TD wyklad 2
advertisement
Wykład 2 Ciepło i praca I zasada termodynamiki Mechanizmy przekazywania ciepła 1 Ciepło i praca dW F d s pS ds pdV W dW Vkońo pdV Vpocz Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Gaz zamknięty w cylindrze z ruchomym tłokiem. Ciepło można dostarczać do gazu lub odbierać od gazu, zmieniając temperaturę T zbiornika cieplnego. Praca W jest wykonywana dzięki podnoszeniu lub opuszczaniu tłoka 2 Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Sprawdzian Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Zamieszczony wykres p-V przedstawia sześć krzywych (połączonych pionowymi odcinkami), opisujących przemiany, którym poddawany jest gaz. Którą parę krzywych należy wybrać, aby praca wykonana przez gaz w cyklu miała największą wartość dodatnią? 3 Pierwsza zasada termodynamiki Q W Ew Ew , końo Ew ,pocz Energia wewnętrzna układu rośnie gdy do układu dostarczamy ciepło i maleje, gdy układ wykonuje pracę Sprawdzian Na rysunku przedstawiono we współrzędnych p-V cztery krzywe opisujące przemiany gazu od punktu i do f. Uszereguj krzywe według odpowiadającej im: a) Zmiany energii wewnętrznej b) Wartości pracy W wykonanej przez gaz c) Wartości ciepła Q przekazanego do układu Zacznij od wartości największej Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc 4 Szczególne przypadki pierwszej zasady termodynamiki E w Q W Przemiana warunek Adiabatyczna stała objętość cykl zamknięty rozprężanie swobodne Q=0 W=0 E w 0 Q=W=0 wynik E w W E w Q Q=W E w 0 Realizacja przemiany adiabatycznej Swobodne rozprężanie gazu Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc 5 Sprawdzian Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Pokazany na rysunku wykres p-V przedstawia pewną przemianę cykliczną. Czy w jednym pełnym cyklu: a) Zmiana energii wewnętrznej układu i b) Wypadkowa energia wymieniana w postaci ciepła Q przez układ z otoczeniem mają wartość dodatnią, ujemną, czy równą zeru? 6 Przykład Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Zamieniamy 1 kg wody o temperaturze 100oC w parę o temperaturze również 100oC, pozwalając wodzie wrzeć pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym (1 atm, czyli 1,01x105 Pa) w układzie przedstawionym na rysunku. Objętość wody zmienia się od wartości początkowej 1x10-3 m3 dla cieczy do 1,671 m3, kiedy ma ona postać pary. a) Jaką pracę wykonuje układ w tym procesie? b) Jaką energię otrzymuje układ podczas ogrzewania? c) Ile wynosi zmiana energii wewnętrznej układu w rozważanym procesie? W Vkońo 5 3 3 5 pdV p V V 1 , 01 10 Pa 1 , 671 m 0 , 001 m 1 , 69 10 J końo pocz Vpocz Q cpar m 2256 kJ kg 1kg 2256kJ Ew Q W 2256kJ 169kJ 2087kJ 2,09MJ 7 Mechanizmy przekazywania ciepła Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc 1) Przewodnictwo cieplne S Pprzew TH TC Q k S t L Energia przepływa w postaci ciepła od zbiornika o temperaturze TH do zbiornika o niższej temperaturze TC przez przewodzącą ciepło płytkę o grubości L, przekroju S i przewodności cieplnej właściwej k dQ dT Pprz e w k S dt dz Przewodność cieplna właściwa (przewodnictwo cieplne) k to stosunek ilości energii cieplnej przenoszonej w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię do gradientu temperatury 8 Przewodność cieplna właściwa k wybranych substancji Opór cieplny Pprzew Q 1 TH TC t R L R k S Opór cieplny, analogia z oporem elektrycznym. Różnica temperatur gra rolę napięcia, moc przewodzona rolę gęstości prądu. Jednostką oporu cieplnego jest kelwin/wat [K/W] k [W/m.K] metale stal nierdzewna ołów aluminium miedź srebro 14 35 235 401 428 gazy powietrze (suche) hel wodór 0,026 0,15 0,18 materiały budowlane pianka poliuretanowa wełna mineralna wata szklana drewno sosnowe beton komórkowy szkło okienne cegła beton zwykły granit 0,024 0,043 0,048 0,11 0,16 1,0 0,8 1,5 3,2 9 Przewodzenie ciepła przez płytkę wielowarstwową Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Strumień cieplny przepływający przez obie warstwy musi być taki sam: Q k 2S kS TH TX 1 TX TC t L2 L1 Pprzew k2 k TH TX 1 TX TC L2 L1 Stacjonarny strumień ciepła przez płytkę wykonaną z dwóch różnych materiałów, o tym samym przekroju ale o różnej grubości. W stanie stacjonarnym temperatura TX na granicy pomiędzy dwoma materiałami ma ustaloną wartość zależną od wypadkowego oporu cieplnego Pprzew k 2L1TH k 1L 2TC TX k 1L2 k 2L1 Pprzew 1 TH TC R1 R 2 k 2S S TH TX TH TC L L L2 1 2 k1 k 2 R R1 R 2 10 Sprawdzian Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Ośrodek przewodzący składa się z czterech warstw o jednakowej grubości i przekroju, wykonanych z czterech różnych materiałów. Na rysunku podano temperatury na powierzchniach bocznych i granicznych pomiędzy warstwami, zmierzone dla stacjonarnego strumienia cieplnego. Uszereguj warstwy według ich przewodności cieplnej właściwej, zaczynając od największej wartości 11 Przykład Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Na rysunku przedstawiono przekrój ściany wykonanej z warswy drewna sosnowego o grubości La i muru ceglanego o o grubości Ld (= 2 La), rozdzielonych dwiema warstwami o jednakowej grubości i takiej samej przewodności właściwej, wykonanymi z nieznanego materiału. Przewodność cieplna właściwa drewna sosnowego jest równa ka a cegieł kd (= 5ka). Strumień ciepła przechodzący przez ścianę osiągnął stan stacjonarny. Jedyne znane temperatury na powierzchniach granicznych to T1 = 25oC, T2 = 20oC i T5 = -10oC. Jaką wartość ma temperatura T4 ? k aS Pa T1 T2 La k L T4 a d T1 T2 T5 k d La k dS Pd T4 T5 Ld Pa Pd , k d 5k a , Ld 2La T4 8C 12 Mechanizmy przekazywania ciepła 2) Konwekcja i Pprom S T4 3) promieniowanie cieplne http://aneksy.pwn.pl/podstawy_fizyki/?id=805 Pprom – moc promieniowania cieplnego emitowanego przez ciało w postaci fal elektromagnetycznych, = 5,6703x10-8 W/m2K4 – stała Stefana – Boltzmanna – zdolność emisyjna powierzchni ciała S – powierzchnia ciała T – temperatura ciała Pabs S T 4 otocz moc promieniowania cieplnego absorbowanego przez ciało z otoczenia 4 4 Pwyp Pabs Pprom S Totocz Tprom 13
![Rozmnażanie i rozród [tryb zgodności]](http://s1.studylibpl.com/store/data/001143751_1-7c32a463a93083d60952ea5ec04e9607-300x300.png)
