Question

Dział:Termodynamika

Przydatne wzory (+oznaczenia)+ przykłady zadań do tych wzorów wraz z rozwiązaniem.

Answer 1

Termodynamika - dział fizyki, który zajmuje się własciwościami cieplnymi układów makroskopowych.

 

Zasady termodynamiki.

ZEROWA ZADADA TERMODYNAMIKI:

  Jeżeli ciało A jest w równowadze termicznej z ciałem C i ciało B jest w równowadze termicznej z tym samym ciałem C, to ciała A iB są z so9bą w równowadze termicznej.

 

Przy zachowaniu tej samej wielkosci stopni w skalach Kelvina i Celsjusza, temperatura zera Celsjusza jest o około 273° wyższa od zera bezwzględnego.

Mozemy więc temperaturę z jednej skali na drugą przeliczać wg prostego związku, a mianowicie:

T = 273 + t

gdzie:P

T - to temperatura w bezwzglednej skali temperatur,

t - temperatura w skali Celsjusza.

 

  Stopień w skali Kelvina nazywamy krótko Kelwinem i oznaczamy K.

 

I ZASADA TERMODYNAMIKI

Zmiana energii wewnętrznej ciała lub układu ciał jest równa sumie wymienionego z otoczeniem ciepła i pracy wykonanej nad ciałem lub układem ciał przez siłę zewnętrzną.

ΔU = Q + w

gdzie:

ΔU - zmiana enerii wewnętrznej,

Q - ciepło wymienione przez ciało z otoczeniem,

W - praca wykonana przez siłę zewnętrzną

 

* ΔU > 0 - gdy energia wewnętrzna ciała wzrasta

  ΔU < 0 - gdy energia wewnetrzna ciała maleje

  ΔU = 0 - gdy energia wewnętrzna ciała nie ulega zmianie 

 

* Q > 0 - gdy ciało pobiera ciepło z otoczenia

  Q < 0 - gdy ciało oddaje ciepło

  Q = 0 - gdy nie ma wymiany ciepła z otoczeniem

 

* W > 0 - gdy pracę nad ciałem wykonuje siła zewnetrzna

  W < 0 - gdy układ wykonuje pracę kosztem energii wewnetrznej

  W = 0 - gdy praca nie została wykonana

 

I zasada termodynamiki jest zasadą zachowania energii. Podczas przemian energia przekształca się z jednej postaci w inną lub przechodzi z jednego ciała do drugiego. Praca gazu różni się od pracy siły zewnętrznej tylko znakiem

W gazu = - QW siły zewn.

 

Zad.

Oblicz zmianę energii wewnetrznej układu, który wykonał pracę 700 J i pobrał ciepło równe  2500 J.

 

dane:

W = 700 J

Q = 2500 J

szukane:

ΔU = ?

 

Rozwiązanie

Korzystamy z I zasady termodynamiki

ΔU = Q + W

Układ wykonał pracę, czyli W < 0 (W = -700 J) i pobrał z otoczenia Q > 0, zatem:

ΔU = Q - W

ΔU = 2500J - 700J

ΔU = 1800 J

Odp. Zmiana energii wewnętrznej układu wynosi 1800 J

 

II ZASADA TERMODYNAMIKI

Istotą drugiej zasady termodynamiki jest stwierdzenie:

 Procesy w orzyrodzie zachodzą w jednym kierunku - od stanów mniej prawdopodobnych do stanów bardziej prawdopodobnych.

 

II zasada

Niemożliwy jest proces, którego jedynym rezultatem jest pobranie energii na sposób cieplny z pewnego ciała i całkowite wykorzystanie tej energii na wykonanie pracy

 

Nie istnieje więc perpetuum mobile drugiego rodzaju, tzn. pracujacy cyklicznie silnik, który pobierałby energię na sposób cieplny i całkowicie zuzywałby ją na wykonywanie pracy.

 

Zad.

Oblicz sprawność silnika cieplnego, jezeli wiadomo, ze w ciagu jednego cyklu wykonał pracę 5 kJ, przekazując do chłodnicy energię równą 20 kJ.

 

Rozwiązanie

Korzystamy ze wzoru:

η = W/Q * 100%

W = Q₁ - IQ₂I

Q₁ = W + IQ₂I

η = W/(W+IQ₂I) * 100% 

η = 5kJ/(5kJ+20kJ) * 100%

η = 20%

Odp. Sprawność silnika cieplnego wynosi 20%.