Thermodynamics Flashcards
SI-Units Temperature Mass Length Time Velocity Acceleration (ускорение) Force Pressure Energy Power
Temperature - Kelvin Mass - kg Length - m Time - s Velocity - m/s Acceleration (ускорение) - m/s(2) Force - kg*m/s(2) - N - Newton Pressure - kg/(m*s(2)) - Pa - Pascal Energy - kg*m(2)/s(2) - J - Joule Power - kg*m(2)/s(3) - W - Watt
Definitions:
system
surroundings
boundary
System: whatever we want to study
Surroundings: whatever is around the system but not part of it
Boundary: the interface between the system & the surroundings
Laws of Thermodynamics: 1, 2
- the overall energy of any closed system is
conserved. No energy can be lost. This is equivalent to the energy balance. - The second law of thermodynamics introduces irreversibilities. Examples of such
irreversibilities are:
• friction (resulting from flow of matter), e.g.: pipes, turbines, compressors
• heat transfer with finite temperature difference in boilers and heat exchangers as result of:
convection, radiation
• spontaneous chemical reactions
• chemical reaction (combustion), e.g.: combustion chamber of a boiler, combustion chamber
of gas turbines
• mixing: quantities of the same substances at different temperatures different substances at
the same temperature
• Electric current flow through a resistance
Energy Analysis of Thermodynamic Cycles
Energy balance of a cycle
ΔEcycle = ΔQcycle − Wcycle
Since we return to the orginial state there is
no net change in the cycle energy and thus
Wcycle = ΔQcycle
This applies to every thermodynamic cycle
independent of the processes
Energy Analysis of Thermodynamic Cycles 2
we define the thermal efficiency
η = Wcycle/Qin
and if we fill in the above
η = Qin − Qout/Qin = 1 − Qout/Qin
From this we see that always η < 1
Clausius Inequality
From Clausius and Kelvin-Planck we learn that we need a hot and a cold reservoir for any
thermodynamic cycles.
Clausius inequality:
ф(δQ/T)b ≤ 0
with δQ heat transfer and T absolute temperature at a given part of the system boundary b
Introducing an arbitary variable (произвольная переменная) S we can reformulate:
ф(δQ/T)b = −S
with:
S=0: no irreversibilites (необратимый процесс процесс, который нельзя провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния. Все реальные процессы необратимы. Переход кинетической энергии макроскопического движения через трение в теплоту, то есть во внутреннюю энергию системы, является необратимым процессом. Законы необратимых процессов могут быть обоснованы с помощью методов электрокинетической теории тепла)
S>0: irreversibilites present
S<0: impossible
Let us call this variable „entropy“. (физическая величина, используемая для описания термодинамической системы, одна из основных термодинамических величин. Энтропия является функцией состояния и широко используется в термодинамике, в том числе технической (анализ работы тепловых машин и холодильных установок) и химической (расчёт равновесий химических реакций).