TD wyklad 1

Termodynamika techniczna
Wykład i ćwiczenia
Andrzej Wojtowicz
Pokój 331, konsultacje wtorek 12:00 – 14:00
Strona domowa: www.fizyka.umk.pl/~andywojt
pliki z wykładami, zadaniami na ćwiczenia, wynikami
(kolokwia, egzaminy)
Różne dodatkowe informacje (PWN):
http://aneksy.pwn.pl/podstawy_fizyki
Feynmana wykłady z fizyki t. I, cz. 2
Halliday, Resnick, Walker, t. II, rozdz. 19, 20, 21
A. Teodorczyk, Termodynamika techniczna
1
Wykład 1
Temperatura i ciepło
Pochłanianie ciepła przez ciała stałe i ciecze
2
Termodynamika, energia termiczna
ciepło i praca: jak najlepiej
wykorzystać ciepło wytwarzając
użyteczną pracę
Ciepło i temperatura
Temperatura, jedna z siedmiu
podstawowych wielkości układu SI
1 kelwin, skala Kelvina,
Bezwzględna skala temperatury
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
3
Zerowa zasada termodynamiki
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
Termoskop
Jeśli ciała A i B są w równowadze termicznej z
trzecim ciałem (T), to są one w równowadze
termicznej ze sobą nawzajem
4
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
Punkt potrójny wody
Woda, lód i para wodna istnieją w równowadze
termodynamicznej tylko dla jednej pary wartości
ciśnienia i temperatury (611,73 Pa, 273,16 K)
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
T3 = 273.16 K
1 kelwin, 1/273.16
różnicy pomiędzy
temperaturą punktu
potrójnego a zerem
bezwzględnym
Punkt odniesienia dla pomiarów temperatury przy
pomocy termometru gazowego
5
Termometr gazowy
T  Cp
p  p 0  gh
T3  C  p 3
 p
 p
T  T3     273,16 K    
 p3 
 p3 
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
Termometr gazowy o stałej objętości
Zbiornik z gazem zanurzony jest w
cieczy, której temperaturę mierzymy

p
T  273,16 K    lim ilośl gazu  0 
p3 

6
Skale temperatur Celsjusza i Fahrenheita
Skala Celsjusza:
Skala Fahrenheita:
TC  T  273,15 C
9

TF   TC  32  F
5

Skala Fahrenheita stosowana w krajach anglosaskich. Skalę tę zaproponował Daniel Gabriel Fahrenheit w
1715 roku. Na punkt zerowy skali Fahrenheit wybrał najniższą temperaturę zimy 1708/1709 zanotowaną w
jego rodzinnym mieście Gdańsku. 100° miało być jego własną temperaturą. Niestety na skutek błędu (miał
wtedy stan podgorączkowy) 100° F oznacza 37,8° C.
00C odpowiada 320F
37,80C odpowiada 1000F
-180C odpowiada 00F
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
7
Rozszerzalność cieplna liniowa
mosiądz
L    L  T
stal

współczynnik rozszerzalności liniowej
 [10-6/0C]
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
Lód (00C)
ołów
aluminium
mosiądz
miedź
beton
stal
szkło (zwykłe)
szkło (pyrex)
diament
inwar
kwarc
51
29
23
19
17
12
11
9
3,2
1,2
0,7
0,5
temp.
pokojowa
8
Rozszerzalność cieplna objętościowa
V    V  T

współczynnik rozszerzalności objętościowej
V  xyz 
  3
x 0  x 0 T   ... 
V0  3V0 T  ...
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
SPRAWDZIANY
Uszereguj wg. wielkości
stopnie i temp. dla 3 skal
500X, 500W i 500Y
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
Cztery prostokątne płytki
o bokach L, 2L lub 3L
uszereguj wg. zmian
9
wysokości i pola powierzchni
Temperatura i ciepło
Ciepło jest energią termiczną przekazywaną pomiędzy
układem a jego otoczeniem wskutek istniejącej
pomiędzy nimi różnicy temperatur
1 cal  4,1860 J  3,969  10-3 Btu
Cal (kilokaloria)
Btu (British thermal unit)
ilość ciepła potrzebna do podniesienia
temperatury 1 funta wody od 630F do 650F
Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc
10
Pochłanianie ciepła przez ciała stałe i ciecze
pojemność cieplna C

Q  C  T  C  Tkońo  Tpocz
[J/kg.K] [J/mol.K]

ciepło właściwe c

Q  c  m  T  c  m  Tkońo  Tpocz

Pierwiastki w stanie stałym
ołów
128
wolfram
134
srebro
236
miedź
386
aluminium
900
Jednostką pojemności cieplnej
jest cal/K lub J/K, a ciepła
właściwego cal/g.K (kaloria na
gram i na kelwin) lub J/kg.K
Inne ciała stałe
mosiądz
granit
szkło
lód (-10oC)
380
790
840
2200
1 mol  6,02  10
Ciecze
rtęć
alkohol etyl.
woda morska
woda
140
2430
3900
4190
23
jednostek elementarnych danej
substancji (atomów, cząsteczek)
26,6
24,8
25,5
24,5
24,4
molowe
ciepło
właściwe
(nie na kg, ale
na mol)
11
ciepło przemiany
Q  cprzem  m
zmiana stanu skupienia
ciepło parowania, ciepło topnienia
cpar  539 cal/g  40,7 kJ/mol  2256 kJ/kg
dla wody wrzącej pod ciśnieniem
normalnym
c top  79,5 cal/g  6,01 kJ/mol  333 kJ/kg
dla wody krzepnącej pod ciśnieniem
normalnym
[K]
[kJ/kg]
Substancja
temp.
ciepło
przemiany
Topnienie
wodór
tlen
rtęć
woda
ołów
srebro
miedź
14,0
54,8
234
273
601
1235
1356
58,0
13,9
11,4
333
23,2
105
207
Wrzenie
wodór
tlen
rtęć
woda
ołów
srebro
miedź
20,3
90,2
630
373
2017
2323
2868
455
213
296
2256
858
2336
4730
12