Podstawy termodynamiki i kinetyki procesowej - wykład 1

Wykład 1
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Podstawy termodynamiki i kinetyki procesowej
- wykład 1
Anna Ptaszek
Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego
10 marca 2014
1 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Układ termodynamiczny
To zbiór niezależnych elementów, które oddziałują ze sobą
tworząc integralną część świata fizycznego.
OTOCZENIE
UKŁAD
PRZEGRODA
2 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Energia
Trzeba sobie uświadomić fakt, że nadal nie potrafimy
zdefiniować energii. (Richard Feynman)
Rodzaje energii
wewnętrzna, kinetyczna, potencjalna, magnetyczna,
elektryczna, nuklearna...
Energia może być wymieniana na sposób pracy lub ciepła
3 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
energia potencjalna
Anna Ptaszek
energia kinetyczna
duża energia wewnętrzna
niższa energia wewnętrzna
+ energia kinetyczna
4 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Układ może wykonywać pracę objętościową w warunkach
stałego ciśnienia.
V1 < V2
siła, F [N]
5 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Układ może wymieniać energię.
Energia może być pobrana z otoczenia lub do niego
odprowadzona.
To
Ts
To>Ts
To
Ts
To<Ts
6 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Układ
Anna Ptaszek
może być otwarty lub zamknięty.
MASA
E
N
E
R
G
I
A
E
N
E
R
G
I
A
7 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Podstawowe parametry termodynamiczne
intensywne:
T - temperatura,
p - ciśnienie,
c - stężenie,
ρ - gęstość,
v - objętość właściwa,
x -ułamek molowy.
ekstensywne:
V - objętość układu,
n - liczba moli,
m - masa.
8 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Podstawowe funkcje termodynamiczne
entalpia, ∆H,
∆H = ∆U + ∆(p· V )
entropia, ∆S
energia Gibbsa, ∆G
9 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Entropia i chaos
Entropia to miara nieuporządkowania układu (chaos).
Entropia każdego układu rośnie.
10 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Przykład: entropia układu i otoczenia
Anna Ptaszek
U
K
Ł
A
D
O
T
O
C
Z
E
N
I
E
11 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Dlaczego entalpia jest tak ważna?
Entalpia określa ilość energii jaka może być wymieniona na
sposób:
pracy,
lub ciepła,
lub pracy i ciepła.
12 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Przykład: parowanie cieczy
Anna Ptaszek
ogrzewanie
cieczy,
częściowe
odparowanie
wrzenie,
parowanie
z całej
objętości
ogrzewanie
oparów
T
czas
13 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Przykład: parowanie wody
grzanie ⇐⇒ wzrost temperatury
wrzenie ⇐⇒ przemiana fazowa ⇐⇒ praca objętościowa
ciecz
para
ciecz
para
T, o C
20
20
100
100
d, kg /m3
998.2
0.0215
958.4
0.6337
v, m3 /kg
0.0010
46.52
0.0010
1.725
14 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
Ciepło parowania r.
T, o C
10
20
50
100
Hciecz , kJ/kg
51.6
87.1
212.3
426.5
Hgaz , kJ/kg
2524.2
2538.9
2592.9
2678.7
r =∆H, kJ/kg
2470.6
2451.8
2380.6
2252.2
15 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
Anna Ptaszek
r - entalpia parowania,
kJ
kg
Ilość energii potrzebna do odparowania 1kg cieczy pod stałym
ciśnieniem.
cp - ciepło właściwe,
kJ
kg ·K
Ilość energii potrzebna do ogrzania 1kg substancji o 1K.
16 / 17
Podstawy termodynamiki
Podstawy termodynamiki i
kinetyki
procesowej wykład 1
ciepło parowania wybranych cieczy - zależność temperaturowa
Anna Ptaszek
17 / 17