Wykres fazowy dla wody
advertisement
Wykres fazowy dla wody ciało stałe ciecz gaz Parowanie – przemiana cieczy w gaz Skraplanie – przemiana gazu w ciecz Para nasycona – para będąca w równowadze ze swoja cieczą Prężność oraz gęstość pary nasyconej zależą wyłącznie od temperatury Parowanie Wrzenie Bąbelki nie mogą pow stawać gdyż ciśnienie pary jest niższe od atmosferycznego Bąbelki mogą powstać wać gdyż ciśnienie pary jest większe od atmosferycznego Zachodzi tylko na powierzchni Zachodzi w całej objętości Co znajduje się w pęcherzykach obserwowanych podczas wrzenia? Wilgotność. Parowanie i skraplanie masa pary zawartej w powietrzu Wilgotność względna [%] = maks. masa pary w danej temperaturze Wilgotność bezwzględna [g/m3]= masa pary zawartej w 1 m3 powietrza Ilość wody w powietrzu jest regulowana przez równowagę pomiędzy parowaniem i skraplaniem Wilgotność zależy od temperatury. 20 40 60 80 Powstawanie rosy, mgły, wzorów lodowych na szybie w 0C 1.1 g/m3 musi kondensować w 4C około 6 g/m3 nasyci powietrze w 30C to tylko 20% Punkt rosy – temperatura w której para nienasycona przechodzi w parę nasycona Transport ciepła Przewodnictwo transport energii cieplnej w wyniku przekazywania energii pomiędzy molekułami poprzez zderzenia Konwekcja czyli unoszenie - ruch gazów i cieczy w wyniku zmian gęstości / rola grawitacji/ Promieniowanie energia jest przekazywana w wyniku emisji lub absorpcji promieniowania elektromagnetycznego Przewodnictwo cieplne Energia jest przenoszona przez zderzenia pomiędzy cząsteczkami Siła napędową jest gradient temperatury dQ dT = − λS dt dx dQ/dt - strumień ciepła λ - stała przewodnictwa cieplnego S - powierzchnia dT/dx - gradient temperatury wzdłuż osi x Przewodnictwo cieplne Przewodniki - dobrze i szybko transportują ciepło izolatory - ograniczają przepływ ciepła Domy ze śniegu, futra, drewno to przykłady naturalnych izolatorów Odczucie zimna i ciepła Czy zimne kaloryfery latem oziębiają pokój Odczucie chłodu i zimna jest większe gdy temperatura otoczenia jest około 0 C niż gdy jest mróz np.. -15 C. Prawo ostygania Newtona szybkość ostygania ~ ∆T Co ma większe ciepło właściwe : woda czy piasek Woda ma większe ciepło właściwe więc w promieniach Słońca ogrzewa się wolniej niż piasek. Piasek nagrzewa się szybko rano i w dzień a wieczorem szybko stygnie Kierunek wiatru nad morzem, bryza, jest inny w dzień i inny wieczorem. Dlaczego? Konwekcja lub unoszenie Transport energii poprzez poruszający się gaz lub ciecz. Siła napędową jest grawitacja dQ/dt = h ∆T dQ/dt - strumień ciepła h - współczynnik przejmowania ciepła ∆T - różnica temperatur Konwekcja swobodna - w wyniku zmian gęstości wywołanych temperaturą Konwekcja wymuszona - inne czynniki wymuszające ruch cieczy lub gazy Dlaczego wznoszące powietrze oziębia się? Podczas rozprężania powietrze oziębia się gdyż cząsteczki zderzają się głównie z cząsteczkami poruszającymi się na zewnątrz więc ich średnia prędkość się obniża a więc i temperatura Prądy konwekcyjne W dzień wiatr wieje od morza Wieczorem wiatr wieje od lądu Promieniowanie Energia jest przenoszona przez falę elektromagnetyczną Siła napędową jest zdolność emisyjna i absorpcyjna ciał Prawo Stefana-Boltzmana ε = σ T4 Strumień energii ε jest proporcjonalny do czwartej potęgi temperatury T σ - stała Stefana-Boltzmana Prawo Wiena λmax T = const ze wzrostem temperatury maksimum emisji przesuwa się w stronę fal krótkich Prawo Kirchhoffa E(λ,T) = A(λ,T) ε(λ,T) E - zdolność emisyjna A - zdolność absorpcyjna ε - całkowita zdolność emisyjna λ - długość fali e-m Rozkład gęstości promieniowania ciał w zależności od temperatury Pochłanianie i odbicie promieniowania Pochłanianie promieniowania polega na absorpcji padającego promieniowania dlatego dobry absorber wydaje się ciemny Odbicie promieniowania czyli całkowity brak absorpcji powoduje, że ciało wydaje się białe. w równowadze termodynamicznej dobry emiter = dobry absorber Zdolność pochłaniania promieniowania, % Woda Świeży śnieg Stara pokrywa śnieżna Lód lodowcowy Piasek nadmorski Gleby piaszczyste Gleby próchnicze Lasy 70-90 5-30 30-70 50-80 40-70 60-85 80-95 80-95 Powstawanie szronu Izolatory ochładzają się szybciej co oznacza, że są emiterami ciepła w nocy i są chłodniejsze od otaczającego powietrza. Na nich tworzy się szron nawet wtedy gdy temperatura powietrza jest większa od 0 C. Podobnie śnieg nocą oziębia się będąc czynnikiem chłodzącym klimat lokalnie jak i globalnie. Kiedy noce są chłodniejsze: gdy świeca gwiazdy czy bezgwiezdna? Dlaczego jezdnie na mostach i wiaduktach są bardziej oblodzone niż jezdnie na lądzie? Zasada działania pompy cieplnej Ogrzewania geotermiczne 1. Sprężarka 2. Skraplacz 3. Parownik 4. Zawór rozprężny 5. Dolne źródło ciepła 6. Górne źródło ciepła Elementy te połączone ze sobą rurkami miedzianymi, lutowanymi srebrem, tworzą wewnętrzny obieg pompy ciepła. Jest on wypełniony czynnikiem roboczym, który posiada właściwości pozwalające mu wrzeć w niskiej temperaturze (np. 0°C). Czynnik przepływając przez parownik (3) pobiera ciepło z dolnego źródła (5) i zaczyna wrzeć stając się parą o niskim ciśnieniu oraz temperaturze. Zassany przez sprężarkę (1) ulega sprężeniu, co wiąże się z gwałtownym wzrostem jego temperatury. Gorący czynnik trafia do skraplacza (2) i oddaje w nim ciepło do górnego źródła (6). Podczas tego procesu skrapla się i w postaci cieczy trafia do zaworu rozprężnego (4), w którym zostaje zdławiony od ciśnienia skraplania do ciśnienia, jakie jest w parowniku. Proces rozpoczyna się ponownie. W obiegu termodynamicznym pompy ciepła zachodzą w sposób ciągły cztery procesy odbywające się w: Parowniku - gdzie ziębiwo krążące w dolnym źródle (woda z glikolem o temperaturze około 0°C) na skutek oddania ciepła powoduje wrzenie się ziębnika (jest nim czynnik roboczy R407C o temperaturze wrzenia -40°C). w ten sposób naturalna energia zgromadzona w ziemi zostaje pobrana przez pompę ciepła. Sprężarce - w której para zostaje sprężona do temperatury około 75°C, po czym jest kierowana do skraplacza. Skraplaczu - gdzie gorąca para ulega procesowi skraplania oddając ciepło do systemu grzewczego lub podgrzewając ciepłą wodę użytkową. Ziębnik będąc już w postaci cieczy przepływa do zaworu rozprężnego. Zaworze rozprężnym - gdzie następuje gwałtowne zmniejszenie ciśnienia, powodując dodatkowe schłodzenie ziębiwa, co zapewnia lepsze wykorzystanie darmowej energii zakumulowanej w ziemi. Zawór rozprężny reguluje przepływ ziębnika, który wpływając do parownika rozpoczyna na nowo proces odparowywania. Rozszerzalność termiczna ciał Współczynnik rozszerzalności liniowej wspł. rozszerzalności liniowe ∆l = lo k ∆t wydłużenie przyrost temperatury długość początkowa Przerwa dylatacyjna Bimetaliczne regulatory temperatury Rozszerzalność termiczna wody oziębianie wody do 4 C w całej objętości woda powierzchniowa zaczyna się oziębiać w temp 0 C tworzy się lód małe przewodnictwo cieplne lodu ogranicz szybkość zamarzania Ciśnienie atmosferyczne N= kg m s-2 Ciężar słupa powietrza na poziomie morza p =ρgh 1 bar = 105 Pa 1 atm = 101 325 Pa 1 Tr = 133.32 Pa 1 mm Hg = 133.32 Pa m m 1 N na m2 = 1 Pa 1 psi = 6.894 kPa Rozkład temperatury w atmosferze Przejścia fazowe rozmrażanie zamrażanie Rozkład ciśnień podczas przepływów Równanie Bernouliego v2/2 + p/ρ + U = const v — prędkość przepływu, p — ciśnienie ρ — gęstość, U — energia potencjalna masy Równanie ciągłości v1 S 2 = v2 S1 S powierzchnia przepływu Zasada działania żurawia Wrzenie i parowanie eter woda parowanie eteru ciśnienie wypycha ciecz do rurki w stronę głowy co przechyla zanurzenie w wodzie ochładza eter, który się skrapla i żuraw wraca do pozycji wyjściowej
