapacita Měrná tepelná kapacita vyjadřuje kolik tepla (dq) je zapotřebí dodat zvolenému jednotkovému množství látky (např. m, V, n) aby se jeho teplota zvýšila o jeden stupeň (d). c = m dq d C = V dq d Příklad: kg vody pojme 4x více tepla než kg vzduchu, než se zahřeje o C. Proto jsou světové oceány obrovským zásobníkem tepelné energie. C m = n dq d

Měrná tepelná kapacita Únor bílý, pole sílí,. Sníh totiž zadržuje v půdě teplo a tím brání, aby příliš nevymrzla. eplota půdy pod sněhem je přibližně 0 C, ale bez sněhu by byla třeba 0 C. léto zima

Měrná tepelná kapacita Látka voda vzduch (0 C) ethanol led olej absolutně suché dřevo železo měď zinek hliník platina olovo kyslík cín c 4 80 003 430 090 000 450 450 383 385 896 33 9 97 7

Molární tepelná kapacita Zatímco měrná tepelná kapacita vztažená na kg látky je velmi různá, měrná tepelná kapacita vztažena na mol látky je pro řadu látek téměř stejná, např: C m = n dq d Za dostatečně vysokých absolutních teplot (většinou už při pokojové teplotě) mají všechny pevné látky zhruba tutéž molární tepelnou kapacitu. Fyzikální vysvětlení spočívá v tom, že dodávané teplo se rozděluje rovnoměrně na jednotlivé molekuly:

Molární tepelná kapacita c = m dq d dq c = < m d c m m dq dq Látka, jejíž molekuly mají větší hmotnost, obsahuje v kg méně molekul než látka s lehčími molekulami. o znamená, že stejné množství dodaného tepla se rozděluje mezi méně molekulami a tedy k jejich stejnému zahřátí (např. rozkmitání) je zapotřebí menší množství tepla. kg látky s těžkými molekulami se tak zahřeje podstatně snadněji (rychleji) než kg látky s lehkými molekulami.

Molární tepelná kapacita C m = n dq d n n dq dq Vztáhneme-li však množství dodaného tepla na mol látky, porovnáváme vzorky se stejným počtem molekul. Ohřev těles - opět jev, který je vhodnější vztahovat k látkovému množství

Měrná tepelná kapacita a typ ohřevu V p se mění c V = m dq d V dq p V se mění c p = m dq d p dq

Kalorimetrická rovnice Q Q Q = mc( t t) = mc( ) = VC( t t) = VC( ) = ncm ( t t) = ncm( )

epelná kapacita závisí na teplotě

První zákon termodynamiky. Zákon zachování energie: energii nelze získávat z ničeho, ani nemůže samovolně zanikat; neexistuje perpetuum mobile? Proč to nebude fungovat?

První zákon termodynamiky. eplo je formou energie: termodynamický systém mění svou vnitřní energii formou práce, kterou koná na okolí, a formou výměny tepla s okolím. dq da U U + du James P. Joule (88 889) cal = 4,87 J du = da + dq U = U + U = A Q

Dodané teplo při izobarickém ději U + U = A Q První zákon Q = + = + U U pdv U U p dv = U U + p( V V ) = U + pv ( U pv Q + Q = H H = H p = konst změna entalpie ) p p V V Q

Dodané teplo při izochorickém ději Q U + = U U + pdv = U U Q U = A Q První zákon = U U = m c V ( ) d V = konst V V Q

První zákon termodynamiky První zákon pro celkovou energii: termodynamický systém mění svou celkovou energii formou práce, kterou koná na okolí, a formou výměny tepla s okolím. dq da E E + de de = da + dq E = + E E = A Q

Kontrolní objem První zákon pro celkovou energii: E + E = A Q E = U + mgz + A vtlac = pv A t A mw vtlačovací práce Q Q E + + Q = E A U + pv + mgz + mw + Q = U + pv + mgz + mw + A t

Kontrolní objem První zákon pro celkovou energii: E + E = A Q E = U + mgz + A vtlac = pv mw A t Q Q E + + Q = E A U + pv + mgz + mw + Q = U + pv + mgz + mw + A t

Kontrolní objem A t mw mgz H Q mw mgz H + + + = + + + A t w w m z z mg H Q + + + = ) ( ) ( a t w w z z g h q + + + = ) ( ) ( m

Druhý zákon termodynamiky Energie se mění z jedné formy na druhou, ale zatímco mechanická energie se mění na tepelnou energii velmi často a samovolně (tření, disipace), naopak se to samovolně nikdy neděje! h A=mgh

Druhý zákon termodynamiky Šipka času Film puštěný pozpátku obsahuje scény, které jsou v rozporu s fyzikálními zákony. Jakými? Jen s jedním zákonem a to s DRUHÝM ZÁKONEM ERMODYNAMIKY!

Druhý zákon termodynamiky Různé formulace: Clausius: eplo samo o sobě nemůže SAMOVOLNĚ přecházet z eploty nižší na teplotu vyšší. -d Q homson (lord Kelvin): Není možno získávat práci kruhovým dějem, který by JEN ochlazoval těleso, jehož teplota je všude stejná. Planck: Není možno sestrojit periodicky pracující stroj, který by nezpůsoboval ŽÁDNÉ JINÉ ZMĚNY, než že by produkoval práci odnímáním ekvivalentního množství tepla ze zdroje o stálé teplotě.

Druhý zákon termodynamiky Ostwald: Perpetum mobile druhého druhu neexistuje? A > 0 Q (< ) Vykonaná práce, např. pohon motoru eplo spontánně proudí z okolního prostředí do systému (!)

Druhý zákon termodynamiky Perpetum mobile druhého druhu: hypotetický příklad < p p > p Q eplo spontánně proudí z okolního prostředí do plynu (!)

Konec Děkuji za pozornost