Termodinamika konspektai


Pirma paskaita. Techninė termodinamika. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai. Termodinaminė sistema tai materialių kūnų visuma, kurie yra mechaninėje ir šiluminėje sąveikoje, vienas su kitu ir su aplinkos kūnais. Termodinaminė būklė ir termodinaminis procesas. Terminiai parametrai ir jų matavimo vienetai. Antra paskaita. Terminė dujų būklės lygtis. Realių dujų būklės lygtis. Idealių dujų mišiniai. Mišinio universali konstanta ir tariamoji molekulinė masė. Grįžtamieji ir negrįžtamieji procesai. Šiluma ir darbas. Dujų darbas. Darbo kūno vidinė energija. Entalpija. Pirmojo termodinamikos dėsnio matematinė išraiška ir jo formulavimas. Dujų specifinė šiluma. Tikroji ir vidutinė specifinė šiluma. Pagrindiniai idealiųjų dujų ir garo termodinaminiai procesai. Izochorinis procesas Izochoriniu procesu vad. Izobarinis procesas. Izobariniu procesu vad. darbo kūno būsenos kitimas, kai nesikeičia dujų slėgis p=const. Dujų tūris yra tiesiogiai proporcingas temp. Vidinės energijos pokytis. Δu =cv(T2-T1). Dujų vidinė energija nesikeičia. Δu =cv(T2-T1)=. Adiabatinis procesas. Adiabatiniu vad. toks procesas, kai tarp darbo kūno ir aplinkos nėra šilumos mainų dq=0, q=. Dq=du+pdv=cvdT+pd=0. (5. 1). Išdiferencijavę Klaiperono lygtį. Pv=rt. Pdv+ vdp=RdT randame temp. Diferencialą. DT=1/R(pdv+vdp). Įstatę šią išraišką į (5. 1) lygtį gausime. Laikydami, kad k=const. , suintegravę gauname adiabatinio proceso lygtį. Lnp+klnv=const. Pvk=const. K – adiabatės eksponentė, priklauso nuo dujų atomingumo ir termodinamikoje laikoma darbo kūno savybių parametru. Iš čia. Darbą apskaičiuosime pagal formulę. U2–u1+l =. L=u1–u2=cv(T1–T2). Adiabatiniame procese atliekant darbą, mažėja vidinė energija, t. y. temp. Entropija, adiabatiniame procese nekinta, nes ds=dq/T=0, s=const. Politropiniai procesas. Politropiniais vad. tokie energijos transformacijos procesai, kurie aprašomi lygtimi. Pvn=const. N – laipsnio rodiklis, vad. politropės eksponente. Ji gali keistis nuo +∞ iki -∞, svarbu, kad nagrinėjamame procese eksponentė yra pastovi. Nagrinėti pagrindiniai termodinaminiai procesai yra politropinio proceso atvejai. Jei n=+∞, pvn = const, pv1/n=p1/+∞V=const, v=const – izochorinis proc. N=0, pvo=const, p=const – izobarinis proc. N=1, pv=const – izoterminis proc. N=k, pvn=const – adiabatinis proc. Proceso specifinė šiluma. Politropinio ir adiabatinio procesų lygtys yra tos pačios analitinės formos, todėl parametrų ryšio bei darbo lygtys bus tokios pat kaip ir adiabatinio proceso tik dydį k reikia pakeisti dydžiu n. Ciklai. Kiekvienas termodinaminis procesas yra energijos transformacijos procesas. Mašinos, kuriuose darbo agentai plečiantis šiluma paverčiama mechaniniu darbu, vad. Termodinaminis procesas, kuriame darbo agentas grįžta į savo pradinę būklę, vad. Tiesioginis ciklas. Juose suspaudimo procesas yra žemiau plėtimosi proceso. L1=pl. 1a. Suspaudimo procesas ( 2b1. Darbo agentui suspausti atliekamas darbas. L2=pl. 1b. Šio darbo sąskaita atiduodama šiluma q2, esant žemai temp T2. Ciklo naud. darbas būtų. L=l1–l2=pl. 1a2b. Per ciklą agentas sunaudoja šilumos kiekį. Q=q1–q. Tiesioginiuose cikluose l1 visada daugiau už l2 ir q1>q2. Pritaikę ciklui I term. dėsnio lygtį. Q=q1–q2=u1–u2+(l1+l2). Kadangi atlikęs ciklą darbo agentas grįžta į pradinę būklę, tai u1=u2 arba u2–u1=0, todėl. L=q1–q2 – ciklo lygtis. Darbu paverstas šilumos q1–q2 ir visos agentui suteiktos šilumos q1 santykis yra ciklo terminis naudingumo koeficientas. Atvirkštinis ciklas. Juose suspaudimo kreivė eina aukščiau išsiplėtimo kreivės. L2=pl. 1a2341, q2=pl. 1a. Suspaudimo procese ( 2b1, agentas atiduoda šilumos kiekį q1 viršutiniam šilumos šaltiniui aukštesnėse temp. L1=pl. 2b1432, q1=pl. 2b. Atvirkštiniuose cikluose suspaudimo darbas l1>l. Ciklo lygtis. L=q1–q. Idealus šaldymo ciklas įvertinimas šaldymo koeficientu ε. Ε=q2/l arba ε=q2/q1–q. Karno ciklas. Paprasčiausias Karno ciklas sudarytas iš dviejų izotermių ir 2 adiabačių. Ciklas atliekamas taip darbo agentas 1 kg plečiasi, besiliesdamas su pastovios temp. Q1=RT1lnv2/v1=T1(s2(s1). Taške 2 šilumos tiekimas nutraukiamas ir dujos plečiasi adiabatiškai, vidinės energijos sąskaita, todėl dujų temp. Toliau reikia agentą sugrąžinti į pradinę būklę. Q2=RT2lnv4/v3=T2(s4–s3). Po to agentas atjungiamas nuo šilumos šaltinio T2 ir suspaudžiamas adiabatiškai. Ciklo terminis naudingumo koeficientas. Ηt – priklauso nuo šildytuvo ir aušintuvo absoliutinių temp. Kai T1 = T2, ηt = 0, tai rodo, kad šilumos darbo paversti negalima esant vienam šilumos šaltiniui t. Vandens garo parametrai ir p(v ir T(s diagramos vandens garui. Vandens temp. ( vo. Verdančio vandens ( v`. Sauso sočiojo garo ( v``. Drėgno sotaus garo ( vx. Perkaitinto garo be indekso ( v. Dujų turbinos, jų ciklai. Darbo kūnas dujų turbinose yra specialiose degimo kamerose gautos aukšto slėgio dujos.


Techninė termodinamika tiria šilumos ir darbo tarpusavio transformacijos procesą. Ji nagrinėja energijos transformacijos dėsnius, įvairiuose fizikiniuose, cheminiuose procesuose, kurie vyksta makroskopinėse sistemose. Priklausomai nuo tiriamų uždavinių yra techninė, cheminė, biologinė. Terminas termodinamika sudarytas iš dviejų graikiškų žodžių: termo – šiluma, dinamika – jėga. Termodinamika nagrinėja kaip tam tikromis sąlygomis vyksta termodinamikos procesas, materijos, šiluminio judėjimo formos. Proceso priežasčių termodinamika nenagrinėja. Jas nagrinėja statistinė fizika. Techninė termodinamika remiasi fenomenologiniu metodu, pagrindinės sąvokos imamos betarpiškai iš eksperimento. Žymiausi mokslininkai S.Karno, D.Maksvelas, Džaulis, Mendelejevas, Majeris.

Termodinaminė sistema tai materialių kūnų visuma, kurie yra mechaninėje ir šiluminėje sąveikoje, vienas su kitu ir su aplinkos kūnais. Kūnai, kuriais šiluma paverčiama darbu, vad. darbo agentais. Šiame procese išnaudojama kūnų savybė plėstis nuo šilumos. Geriausiai šia savybę pasižymi dujos ir garai, tad jie plačiausiai naudojami darbo agentais. Dujos, kurių molekulių savojo tūrio ir tarp molekulių veikiančių jėgų galima nevertinti, vadinamos idealiomis dujomis. Kūnai iš kurių darbo agentas gauna šiluma, vadinamos šildytuvais arba viršutiniais šilumos šaltiniais. Kūnai kuriems, darbo agentas atiduoda šilumą vad. aušintuvais arba žemutiniais šilumos šaltiniais. Darbo agentas, šilumos šaltinis, darbo objektas sudaro termodinaminę sistemą. Kūnai, kurie neįeina į termodinaminę sistemą sudaro aplinką. Sistemą nuo aplinkos skiria kontroliniai paviršiai. Pagr. sistema stūmoklis, cilindras. Aplinka – oras. Sistemos būna: 1) atviros – kai vyksta medžiagų mainai su aplinka. 2) uždaros – kai sistemos darbo agentas nepraeina pro uždarą kontrolinį paviršių.

Nepriklausomų nuo darbo agento formos makrofizinio savybių visuma, vad. jo termodinamine būkle. Dydžiai nusakantys termodinaminę būklę, vad. būklės parametrais. Parametrai, kuriuos galima išmatuoti vad. pagrindiniais parametrais t.y. slėgis p, temperatūra T, specifinis tūris v. Termodinamikoje naudojami ir kaloriniai parametrai entalpija h, entropija s, vidinė energija u.

Sistemos parametrų kitimas vad. termodinaminiu procesu. Pvz.: stūmokliui pasislinkus cilindre, jame esančių dujų tūris, slėgis, temperatūra keisis, vyks plėtimosi arba suspaudimo procesas.

Sistema išvesta iš pusiausvyros būklės ir palikta sau, kai aplinkos parametrai nesikeičia po tam tikro laiko ji grįžta į pusiausvyros būklę. Toks savaiminis sistemos grįžimas į pusiausvyros būklę, vad. relaksacija. Laikas per kurį sistema grįžta į pusiausvyros padėtį vad. relaksacijos laiku. Įvairių procesų relaksacijos laikas yra įvairus: pasikeitus slėgiui dujose ( relaksacijos laikas yra labai nežymus, temperatūrai ( keletas minučių.

Procesas vad. kvazistanciniu, kai jame visi parametrai keičiasi begalo lėtai. Sistema visuose būklėse yra atitinkamoje pusiausvyroje. Sistemos parametrų kitimo greitis turi tenkinti sąlygą

čia a – nagrinėjamo proceso labiausiai kintantis parametras. Cp – labiausiai besikeičiančio parametro greitis. τr – relaksacijos laikas.

Kiekvienos sistemos savybės nusakomi eile parametrų. Terminiai parametrai: slėgis p, temperatūra T, specifinis tūris v.

Slėgis – jėga veikiant į ploto vienetą. Pagal molekulinę(kinetinę teoriją slėgis užrašomas:

čia n – molekulių skaičius tūrio vienete, m – molekulių masė, - molekulių slenkamojo judesio vidutinis kvadratinis greitis. SI sistemoje slėgis – [1 Pa] - [1 N/m2]. p = 1kg/cm2 = 1at = 98066 Pa. 1 baras = 0,1 MPa, dar matuojamas torais. Slėgiui matuoti naudojami barometrai, monometrai, vakuumetrai.

  • Fizika Konspektas
  • Microsoft Word 3891 KB
  • 2018 m.
  • Lietuvių
  • 34 puslapiai (10839 žodžiai)
  • Universitetas
  • Tomas
  • Termodinamika konspektai
    10 - 1 balsai (-ų)
Termodinamika konspektai. (2018 m. Sausio 10 d.). https://www.mokslobaze.lt/termodinamika-konspektai.html Peržiūrėta 2018 m. Vasario 23 d. 18:40
×