Podstawowe założenia teorii kinetyczno

Elementy kinetycznej teorii
gazów i termodynamiki
Powtórzenie
Powtórzenie
• Podstawowe założenia teorii kinetycznomolekularnej budowy ciał i zjawiska
potwierdzające ich słuszność;
• Mikroskopowy obraz gazu;
• Energia wewnętrzna;
• Pierwsza zasada termodynamiki;
• Silniki cieplne i druga zasada
termodynamiki.
Podstawowe założenia teorii kinetycznomolekularnej budowy ciał
• Wszystkie ciała zbudowane są z cząsteczek
(molekuł);
• Cząsteczki (molekuły) pozostają w
bezustannym, chaotycznym
(nieuporządkowanym) ruchu, zwanym
ruchem cieplnym (termicznym).
Zjawiska potwierdzające istnienie
cząsteczek
• Dyfuzja, czyli samorzutne rozprzestrzenianie się
cząsteczek jednego ciała między cząsteczkami
drugiego ciała.
• Parowanie, czyli proces, w którym cząsteczki
opuszczają powierzchnię cieczy.
• Ruchy Browna, czyli drobiny pyłku kwiatowego
zawieszone w wodzie, które są w nieustannym,
chaotycznym ruchu, zamiast pozostawać w
spoczynku.
Mikroskopowy obraz gazu
Gaz doskonały jest idealizacją gazów
rzeczywistych, która polega na przyjęciu dwu
założeń:
1) Pomiędzy cząsteczkami gazu doskonałego nie
działają siły wzajemnego przyciągania;
2) Podczas zderzeń cząsteczki gazu doskonałego
zachowują się jak doskonale sprężyste kulki, o
znikomo małych rozmiarach w porównaniu do
rozmiarów naczynia.
Mikroskopowy obraz gazu
• W danej temperaturze szybkości
poszczególnych cząsteczek gazu są różne.
• Średnia szybkość cząsteczek gazu jest tym
większa, im wyższa jest jego temperatura.
• Temperaturę możemy wyrażać w skali
Celsjusza i w skali Kelvina: 0K= -273 oC
• Zero bezwzględne (0 K)- temperatura w
której zanika ruch cząsteczek.
Energia wewnętrzna
Jeżeli dodamy do siebie średnie energie
kinetyczne wszystkich cząsteczek gazu
doskonałego, to otrzymamy energię, którą
fizycy nazwali energią wewnętrzną,
oznaczaną literą U. Można ją także
obliczyć, mnożąc średnią energię
kinetyczną cząsteczki przez liczbę
wszystkich cząsteczek.
Pojęcie ciepła
•
Ciepłem nazywamy część energii
wewnętrznej ciała, która z ciała o
temperaturze wyższej przekazywana jest do
ciała o temperaturze niższej.
•
O kierunku przekazywania ciepła
decyduje tylko to, które z ciał ma wyższą
temperaturę
Pierwsza zasada termodynamiki
• Przyrost energii wewnętrznej ciała jest
równy sumie dostarczonego ciału ciepła i
wykonanej nad nim pracy:
U=Q+W, gdzie
U- przyrost energii wewnętrznej
Q- ciepło
W- praca
Silniki cieplne
• Teoretyczne zasady działania silnika
cieplnego przedstawił francuski inżynier
fizyk Sadi Carnot (1796- 1832). Według
tych zasad każdy silnik cieplny będzie mógł
w sposób ciągły zamieniać ciepło na pracę,
jeżeli będzie działał zgodnie ze schematem
przedstawionym na rysunku:
Schemat działania silnika cieplnego
W
A
(T1)
Źródło ciepła
B
(T2)
chłodnica
Q1
Q2
Sprawność silnika
• Sprawność silnika oznaczaną grecką literą eta: η
obliczamy jako iloraz otrzymanej z silnika pracy
(W=Q1-Q2) do pobranego przez silnik ciepła (Q1):
η =(Q1-Q2) / Q1
• Teoretyczna sprawność idealnego silnika
cieplnego nie może osiągnąć wartości 1 (lub
100%), ponieważ licznik tego ułamka jest zawsze
mniejszy od mianownika: (T1-T2) / T1
II zasada termodynamiki
Ciepło może stale zamieniać się w
pracę jedynie podczas przechodzenia z
ciała o temperaturze wyższej (czyli ze
źródła) do ciała o temperaturze niższej
(czyli do chłodnicy), przy czym na
pracę zamienia się jedynie część
przechodzącego ciepła.
Budowa i zasada działania
• Silnik spalinowy
tłokowy
czterosuwowy z
zapłonem iskrowym.