2. predavanje Flashcards
- 4 specifična termodinamička procesa u praktičnim situacijama:
- bez prenosa toplote ili adijabatski (Q = 0)
- konstantna zapremina, ili izohorni (V = const.)
- konstantan pritisak ili izobarni (p = const.)
- konstantna temperatura ili izotermn (T = const.)
- Adijabatski proces
Formula 2. zakona TD
Grafik
Pri adijabatskom procesu nema izmjene topline s okolinom.
U2 - U1 = delta U = -W
Kada sistem ekspandira adijabatski, rad W je pozitivan (sistem vrši rad na svojoj okolini), tako da je delta U je negativno, a unutarnja energija se smanjuje.
Kada je sistem komprimiran adijabatski, W je negativno, (okolina je izvršila rad na sistemu) tako da unutrašnja energija U raste.
- Izvesti jednačine za adijabatski proces
- Izohorni proces
Nacrtati p-V dijagram za ovaj proces
Zagrijavanje gasa u zatvorenoj posudi konstantnog volumena je primjer izohornog procesa.
Ako je V=const, sistem ne vrši rad na svojoj okolini.
W = 0, U2 - U1 = deltaU = Q
- Izobarni proces
Nacrtati p-V dijagram za ovaj proces
p=const. Pri izobarnom procesu pritisak plina je konstantan a volumen i temperatura se mijenjaju.
W = p*(V2 - V1)
- Izotermni proces
Nacrtati p-V dijagram za ovaj proces
T=const.(p*V=f(T)=const)
Kod izotermnih procesa, protok toplote u ili iz sistema mora biti dovoljno spor, tako da se zadrži termička ravnoteža. Q, W su različiti od 0. Ako je T=const, unutarnja energija U=const. Sva energija koja ulazi u sistem kao toplota Q, mora izaći kao rad.
delta U = 0, Q = W
W = nRTln(V2/V1)
- Nacrtati grafik sva 4 TD procesa
- Reverzibilni i ireverzibilni procesi
Ireverzibilni procesi - procesi koji se dešavaju spontano u jednom smjeru, ali ne u drugom.
Protok toplote sa toplijeg tijela na hladnije je primjer nepovratnog procesa - ireverzibilan proces.
Reverzibilan proces (povratni) – ako se dozvoljava povratak sistema u njegovo početno stanje ne ostavljajući nikakve promjene na okolini.
- Toplotna mašina
Najjednostavnija mašina
Šta se čini pomoću toplotnih mašina?
Uređaj koji transformiše toplotu djelimično u rad ili mehaničku energiju naziva se TOPLOTNA MAŠINA.
Najjednostavnija mašina je ona gdje radna materija prolazi kroz ciklični proces.
Pretvaranje toplote u mehaničku energiju se vrši pomoću toplotnih mašina.
- Nacrtati i objasniti grafike:
Džulov kružni proces,
Ottov kružni proces i
Dizelov kružni proces
- Topli i hladni rezervoar
delta U = 0
Topli rezervoar- izvor topline; predaje radnoj materiji. Drugo tijelo se naziva hladni rezervoar, apsorbuje veliki iznos odbačene toplote iz mašine na konstantnoj nižoj temperaturi TC.
Q je pozitivno kada toplina ulazi u radnu materiju
Negativna kada izlazi iz radne materije
QC- negativno- toplina koja izlazi iz radne materije
Ukupna apsorbovana toplota
Q = QH + QC = /QH/ - /QC/
1. Zakon termodinamike:
- Termička efikasnost mašine (stroja):
e = W/QH (W = QH + QC)
e = 1 + QC/QH = 1 - (QC/QH)
- Ottov ciklus (nacrtati i detaljno objasniti) (4 stanja)
Udarni takt
Kompresijski takt
- Termička efikasnot Ottovog ciklusa (izvesti formulu)
e = 1 - (1 / (r^gama -1))
- Karakteristike Ottovog ciklusa
Efikasnost realnog benzinskog motora:
Detonacija (predpaljenje)
Efikasnost uvijek manja od 1 čak i za idealiziran proces.
Za r = 8 i gama = 1,4, teorijska efikasnost procesa je 56%.
Efikasnost raste kako se povećava r.
Efikasnot realnog benzinskog motora je oko 35 %
Ako je temperatura dovoljno velika onda može doći do spontane eksplozije umjesto ravnomjernog paljenja svjećicom.
- Dizelov ciklus (nacrtati i detaljno objasniti)
Karakterisitke ovog ciklusa
Udarni takt
Kompresijski takt
r =15-20- mnogo veći od benzinskog motora. Efikasnost veća 0,65-0,7–
- Poređenje Dizelovog motora i Ottovog motora
Poređenje
Dizel
- Rad koji se obavlja u ovom ciklusu je veći nego u Otto ciklusu
Otto
- Brzo sagorijevanje goriva
- promjenu snage i brze promjena brzine.
- Gorivo je zapaljivo na sobnoj temperaturi, a motor radi pri znatno nižim omjerama kompresije u odnosu na Dizel ciklus, omogućujući lakše i manje složene motore.
- Hladnjak
Koefcijent hladenja
Hladnjak – toplotna mašina koja radi u suprotnom smjeru
Hladnjak uzima toplinu od hladnog spremnika (unutrašnjosti hladnjaka) i predaje ju toplom spremniku (okolini)
Toplotna mašina vrši rad –predaje rad
Hladnjaku je potrebno predati rad
Za hladnjk Qc je pozitivno ali W i QH je negativno,
K = QC/W = QC/(QH - QC) K = Ht/Pt = H/P
K - stepen izmjene topline, H - toplina regiona koji se hladi, P - ulazna snaga
- zakon TD
U nekom cikličnom procesu uvijek možemo sav rad prevesti u toplotu ali svu toplotu ne možemo prevesti u rad - dakle sa 100% stepenom efikasnosti.
Nemoguć prepetuum mobile druge vrste. tj. nije moguće dobiti korisni mehanički rad uz samo jedan toplinski spremnik. (Kelvin-Plankova formulacija 2. zakona termodinamike)
Reformulacija : Nemoguć je proces koji bi rezultirao prenosom topline od hladnijeg ka toplijem tijelu (Clasijusova formulacija)
- Carnoov ciklus
Carnotov toplinski stroj je najefikasniji termodinamički sistem u smislu pretvaranja topline u mehanički rad. U Carnotov kružnom procesu idealni plin se preko dva izotermna i adijabtska procesa vraća u početno stanje.
- Koraci Carnoovog ciklusa (objasniti, nacrati i formule napisati)
Koraci Carnotovog ciklusa:
- Izotermna ekspanzija gasa na tempertauri TH –apsorpcija topline QH –(ab)
- Adijabatska ekspanzija –temperatura opada do TC –(bc)
- Izotermna kompresija na TC– otpuštanje topline QC (cd)
- Adijabatska kompresija do konačnog početnog stanja na temperaturi TH (da).
- Efikasnost Carnoovog ciklusa
- Entropija, izvesti formulu za entropiju
- zakon termodinamike → uveo koncept temperature
I. zakon termodinamike → uveo koncept unutarnje energije
II. zakon termodinamike → uveo koncept entropije
Dakle entropija je vezana za usmjerenošću prirodnih procesa.
Entropija = kvantitativna mjera nereda
dQ = dW = pdV = (nRT/V) * dV ==> dV/V = dQ/nRT
dS = dQ/T
Dakle Q/T je odgovarajuća karakteristika povećanja u slučajnosti ili nereda kada toplota ulazi u sistem.
- Entropija reverzibilnih procesa
Promjena entpropije od početnog stanja 1 do konačnog stanja 2 je
delta S = integral od stanja 1 do stanja 2 (dQ/T) –> funkcija stanja
delta S = S2 - S1
- Promjena entropije u jednom ciklusu Karnoovog procesa
- Ukupna promjena entropije u svakom reverzibilnom kruznom procesu
Sr = integral dQ/T = 0
- Entropija kod ireverzibilnih procesa
Promjena entropije u slučaju ireverzibilnih procesa
(Q1 + Q2) / Q1 < (T1 - T2) / T1
Q1/T1 + Q2/T2 < 0 (Za Q2 uzeti negativno)
integral dQ/T < 0
dS >= dQ/T
