View
218
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
httpwwwifpwrwrocpl~wozniakfizyka1html
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Katedra Optyki i Fotoniki
Wydział Podstawowych Problemoacutew Techniki
Politechnika Wrocławska
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Wykład FIZYKA I
13 Termodynamika fenomenologiczna cz I
TERMODYNAMIKA
Termodynamika ndash dział fizyki zajmujący się energią
wewnętrzną układu
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub Ew) w termodynamice ndash
całkowita energia układu będącą sumą energii potencjalnej i kinetycznej
makroskopowych części układu energii kinetycznej cząsteczek energii
potencjalnej oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych etc
[Wikipedia PL]
Energia termiczna (zwana też potocznie energią cieplną) ndash część energii wewnętrznej
układu ktoacutera jest związana z chaotycznym ruchem cząsteczek układu [Wikipedia PL]
In thermodynamics the internal energy is one of the two cardinal state
functions of the state variables of a thermodynamic system It refers to energy
contained within the system while excluding the kinetic energy of motion of the
system as a whole and the potential energy of the system as a whole due to
external force fields It keeps account of the gains and losses of energy of the
system [Wikipedia ENG]
TERMODYNAMIKA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Podstawowe wielkości termodynamiki fenomenologicznej
objętość ciśnienie i temperatura
Temperatura definiowana w ramach termodynamiki
klasycznej (makroskopowej) to parametr opisujący stan
roacutewnowagi termodynamicznej układu
Budowa wszystkich urządzeń do pomiaru temperatury bazuje na zerowej
zasadzie termodynamiki
jeżeli ciało 1 i ciało 2 znajdują się w roacutewnowadze termodynamicznej i ciała 2 i 3
są roacutewnież w takiej roacutewnowadze to ciała 1 i 3 są także w tej samej roacutewnowadze
termodynamicznej w ktoacuterej byłyby gdyby były w kontakcie ze sobą
SKALE TEMPERATUR
Bezwzględna skala temperatur ndash skala Kelvina ndash oparta jest na definicji
punktu bdquo0rdquo jako bdquozerardquo energii kinetycznej kiedy ustaje wszelki ruch
cząsteczek i jednostce temperatury ndash kelwinie (K) ndash roacutewnym stopniowi
Celsjusza bdquoZero bezwzględnerdquo to ok ndash273 stopnie w bardziej znanej na co
dzień skali Celsjusza
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Skala Celsjusza została stworzona na bazie dwoacutech punktoacutew charakterystycznych
dla wody temperaturze zamarzania (przyjętej za bdquo0rdquo) i temperaturze wrzenia (jako
bdquo100rdquo) Jednostką jest więc 1100 tego przedziału zwana stopniem Celsjusza (C)
W krajach anglosaskich powszechnie używana jest skala Fahrenheita (oparta na
idei Roslashmera)ndash jeden stopień tej skali (F) roacutewna się 59 stopnia Celsjusza
Inne spotykane skale temperatur ndash Roslashmera Reaumura Rankinersquoa ndash mają już
dziś tylko znaczenie historyczne
SKALE TEMPERATUR
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Celsius in Fahrenheit Celsius 18 + 32
Celsius in Kelvin Celsius + 27315
Celsius in Rankine Celsius 18 + 49167
Celsius in Reaumur Celsius 08
Fahrenheit in Celsius ( Fahrenheit - 32 ) (59)
Fahrenheit in Kelvin ( Fahrenheit - 32 ) (59) + 27315
Fahrenheit in Rankine Fahrenheit + 45967
Fahrenheit in Reaumur ( Fahrenheit - 32 ) (49)
Kelvin in Celsius Kelvin - 27315
Kelvin in Fahrenheit ( Kelvin - 27315 ) 18 + 32
Kelvin in Rankine Kelvin 18
Kelvin in Reaumur ( Kelvin - 27315 ) 08
Rankine in Celsius ( Rankine (59) ) - 27315
Rankine in Fahrenheit Rankine - 45967
Rankine in Kelvin Rankine ( 59)
Rankine in Reaumur ( Rankine (49) ) - 21852
Reaumur in Celsius Reaumur 125
Reaumur in Fahrenheit Reaumur 225 + 32
Reaumur in Kelvin Reaumur 125 + 27315
Reaumur in Rankine Reaumur 225 + 49167
TERMOMETRY
Budowa termometroacutew oparta jest na jej definicji makroskopowej
wiążącej inne mierzalne parametry gazu doskonałego ndash ciśnienie i
objętość ndash z szukaną temperaturą bądź na pomiarze innych wielkości
fizycznych ktoacuterych wartość zależy od temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termometry bdquoobjętościowerdquo związane są ze zmianą wymiaroacutew ciała ze
zmianą temperatury (rozszerzalność liniowa)Najprostszym przykładem jest termometr rtęciowy Dokładniejszym przyrządem
tego typu jest termometry gazowy stałego ciśnienia Pomiar temperatury polega
na pomiarze objętości (wymiaru liniowego) rozszerzającego się ośrodka
Termometry gazowe stałej objętości bazują na pomiarze zmian ciśnienia
ze zmianą temperaturySłużą do pomiaroacutew niskich temperatur
TERMOMETRY
Termorezysty ndash to elementy elektryczne ktoacutere mierzą zmiany temperatury
poprzez pomiar związanej z nią zmiany oporu przewodnika bądź poacutełprzewodnika
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termopary to układy dwoacutech przewodnikoacutew na stykach ktoacuterych wytwarza się
napięcie termoelektryczne proporcjonalne do roacuteżnicy temperatur obu stykoacutew
(zjawisko Seebecka)
Pirometry mierzą temperaturę poprzez pomiar (poroacutewnanie) emisji
promieniowania ciała ktoacuterego temperaturę chcemy określić z emisją ciała
doskonale czarnego ndash nadają się do pomiaru wysokich temperatur i do pomiaroacutew
bdquona odległośćrdquo
Bolometry roacutewnież bazują na fakcie że emisja promieniowania danego ciała
jest proporcjonalna do jego temperatury
Układy bimetali służą raczej jako dwustanowe przełączniki termiczne niż
termometry ale też pełnią rolę bdquomiernikoacutewrdquo temperatury
TEMPERATURA I CIEPŁO
Energia termiczna to energia wewnętrzna na ktoacuterą składa się energia
kinetyczna i potencjalna atomoacutew cząsteczek i innych ciał
mikroskopowych tworzących układ (eeehellip patrz slajd drugi)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Ciepło jest energią przekazywaną między układem z jego otoczeniem
na skutek istniejącej między nimi roacuteżnicy temperatur To raczej proces
przekazywania energii termicznej niż sama energia
Energia może być przekazywana między ciałami także w postaci pracy
(za pośrednictwem sił) Ciepło i praca nie są właściwościami układu
maja sens tylko podczas opisywania procesoacutew przekazywania energii
między ciałami
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
TERMODYNAMIKA
Termodynamika ndash dział fizyki zajmujący się energią
wewnętrzną układu
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub Ew) w termodynamice ndash
całkowita energia układu będącą sumą energii potencjalnej i kinetycznej
makroskopowych części układu energii kinetycznej cząsteczek energii
potencjalnej oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych etc
[Wikipedia PL]
Energia termiczna (zwana też potocznie energią cieplną) ndash część energii wewnętrznej
układu ktoacutera jest związana z chaotycznym ruchem cząsteczek układu [Wikipedia PL]
In thermodynamics the internal energy is one of the two cardinal state
functions of the state variables of a thermodynamic system It refers to energy
contained within the system while excluding the kinetic energy of motion of the
system as a whole and the potential energy of the system as a whole due to
external force fields It keeps account of the gains and losses of energy of the
system [Wikipedia ENG]
TERMODYNAMIKA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Podstawowe wielkości termodynamiki fenomenologicznej
objętość ciśnienie i temperatura
Temperatura definiowana w ramach termodynamiki
klasycznej (makroskopowej) to parametr opisujący stan
roacutewnowagi termodynamicznej układu
Budowa wszystkich urządzeń do pomiaru temperatury bazuje na zerowej
zasadzie termodynamiki
jeżeli ciało 1 i ciało 2 znajdują się w roacutewnowadze termodynamicznej i ciała 2 i 3
są roacutewnież w takiej roacutewnowadze to ciała 1 i 3 są także w tej samej roacutewnowadze
termodynamicznej w ktoacuterej byłyby gdyby były w kontakcie ze sobą
SKALE TEMPERATUR
Bezwzględna skala temperatur ndash skala Kelvina ndash oparta jest na definicji
punktu bdquo0rdquo jako bdquozerardquo energii kinetycznej kiedy ustaje wszelki ruch
cząsteczek i jednostce temperatury ndash kelwinie (K) ndash roacutewnym stopniowi
Celsjusza bdquoZero bezwzględnerdquo to ok ndash273 stopnie w bardziej znanej na co
dzień skali Celsjusza
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Skala Celsjusza została stworzona na bazie dwoacutech punktoacutew charakterystycznych
dla wody temperaturze zamarzania (przyjętej za bdquo0rdquo) i temperaturze wrzenia (jako
bdquo100rdquo) Jednostką jest więc 1100 tego przedziału zwana stopniem Celsjusza (C)
W krajach anglosaskich powszechnie używana jest skala Fahrenheita (oparta na
idei Roslashmera)ndash jeden stopień tej skali (F) roacutewna się 59 stopnia Celsjusza
Inne spotykane skale temperatur ndash Roslashmera Reaumura Rankinersquoa ndash mają już
dziś tylko znaczenie historyczne
SKALE TEMPERATUR
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Celsius in Fahrenheit Celsius 18 + 32
Celsius in Kelvin Celsius + 27315
Celsius in Rankine Celsius 18 + 49167
Celsius in Reaumur Celsius 08
Fahrenheit in Celsius ( Fahrenheit - 32 ) (59)
Fahrenheit in Kelvin ( Fahrenheit - 32 ) (59) + 27315
Fahrenheit in Rankine Fahrenheit + 45967
Fahrenheit in Reaumur ( Fahrenheit - 32 ) (49)
Kelvin in Celsius Kelvin - 27315
Kelvin in Fahrenheit ( Kelvin - 27315 ) 18 + 32
Kelvin in Rankine Kelvin 18
Kelvin in Reaumur ( Kelvin - 27315 ) 08
Rankine in Celsius ( Rankine (59) ) - 27315
Rankine in Fahrenheit Rankine - 45967
Rankine in Kelvin Rankine ( 59)
Rankine in Reaumur ( Rankine (49) ) - 21852
Reaumur in Celsius Reaumur 125
Reaumur in Fahrenheit Reaumur 225 + 32
Reaumur in Kelvin Reaumur 125 + 27315
Reaumur in Rankine Reaumur 225 + 49167
TERMOMETRY
Budowa termometroacutew oparta jest na jej definicji makroskopowej
wiążącej inne mierzalne parametry gazu doskonałego ndash ciśnienie i
objętość ndash z szukaną temperaturą bądź na pomiarze innych wielkości
fizycznych ktoacuterych wartość zależy od temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termometry bdquoobjętościowerdquo związane są ze zmianą wymiaroacutew ciała ze
zmianą temperatury (rozszerzalność liniowa)Najprostszym przykładem jest termometr rtęciowy Dokładniejszym przyrządem
tego typu jest termometry gazowy stałego ciśnienia Pomiar temperatury polega
na pomiarze objętości (wymiaru liniowego) rozszerzającego się ośrodka
Termometry gazowe stałej objętości bazują na pomiarze zmian ciśnienia
ze zmianą temperaturySłużą do pomiaroacutew niskich temperatur
TERMOMETRY
Termorezysty ndash to elementy elektryczne ktoacutere mierzą zmiany temperatury
poprzez pomiar związanej z nią zmiany oporu przewodnika bądź poacutełprzewodnika
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termopary to układy dwoacutech przewodnikoacutew na stykach ktoacuterych wytwarza się
napięcie termoelektryczne proporcjonalne do roacuteżnicy temperatur obu stykoacutew
(zjawisko Seebecka)
Pirometry mierzą temperaturę poprzez pomiar (poroacutewnanie) emisji
promieniowania ciała ktoacuterego temperaturę chcemy określić z emisją ciała
doskonale czarnego ndash nadają się do pomiaru wysokich temperatur i do pomiaroacutew
bdquona odległośćrdquo
Bolometry roacutewnież bazują na fakcie że emisja promieniowania danego ciała
jest proporcjonalna do jego temperatury
Układy bimetali służą raczej jako dwustanowe przełączniki termiczne niż
termometry ale też pełnią rolę bdquomiernikoacutewrdquo temperatury
TEMPERATURA I CIEPŁO
Energia termiczna to energia wewnętrzna na ktoacuterą składa się energia
kinetyczna i potencjalna atomoacutew cząsteczek i innych ciał
mikroskopowych tworzących układ (eeehellip patrz slajd drugi)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Ciepło jest energią przekazywaną między układem z jego otoczeniem
na skutek istniejącej między nimi roacuteżnicy temperatur To raczej proces
przekazywania energii termicznej niż sama energia
Energia może być przekazywana między ciałami także w postaci pracy
(za pośrednictwem sił) Ciepło i praca nie są właściwościami układu
maja sens tylko podczas opisywania procesoacutew przekazywania energii
między ciałami
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
TERMODYNAMIKA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Podstawowe wielkości termodynamiki fenomenologicznej
objętość ciśnienie i temperatura
Temperatura definiowana w ramach termodynamiki
klasycznej (makroskopowej) to parametr opisujący stan
roacutewnowagi termodynamicznej układu
Budowa wszystkich urządzeń do pomiaru temperatury bazuje na zerowej
zasadzie termodynamiki
jeżeli ciało 1 i ciało 2 znajdują się w roacutewnowadze termodynamicznej i ciała 2 i 3
są roacutewnież w takiej roacutewnowadze to ciała 1 i 3 są także w tej samej roacutewnowadze
termodynamicznej w ktoacuterej byłyby gdyby były w kontakcie ze sobą
SKALE TEMPERATUR
Bezwzględna skala temperatur ndash skala Kelvina ndash oparta jest na definicji
punktu bdquo0rdquo jako bdquozerardquo energii kinetycznej kiedy ustaje wszelki ruch
cząsteczek i jednostce temperatury ndash kelwinie (K) ndash roacutewnym stopniowi
Celsjusza bdquoZero bezwzględnerdquo to ok ndash273 stopnie w bardziej znanej na co
dzień skali Celsjusza
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Skala Celsjusza została stworzona na bazie dwoacutech punktoacutew charakterystycznych
dla wody temperaturze zamarzania (przyjętej za bdquo0rdquo) i temperaturze wrzenia (jako
bdquo100rdquo) Jednostką jest więc 1100 tego przedziału zwana stopniem Celsjusza (C)
W krajach anglosaskich powszechnie używana jest skala Fahrenheita (oparta na
idei Roslashmera)ndash jeden stopień tej skali (F) roacutewna się 59 stopnia Celsjusza
Inne spotykane skale temperatur ndash Roslashmera Reaumura Rankinersquoa ndash mają już
dziś tylko znaczenie historyczne
SKALE TEMPERATUR
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Celsius in Fahrenheit Celsius 18 + 32
Celsius in Kelvin Celsius + 27315
Celsius in Rankine Celsius 18 + 49167
Celsius in Reaumur Celsius 08
Fahrenheit in Celsius ( Fahrenheit - 32 ) (59)
Fahrenheit in Kelvin ( Fahrenheit - 32 ) (59) + 27315
Fahrenheit in Rankine Fahrenheit + 45967
Fahrenheit in Reaumur ( Fahrenheit - 32 ) (49)
Kelvin in Celsius Kelvin - 27315
Kelvin in Fahrenheit ( Kelvin - 27315 ) 18 + 32
Kelvin in Rankine Kelvin 18
Kelvin in Reaumur ( Kelvin - 27315 ) 08
Rankine in Celsius ( Rankine (59) ) - 27315
Rankine in Fahrenheit Rankine - 45967
Rankine in Kelvin Rankine ( 59)
Rankine in Reaumur ( Rankine (49) ) - 21852
Reaumur in Celsius Reaumur 125
Reaumur in Fahrenheit Reaumur 225 + 32
Reaumur in Kelvin Reaumur 125 + 27315
Reaumur in Rankine Reaumur 225 + 49167
TERMOMETRY
Budowa termometroacutew oparta jest na jej definicji makroskopowej
wiążącej inne mierzalne parametry gazu doskonałego ndash ciśnienie i
objętość ndash z szukaną temperaturą bądź na pomiarze innych wielkości
fizycznych ktoacuterych wartość zależy od temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termometry bdquoobjętościowerdquo związane są ze zmianą wymiaroacutew ciała ze
zmianą temperatury (rozszerzalność liniowa)Najprostszym przykładem jest termometr rtęciowy Dokładniejszym przyrządem
tego typu jest termometry gazowy stałego ciśnienia Pomiar temperatury polega
na pomiarze objętości (wymiaru liniowego) rozszerzającego się ośrodka
Termometry gazowe stałej objętości bazują na pomiarze zmian ciśnienia
ze zmianą temperaturySłużą do pomiaroacutew niskich temperatur
TERMOMETRY
Termorezysty ndash to elementy elektryczne ktoacutere mierzą zmiany temperatury
poprzez pomiar związanej z nią zmiany oporu przewodnika bądź poacutełprzewodnika
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termopary to układy dwoacutech przewodnikoacutew na stykach ktoacuterych wytwarza się
napięcie termoelektryczne proporcjonalne do roacuteżnicy temperatur obu stykoacutew
(zjawisko Seebecka)
Pirometry mierzą temperaturę poprzez pomiar (poroacutewnanie) emisji
promieniowania ciała ktoacuterego temperaturę chcemy określić z emisją ciała
doskonale czarnego ndash nadają się do pomiaru wysokich temperatur i do pomiaroacutew
bdquona odległośćrdquo
Bolometry roacutewnież bazują na fakcie że emisja promieniowania danego ciała
jest proporcjonalna do jego temperatury
Układy bimetali służą raczej jako dwustanowe przełączniki termiczne niż
termometry ale też pełnią rolę bdquomiernikoacutewrdquo temperatury
TEMPERATURA I CIEPŁO
Energia termiczna to energia wewnętrzna na ktoacuterą składa się energia
kinetyczna i potencjalna atomoacutew cząsteczek i innych ciał
mikroskopowych tworzących układ (eeehellip patrz slajd drugi)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Ciepło jest energią przekazywaną między układem z jego otoczeniem
na skutek istniejącej między nimi roacuteżnicy temperatur To raczej proces
przekazywania energii termicznej niż sama energia
Energia może być przekazywana między ciałami także w postaci pracy
(za pośrednictwem sił) Ciepło i praca nie są właściwościami układu
maja sens tylko podczas opisywania procesoacutew przekazywania energii
między ciałami
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
SKALE TEMPERATUR
Bezwzględna skala temperatur ndash skala Kelvina ndash oparta jest na definicji
punktu bdquo0rdquo jako bdquozerardquo energii kinetycznej kiedy ustaje wszelki ruch
cząsteczek i jednostce temperatury ndash kelwinie (K) ndash roacutewnym stopniowi
Celsjusza bdquoZero bezwzględnerdquo to ok ndash273 stopnie w bardziej znanej na co
dzień skali Celsjusza
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Skala Celsjusza została stworzona na bazie dwoacutech punktoacutew charakterystycznych
dla wody temperaturze zamarzania (przyjętej za bdquo0rdquo) i temperaturze wrzenia (jako
bdquo100rdquo) Jednostką jest więc 1100 tego przedziału zwana stopniem Celsjusza (C)
W krajach anglosaskich powszechnie używana jest skala Fahrenheita (oparta na
idei Roslashmera)ndash jeden stopień tej skali (F) roacutewna się 59 stopnia Celsjusza
Inne spotykane skale temperatur ndash Roslashmera Reaumura Rankinersquoa ndash mają już
dziś tylko znaczenie historyczne
SKALE TEMPERATUR
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Celsius in Fahrenheit Celsius 18 + 32
Celsius in Kelvin Celsius + 27315
Celsius in Rankine Celsius 18 + 49167
Celsius in Reaumur Celsius 08
Fahrenheit in Celsius ( Fahrenheit - 32 ) (59)
Fahrenheit in Kelvin ( Fahrenheit - 32 ) (59) + 27315
Fahrenheit in Rankine Fahrenheit + 45967
Fahrenheit in Reaumur ( Fahrenheit - 32 ) (49)
Kelvin in Celsius Kelvin - 27315
Kelvin in Fahrenheit ( Kelvin - 27315 ) 18 + 32
Kelvin in Rankine Kelvin 18
Kelvin in Reaumur ( Kelvin - 27315 ) 08
Rankine in Celsius ( Rankine (59) ) - 27315
Rankine in Fahrenheit Rankine - 45967
Rankine in Kelvin Rankine ( 59)
Rankine in Reaumur ( Rankine (49) ) - 21852
Reaumur in Celsius Reaumur 125
Reaumur in Fahrenheit Reaumur 225 + 32
Reaumur in Kelvin Reaumur 125 + 27315
Reaumur in Rankine Reaumur 225 + 49167
TERMOMETRY
Budowa termometroacutew oparta jest na jej definicji makroskopowej
wiążącej inne mierzalne parametry gazu doskonałego ndash ciśnienie i
objętość ndash z szukaną temperaturą bądź na pomiarze innych wielkości
fizycznych ktoacuterych wartość zależy od temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termometry bdquoobjętościowerdquo związane są ze zmianą wymiaroacutew ciała ze
zmianą temperatury (rozszerzalność liniowa)Najprostszym przykładem jest termometr rtęciowy Dokładniejszym przyrządem
tego typu jest termometry gazowy stałego ciśnienia Pomiar temperatury polega
na pomiarze objętości (wymiaru liniowego) rozszerzającego się ośrodka
Termometry gazowe stałej objętości bazują na pomiarze zmian ciśnienia
ze zmianą temperaturySłużą do pomiaroacutew niskich temperatur
TERMOMETRY
Termorezysty ndash to elementy elektryczne ktoacutere mierzą zmiany temperatury
poprzez pomiar związanej z nią zmiany oporu przewodnika bądź poacutełprzewodnika
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termopary to układy dwoacutech przewodnikoacutew na stykach ktoacuterych wytwarza się
napięcie termoelektryczne proporcjonalne do roacuteżnicy temperatur obu stykoacutew
(zjawisko Seebecka)
Pirometry mierzą temperaturę poprzez pomiar (poroacutewnanie) emisji
promieniowania ciała ktoacuterego temperaturę chcemy określić z emisją ciała
doskonale czarnego ndash nadają się do pomiaru wysokich temperatur i do pomiaroacutew
bdquona odległośćrdquo
Bolometry roacutewnież bazują na fakcie że emisja promieniowania danego ciała
jest proporcjonalna do jego temperatury
Układy bimetali służą raczej jako dwustanowe przełączniki termiczne niż
termometry ale też pełnią rolę bdquomiernikoacutewrdquo temperatury
TEMPERATURA I CIEPŁO
Energia termiczna to energia wewnętrzna na ktoacuterą składa się energia
kinetyczna i potencjalna atomoacutew cząsteczek i innych ciał
mikroskopowych tworzących układ (eeehellip patrz slajd drugi)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Ciepło jest energią przekazywaną między układem z jego otoczeniem
na skutek istniejącej między nimi roacuteżnicy temperatur To raczej proces
przekazywania energii termicznej niż sama energia
Energia może być przekazywana między ciałami także w postaci pracy
(za pośrednictwem sił) Ciepło i praca nie są właściwościami układu
maja sens tylko podczas opisywania procesoacutew przekazywania energii
między ciałami
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
SKALE TEMPERATUR
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Celsius in Fahrenheit Celsius 18 + 32
Celsius in Kelvin Celsius + 27315
Celsius in Rankine Celsius 18 + 49167
Celsius in Reaumur Celsius 08
Fahrenheit in Celsius ( Fahrenheit - 32 ) (59)
Fahrenheit in Kelvin ( Fahrenheit - 32 ) (59) + 27315
Fahrenheit in Rankine Fahrenheit + 45967
Fahrenheit in Reaumur ( Fahrenheit - 32 ) (49)
Kelvin in Celsius Kelvin - 27315
Kelvin in Fahrenheit ( Kelvin - 27315 ) 18 + 32
Kelvin in Rankine Kelvin 18
Kelvin in Reaumur ( Kelvin - 27315 ) 08
Rankine in Celsius ( Rankine (59) ) - 27315
Rankine in Fahrenheit Rankine - 45967
Rankine in Kelvin Rankine ( 59)
Rankine in Reaumur ( Rankine (49) ) - 21852
Reaumur in Celsius Reaumur 125
Reaumur in Fahrenheit Reaumur 225 + 32
Reaumur in Kelvin Reaumur 125 + 27315
Reaumur in Rankine Reaumur 225 + 49167
TERMOMETRY
Budowa termometroacutew oparta jest na jej definicji makroskopowej
wiążącej inne mierzalne parametry gazu doskonałego ndash ciśnienie i
objętość ndash z szukaną temperaturą bądź na pomiarze innych wielkości
fizycznych ktoacuterych wartość zależy od temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termometry bdquoobjętościowerdquo związane są ze zmianą wymiaroacutew ciała ze
zmianą temperatury (rozszerzalność liniowa)Najprostszym przykładem jest termometr rtęciowy Dokładniejszym przyrządem
tego typu jest termometry gazowy stałego ciśnienia Pomiar temperatury polega
na pomiarze objętości (wymiaru liniowego) rozszerzającego się ośrodka
Termometry gazowe stałej objętości bazują na pomiarze zmian ciśnienia
ze zmianą temperaturySłużą do pomiaroacutew niskich temperatur
TERMOMETRY
Termorezysty ndash to elementy elektryczne ktoacutere mierzą zmiany temperatury
poprzez pomiar związanej z nią zmiany oporu przewodnika bądź poacutełprzewodnika
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termopary to układy dwoacutech przewodnikoacutew na stykach ktoacuterych wytwarza się
napięcie termoelektryczne proporcjonalne do roacuteżnicy temperatur obu stykoacutew
(zjawisko Seebecka)
Pirometry mierzą temperaturę poprzez pomiar (poroacutewnanie) emisji
promieniowania ciała ktoacuterego temperaturę chcemy określić z emisją ciała
doskonale czarnego ndash nadają się do pomiaru wysokich temperatur i do pomiaroacutew
bdquona odległośćrdquo
Bolometry roacutewnież bazują na fakcie że emisja promieniowania danego ciała
jest proporcjonalna do jego temperatury
Układy bimetali służą raczej jako dwustanowe przełączniki termiczne niż
termometry ale też pełnią rolę bdquomiernikoacutewrdquo temperatury
TEMPERATURA I CIEPŁO
Energia termiczna to energia wewnętrzna na ktoacuterą składa się energia
kinetyczna i potencjalna atomoacutew cząsteczek i innych ciał
mikroskopowych tworzących układ (eeehellip patrz slajd drugi)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Ciepło jest energią przekazywaną między układem z jego otoczeniem
na skutek istniejącej między nimi roacuteżnicy temperatur To raczej proces
przekazywania energii termicznej niż sama energia
Energia może być przekazywana między ciałami także w postaci pracy
(za pośrednictwem sił) Ciepło i praca nie są właściwościami układu
maja sens tylko podczas opisywania procesoacutew przekazywania energii
między ciałami
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
TERMOMETRY
Budowa termometroacutew oparta jest na jej definicji makroskopowej
wiążącej inne mierzalne parametry gazu doskonałego ndash ciśnienie i
objętość ndash z szukaną temperaturą bądź na pomiarze innych wielkości
fizycznych ktoacuterych wartość zależy od temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termometry bdquoobjętościowerdquo związane są ze zmianą wymiaroacutew ciała ze
zmianą temperatury (rozszerzalność liniowa)Najprostszym przykładem jest termometr rtęciowy Dokładniejszym przyrządem
tego typu jest termometry gazowy stałego ciśnienia Pomiar temperatury polega
na pomiarze objętości (wymiaru liniowego) rozszerzającego się ośrodka
Termometry gazowe stałej objętości bazują na pomiarze zmian ciśnienia
ze zmianą temperaturySłużą do pomiaroacutew niskich temperatur
TERMOMETRY
Termorezysty ndash to elementy elektryczne ktoacutere mierzą zmiany temperatury
poprzez pomiar związanej z nią zmiany oporu przewodnika bądź poacutełprzewodnika
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termopary to układy dwoacutech przewodnikoacutew na stykach ktoacuterych wytwarza się
napięcie termoelektryczne proporcjonalne do roacuteżnicy temperatur obu stykoacutew
(zjawisko Seebecka)
Pirometry mierzą temperaturę poprzez pomiar (poroacutewnanie) emisji
promieniowania ciała ktoacuterego temperaturę chcemy określić z emisją ciała
doskonale czarnego ndash nadają się do pomiaru wysokich temperatur i do pomiaroacutew
bdquona odległośćrdquo
Bolometry roacutewnież bazują na fakcie że emisja promieniowania danego ciała
jest proporcjonalna do jego temperatury
Układy bimetali służą raczej jako dwustanowe przełączniki termiczne niż
termometry ale też pełnią rolę bdquomiernikoacutewrdquo temperatury
TEMPERATURA I CIEPŁO
Energia termiczna to energia wewnętrzna na ktoacuterą składa się energia
kinetyczna i potencjalna atomoacutew cząsteczek i innych ciał
mikroskopowych tworzących układ (eeehellip patrz slajd drugi)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Ciepło jest energią przekazywaną między układem z jego otoczeniem
na skutek istniejącej między nimi roacuteżnicy temperatur To raczej proces
przekazywania energii termicznej niż sama energia
Energia może być przekazywana między ciałami także w postaci pracy
(za pośrednictwem sił) Ciepło i praca nie są właściwościami układu
maja sens tylko podczas opisywania procesoacutew przekazywania energii
między ciałami
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
TERMOMETRY
Termorezysty ndash to elementy elektryczne ktoacutere mierzą zmiany temperatury
poprzez pomiar związanej z nią zmiany oporu przewodnika bądź poacutełprzewodnika
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Termopary to układy dwoacutech przewodnikoacutew na stykach ktoacuterych wytwarza się
napięcie termoelektryczne proporcjonalne do roacuteżnicy temperatur obu stykoacutew
(zjawisko Seebecka)
Pirometry mierzą temperaturę poprzez pomiar (poroacutewnanie) emisji
promieniowania ciała ktoacuterego temperaturę chcemy określić z emisją ciała
doskonale czarnego ndash nadają się do pomiaru wysokich temperatur i do pomiaroacutew
bdquona odległośćrdquo
Bolometry roacutewnież bazują na fakcie że emisja promieniowania danego ciała
jest proporcjonalna do jego temperatury
Układy bimetali służą raczej jako dwustanowe przełączniki termiczne niż
termometry ale też pełnią rolę bdquomiernikoacutewrdquo temperatury
TEMPERATURA I CIEPŁO
Energia termiczna to energia wewnętrzna na ktoacuterą składa się energia
kinetyczna i potencjalna atomoacutew cząsteczek i innych ciał
mikroskopowych tworzących układ (eeehellip patrz slajd drugi)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Ciepło jest energią przekazywaną między układem z jego otoczeniem
na skutek istniejącej między nimi roacuteżnicy temperatur To raczej proces
przekazywania energii termicznej niż sama energia
Energia może być przekazywana między ciałami także w postaci pracy
(za pośrednictwem sił) Ciepło i praca nie są właściwościami układu
maja sens tylko podczas opisywania procesoacutew przekazywania energii
między ciałami
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
TEMPERATURA I CIEPŁO
Energia termiczna to energia wewnętrzna na ktoacuterą składa się energia
kinetyczna i potencjalna atomoacutew cząsteczek i innych ciał
mikroskopowych tworzących układ (eeehellip patrz slajd drugi)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Ciepło jest energią przekazywaną między układem z jego otoczeniem
na skutek istniejącej między nimi roacuteżnicy temperatur To raczej proces
przekazywania energii termicznej niż sama energia
Energia może być przekazywana między ciałami także w postaci pracy
(za pośrednictwem sił) Ciepło i praca nie są właściwościami układu
maja sens tylko podczas opisywania procesoacutew przekazywania energii
między ciałami
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
CIEPŁO
Jednostką ciepła jest więc jednostka energii czyli dżul
Początkowo używano jednak jednostek opartych na procesie ogrzewania
wody
kaloria (1 cal) to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1g wody
od 145degC do 155 degC
brytyjska jednostka cieplna (british thermal unit ndash Btu) zdefiniowana jest jako
ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1lb (funta) wody od 63degF
do 64 degF
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Pojemność cieplna ciała wyraża ilość ciepła pobraną lub oddaną przez
to ciało przy zmianie jego temperatury
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(Uwaga na słowo bdquopojemnośćrdquo ciało można podgrzewać bez końca ndash chyba że nastąpi
zmiana fazyhellip)
T
QC
Ciepło właściwe pojemność cieplna na jednostkę masy ciała
Przykład
woda ciepło właściwe 4190 JkgK Tm
Qc
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
POCHŁANIANIE CIEPŁA
Molowe ciepło właściwe gdy ilość substancji podajemy w molach nie w
kilogramach
1 mol = 6021023 jednostek elementarnych (cząstek atomoacutew)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
UWAGA Pojemność cieplna ciepło właściwe i molowe zależy od
warunkoacutew w ktoacuterych dzieje się przekazywanie ciepła Dla ciał stałych i
cieczy jest to w praktyce stałe ciśnienie i objętość ndash dla gazoacutew mogą to
być roacuteżne wartości w zależności od parametru ktoacutery jest ustalony (plub V)
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Podczas pochłanianiaoddawania ciepła zamiast zwiększania
temperatury może dojść do przemiany fazowej zmiany stanu skupienia
między stałym ciekłym i gazowym
- Topnienie ciało stałe rarr ciecz
- Krzepnięcie (zestalanie) ciecz ciało rarr stałe
- Parowanie ciecz rarr gaz
- Skraplanie (kondensacja) gaz rarr ciecz
- Sublimacja ciało stałe rarr gaz
- Resublimacja gaz rarr ciało stałe
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
CIEPŁO PRZEMIAN FAZOWYCH
Ilość energii ktoacutera w postaci ciepła trzeba przekazać jednostkowej masie
substancji aby uległa ona przemianie fazowej jest nazywana ciepłem
przemiany (ciepło parowania ciepło topnienia itd)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
(roacuteżne zwyczajowe oznaczenia)
Przykład
woda ciepło topnienia 333kJkg ciepło parowania 2256kJkg
m
Qcprzemiany
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
PRACA A CIEPŁO
Wymiana energii ciała z otoczeniem praca a ciepło
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
pdVpSdssdFdW
pdVdWW
Przykłady obliczania graficznego pracy
dla roacuteżnych przemian
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI
Ilości wykonywanej pracy oraz pobieranego ciepła są roacuteżne i zależą
od rodzaju przemiany
Ale okazuje się że roacuteżnica tych dwoacutech wielkości jest jednakowa
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Pierwsza zasada termodynamiki WQdEw
(Uwaga tylko dEw jest roacuteżniczką bo energia wewnętrzna jest funkcją stanu symbol Δ
przy cieple i pracy użyto dla oznaczenia zmian tych wielkości)
Pierwsza zasada termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania
energii na układy nieizolowane energia może być przekazywana układowi
lub zabierana z układu w postaci ciepła i pracy
Energia wewnętrzna układu wzrasta jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje kiedy wykonuje on pracę
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
PROCESY TERMODYNAMICZNE
Przypadki szczegoacutelne procesoacutew termodynamicznych
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przemiana adiabatycznaWarunek (brak wymiany ciepła z otoczeniem)
Wynik (układ wykonuje pracę kosztem energii wewnętrznej albo praca
wykonywana nad układem zwiększa jego Ew)
0QWdEw
Stała objętość (dV=0)
Warunek (nie ma zmiany objętości więc układ nie wykonuje pracy)
Wynik (układ pobiera lub oddaje ciepło i zwiększa lub zmniejsza swoją Ew)
0WQdEw
Cykl zamkniętyWarunek (energia wewnętrzna jako funkcja stanu zależy tylko od stanu
początkowego i końcowego)
Wynik (wypadkowa praca wykonana przez układ jest roacutewna pobranemu ciepłu
albo praca wykonana nad układem powoduje oddanie ciepła)
0wdE
WQ
Rozprężanie swobodneWarunek (adiabatyczne rozprężanie bez zmiany ciśnienia)
Wynik (energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona w praktyce proces
nierealizowalny ze względu na brak roacutewnowagi termodynamicznej między stanami
przejściowymi wynikający ze zmian ciśnienia)
0 WQ
0wdE
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Przewodnictwo cieplne
Zbiornik gorący TG
Zbiornik zimny TD
Q Izolator k Q L
L
TTkS
t
QP DG
przew
Substancja k [W(mK)]
Stal nierdzewna 14
Aluminium 235
Miedź 401
Srebro 428
Powietrze (suche) 0026
Szkło okienne 10
Drewno sosnowe 011
Wełna mineralna 0043
Pianka poliuretanowa 0024
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Konwekcja (unoszenie)
Kiedy płyn (woda gaz) znajduje się w kontakcie z ciałem o wyższej temperaturze
część płynu przylegająca do gorącego ciała ogrzewa się i zwiększa swą objętość co
prowadzi do spadku gęstości i w efekcie istnienia sił wyporu porusza się a w jej
miejsce napływa kolejna porcja płynu
(Przykłady płomień świecy prądy konwekcyjne wykorzystywane przez szybowce konwekcja
energii na Słońcu)
Dr hab inż Władysław Artur Woźniak
Promieniowanie cieplneWymiana ciepła z otoczeniem za pomocą fal elektromagnetycznych (głoacutewnie w
podczerwieni)
gdzie σ=5670310-8 W(m2K4) jest stałą Stefana-Boltzmanna ε jest zdolnością
emisyjną ciała (0 do 1 może zależeć od długości fali) S jest powierzchnią ciała a
T jego temperaturą
4STPprom
Recommended