3. MŰSZAKI TERMODINAMIKA (MŰSZAKI HŐTAN)

1

3. MŰSZAKI 3. MŰSZAKI TERMODINAMIKATERMODINAMIKA

(MŰSZAKI HŐTAN)(MŰSZAKI HŐTAN)

2

3. Műszaki hőtan3. Műszaki hőtan

3.1. Alapfogalmak3.1. Alapfogalmak 3.2. Az első főtétel3.2. Az első főtétel 3.3. Reverzibilis állapotváltozások3.3. Reverzibilis állapotváltozások 3.4. Körfolyamatok3.4. Körfolyamatok 3.5. A második főtétel3.5. A második főtétel 3.6. A hőterjedés alapformái3.6. A hőterjedés alapformái 3.7. Egyszerűbb hőtechnikai 3.7. Egyszerűbb hőtechnikai

számitásokszámitások

3

3.1. Alapfogalmak3.1. Alapfogalmak

3.1.1. A termodinamika tárgya3.1.1. A termodinamika tárgya– Termosztatika, termodinamika, hőterjedésTermosztatika, termodinamika, hőterjedés

3.1.2. A termodinamika módszere3.1.2. A termodinamika módszere– Rendszer, környezet, falRendszer, környezet, fal

3.1.3. Nulladik főtétel3.1.3. Nulladik főtétel– Állapot, állapotjelzőkÁllapot, állapotjelzők

3.1.4. Állapotváltozások. Munka és hő 3.1.4. Állapotváltozások. Munka és hő 3.1.5. Belsőenergia, entalpia, entropia3.1.5. Belsőenergia, entalpia, entropia 3.1.6. Anyag és rendszerjellemzők3.1.6. Anyag és rendszerjellemzők

4

3.1.1. A termodinamika 3.1.1. A termodinamika tárgyatárgya Az energia átalakulásaAz energia átalakulása

Az anyag és az energia kapcsolataAz anyag és az energia kapcsolata Tapasztalati alapokTapasztalati alapok TerületeiTerületei

– Klasszikus termosztatikaKlasszikus termosztatika– Irreverzibilis termodinamikaIrreverzibilis termodinamika– Makroszkopikus termodinamikaMakroszkopikus termodinamika– Statisztikai mechanikaStatisztikai mechanika– Műszaki hőtanMűszaki hőtan

5

3.1.2. A termodinamika 3.1.2. A termodinamika módszeremódszere

6

A rendszerek osztályozásaA rendszerek osztályozása

Egyszerű - összetettEgyszerű - összetett Homogén - inhomogén - heterogénHomogén - inhomogén - heterogén Egyfázisú - többfázisúEgyfázisú - többfázisú Egykomponensű - Egykomponensű -

többkomponensűtöbbkomponensű

Zárt rendszer - nyitott rendszerZárt rendszer - nyitott rendszer

7

A kölcsönhatások A kölcsönhatások osztályozásaosztályozása

Tömeg Tömeg MechanikaiMechanikai TermikusTermikus (Kémiai)(Kémiai) (Elektrosztatikus)(Elektrosztatikus) (Mágneses)(Mágneses) STB.!!!!!!!!!!!!!STB.!!!!!!!!!!!!!

8

A falak osztályozásaA falak osztályozása

Áteresztő - nem áteresztő - félig Áteresztő - nem áteresztő - félig áteresztőáteresztő

Merev - nem merevMerev - nem merev Diatermikus - adiatermikusDiatermikus - adiatermikus ÁrnyékolóÁrnyékoló ElszigetelőElszigetelő

9

3.1.3. Nulladik főtétel3.1.3. Nulladik főtétel Állapot:Állapot: Az elszigetelt rendszerben a Az elszigetelt rendszerben a

makroszkopikus változások elhalnakmakroszkopikus változások elhalnak Egyensúly: Egyensúly: Az összetett elszigetelt rendszer Az összetett elszigetelt rendszer

állapotaállapota– Az elválasztó faltól függően Az elválasztó faltól függően

mechanikai egyensúlymechanikai egyensúly termikus egyensúlytermikus egyensúly (stb. pl. kémiai egyensúly)(stb. pl. kémiai egyensúly)

Intenziv állapotjelző: Intenziv állapotjelző: Az egyensúlyt jellemző Az egyensúlyt jellemző mennyiségmennyiség

10

A nyomásA nyomásmint a mechanikai egyensúly intenziv mint a mechanikai egyensúly intenziv

állapotjelzőjeállapotjelzője

p1 p2= p=p1 p2

p=F/A, F=k*x

p

x 0

F

11

A hőmérsékletA hőmérsékletmint a termikus egyensúly intenziv mint a termikus egyensúly intenziv

állapotjelzőjeállapotjelzője

T1 T2 T1 TT2= =

12

A hőmérőA hőmérőOlyan eszköz, melynek könnyen mérhető Olyan eszköz, melynek könnyen mérhető

hőmérsékletfüggő tulajdonsága vanhőmérsékletfüggő tulajdonsága van

T

0

100 – Folyadék hőmérőFolyadék hőmérő– GázhőmérőGázhőmérő

Állandó nyomásÁllandó nyomás Állandó térfogatÁllandó térfogat

– Villamos ellenállásVillamos ellenállás– TermoelemTermoelem

13

ÁllapotjelzőkÁllapotjelzők Intenziv állapotjelzőkIntenziv állapotjelzők

– Kiegyenlitődnek (Pl. nyomás, Kiegyenlitődnek (Pl. nyomás, hőmérsélet)hőmérsélet)

Extenziv állapotjelzőkExtenziv állapotjelzők– Kiterjedést fejeznek ki (Pl. tömeg, Kiterjedést fejeznek ki (Pl. tömeg,

térfogat)térfogat)– ÖsszeadhatóÖsszeadható– Fajlagos extenzivek (Pl. sűrűség, Fajlagos extenzivek (Pl. sűrűség,

fajtérfogat)fajtérfogat) Az intenzivek inhomogenitása Az intenzivek inhomogenitása

extenziv extenziv áramokat hoz létreáramokat hoz létre

14

ÁllapotegyenletÁllapotegyenlet

Általánosságban: f(m,p,T,V)Általánosságban: f(m,p,T,V)==00 Ideális gázokra:Ideális gázokra:

– pVpV=n=nT,T,– pVpV=mRT, ahol=mRT, ahol

nn=m/M=m/M R= R= / M/ M =8314 J/kmol/K=8314 J/kmol/K

15

3.1.4. Állapotváltozások3.1.4. ÁllapotváltozásokA kölcsönhatás következtében az állapot A kölcsönhatás következtében az állapot

megváltozikmegváltozik

Egyensúlyi állapotváltozásEgyensúlyi állapotváltozás– Állapotok sorozata, végtelen lassú folyamatÁllapotok sorozata, végtelen lassú folyamat

Nem egyensúlyi állapotváltozásNem egyensúlyi állapotváltozás– A valós, véges sebességű folyamatokA valós, véges sebességű folyamatok

Megforditható állapotváltozásMegforditható állapotváltozás– Idealizált, néha jól megközelithetőIdealizált, néha jól megközelithető

Nem megfordithatóNem megforditható– A valóságos folyamatokA valóságos folyamatok

16

Állapotváltozás mechanikai Állapotváltozás mechanikai munkavégzésselmunkavégzéssel12

L=F*s

F=p*AF=p*As= s= V/AV/A

L=p* V

L12=p* (V2-V1)

p

V

12

L12

p

V1V2

Munka=intenziv*extenziv

17

Zárt rendszer fizikai munkájaZárt rendszer fizikai munkája

p

V

1

2

L12

p2

p1

V1V2

L12=-p*dV

L12=-p*V

12

18

Állapotváltozás Állapotváltozás hőközléssel hőközléssel 12

T 2

1

Q12

Hő=intenziv*extenziv

Q=T* ?

?

S entropia

Q12= TdS

dS=dQ/T

19

További extenziv További extenziv állapotjelzőkállapotjelzők

Entropia: Entropia: SS22-S-S11==dQ/TdQ/T [J/K][J/K]

ss22-s-s11==dq/Tdq/T [J/K/kg][J/K/kg] BelsBelsôenergia: U(T,V)ôenergia: U(T,V) [J][J] u(T,v) [J/kg]u(T,v) [J/kg] Entalpia:Entalpia:H=U+pVH=U+pV [J][J] h=u+pvh=u+pv [J/kg][J/kg]

20

3.1.6. Rendszer- és 3.1.6. Rendszer- és anyagjellemzőkanyagjellemzők

RendszerjellemzőkRendszerjellemzők– A rendszerek állandó extenziv A rendszerek állandó extenziv

jellemzőijellemzői– A falak minőségi jellemzőiA falak minőségi jellemzői– Az összetett rendszerek felépitése Az összetett rendszerek felépitése

21

3.1.6. Rendszer- és 3.1.6. Rendszer- és anyagjellemzőkanyagjellemzők

AnyagjellemzőkAnyagjellemzők– Az anyagra jellemző állandókAz anyagra jellemző állandók

gázállandógázállandó hármasponti és kritikus ponti intenzivekhármasponti és kritikus ponti intenzivek

– Állapotváltozásokhoz rendelhető állandókÁllapotváltozásokhoz rendelhető állandók fajhőkfajhők köbös hőtágulási tényezőköbös hőtágulási tényező párolgáshőpárolgáshő hővezetési tényező, stb.hővezetési tényező, stb.

22

##