plahvatama suure surve tagajärjel Bensiinimootoris pannakse kütusesegu plahvatama sädemega küünlast Diiselmootor seisatakse kui kütusel takistatakse liikumine silindrisse Bensiinimootor seisatakse kui lülitatakse välja elektrisüsteem, mis tagab küünalde töö Termodünaamika seadused Keha siseenergia muut- keha siseenergia muut on võrdne kehale antud soojushulga ja väliste jõudude poolt tehtud töö summaga. Adiabaatiline protsess- adiabaatilises protsessis ei toimu keha või kehade süsteemi soojusvahetust väliskeskkonnaga Külmemalt soojemale- soojus ei saa iseeneslikult üle minna külmemalt kehalt soojemale Iseeneslikud protsessid- iseeneslikud (spontaansed) protsessid viivad keha soojusliku tasakaalu olekusse Suletud süsteemi energia- suletud süsteemi koguenergia on jääv Soojusmasin Soojusmasin- soojusmasin muudab soojusenergia mehaaniliseks tööks
plahvatama suure surve tagajärjel Bensiinimootoris pannakse kütusesegu plahvatama sädemega küünlast Diiselmootor seisatakse kui kütusel takistatakse liikumine silindrisse Bensiinimootor seisatakse kui lülitatakse välja elektrisüsteem, mis tagab küünalde töö Termodünaamika seadused Keha siseenergia muut- keha siseenergia muut on võrdne kehale antud soojushulga ja väliste jõudude poolt tehtud töö summaga. Adiabaatiline protsess- adiabaatilises protsessis ei toimu keha või kehade süsteemi soojusvahetust väliskeskkonnaga Külmemalt soojemale- soojus ei saa iseeneslikult üle minna külmemalt kehalt soojemale Iseeneslikud protsessid- iseeneslikud (spontaansed) protsessid viivad keha soojusliku tasakaalu olekusse Suletud süsteemi energia- suletud süsteemi koguenergia on jääv Soojusmasin Soojusmasin- soojusmasin muudab soojusenergia mehaaniliseks tööks
ja tehnilise töö suhe. Isotermiliseks nimetatakse sellist termodünaamilist protsessi, mis toimub püsival temperatuuril (T=konst. ja dT=0). dq=dlt=-vpdp protsessis sooritatav mehaaniline töö on protsessis sooritatava tehnilise tööga isotermilisse 66. Adiabaadi ehk Possoni võrrand. pvk=konst 67. Isotermi ja adiabaadi kujutamine p-v diagrammil paisumisprotsessis 68. Mitu korda on adiabaatilises protsessis tehtav tehniline töö mehaanilisest tööst suurem. Mehaaniline töö l=R/(k-1) (T1-T2) =...... Tehniline töö: lt=k l Adiabaatilises protsessis tehtav tehniline töö on mehaanilisest tööst k korda suurem 69. Milliseid protsesse loeme polütroopseteks. Polütroopsed protsessid on sellised protsessid, mis toimuvad konstantsel erisoojusel 70. Polütroobi võrrand. pvn konst. 71. Polütroopsete protsesside jagunemine nelja gruppi ja nende kujutamine p-v
töö suhe. Isotermiliseks nimetatakse sellist termodünaamilist protsessi, mis toimub püsival temperatuuril (T=konst. ja dT=0). dq=dlt=-vpdp protsessis sooritatav mehaaniline töö on protsessis sooritatava tehnilise tööga isotermilisse 67. Adiabaadi ehk Possoni võrrand pvk=konst 68. Isotermi ja adiabaadi kujutamine p-v diagrammil paisumisprotsessis 69. Mitu korda on adiabaatilises protsessis tehtav tehniline töö mehaanilisest tööst suurem. Mehaaniline töö l=R/(k-1) (T1-T2) =...... Tehniline töö: lt=k l Adiabaatilises protsessis tehtav tehniline töö on mehaanilisest tööst k korda suurem 70. Milliseid protsesse loeme polütroopseteks. Polütroopsed protsessid on sellised protsessid, mis toimuvad konstantsel erisoojusel 71. Polütroobi võrrand. pv n = konst. 72
(soojushulk, temperatuur, entroopia,soojusmahtuvus jne). Füüsikalist keha või kehade kogumit, mis on piiritletud reaalse või kujuteldava piirpinnaga, nimetatakse termodünaamiliseks süsteemiks ja selle süsteemi oleku muutumist termodünaamiliseks protsessiks. Termodünaamilisi süsteeme ja protsesse saab liigitada vastavalt sellele, millises vastasmõjus on süsteem ümbritseva keskkonnaga (isoleeritud, soojuslikus kontaktis, adiabaatilises kontaktis jne). Reaalsete füüsikaliste süsteemide omadusi õnnestub sageli kirjeldada idealiseeritud mudelite kaudu (näiteks ideaalne gaas). 3 1. TERMODÜNAAMIKA ESIMENE SEADUS Termodünaamika esimene seadus on sisuliselt energia jäävuse seadus. See on edasiarendus mehaanilise energia jäävusest võttes arvesse ka kehade siseenergia ning soojuse kui energiaülekandevormi olemasolu. (Näiteks hõõrdumise esinemisel on
T = const U = Q - Ag 3 U = 0; Q = Ag U = 2 kTN U= 0 Isotermilise protsessi korral kulub gaasile antav soojushulk selle poolt tehtavaks tööks. · Isobaarilisel protsessil Isobaarilise protsessi korral kulub soojushulga muutus nii süsteemi siseenergia muutuseks kui ka gaasi poolt tehtavaks tööks, kuna soojushulga muutus ei sõltu süsteemi rõhust. Q = U + Ag · Adiabaatilisel protsessil Q = U + Ag Ag -= U Q= 0 Adiabaatilises protsessis saab gaas mehaanilist tööd teha vaid oma siseenergia kahanemise arvelt. 9. Sõnasta termodünaamika II printsiip Soojusenergia saab iseeneslikult kanduda vaid soojemalt kehalt külmemale, vastupidine protsess on võimalik ainult juhul, kui selleks tehakse täiendavat tööd (kulutatakse täiendavat energiat). 10. Mis on soojusmasinad ? SOOJUSMASINATEKS nimetatakse soojusenergiat mehaaniliseks energiaks muundavaid
Siin mehaaniline ja tehniline töö on omavahel võrdsed. Seega muundub isotermilisse protsessi antav soojus täielikult tööks. Kunaideaalse gaasi siseenergia ja entalpia sõltuvad ainut temp-ist, siis on isoterm. protsessis Δu=Δi=T(s2-s1). Ts-diagrammil väljendub isotermiline protsess horisontaalse joonena. Joonis: p T 5. Adiabaatne protsess on selline td prot. mis toimub soojuslikult isoleeritud tingimustes. (dq=0, q=0). Adiabaatilises td- lies protsessis tehtav mehaaniline töö võrdub siseenergia vähenemisega, tehniline töö entalpia vähenemisega. k=cp/cv. p T v s Polütroopne protsessiks nim. sellist protsessi, mille käigus erisoojus ei muutu. s.t. sellist protsessi, mis allub võrrandile T•ds/dT=c=const. Polütroopse protsessi põhivõrrand on –pvN =const p
13 Termodünaamika esimene printsiip: U=Q+A. 14 Adiabaatiline protsess: süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses Q=0 ja süsteem teeb tööd oma siseenergia arvelt U=-A. Kui pV teljestikus p suunas toimub liikumine, siis gaas teeb tööd. Reaalselt on adiabaatilised protsessid kiiresti toimuvad protsessid. Näiteks küttesegu kokkusurumine diiselmootoris. (kokkusurumisel küttesegu temperatuur tõuseb kuni süttimistemperatuurini.) Adiabaatilises protsessis väheneb siseenergia ja gaas teeb tööd. 15 k- kütteväärtus ehk ühe kg kütuse täielikul põlemisel vabanev soojushulk J/kg Q = m Aine ehitus Kõik ained: 1 koosnevad osakestest 2 on pidevas liikumises 3 osakesed omavad energiat Aine puhul eristatakse agregaatolekuid: tahke, vedel ja gaas. (erijuht: plasma, ioniseeritud gaas.). Erinevates olekutes on molekulide liikumine ja vahemaad erinevad. Gaas:
Adiabaatiliseks nim. protsessi, milles termodünaamilises süsteemis ei ole soojusvahetust ümbritseva keskkonnaga. See tähendab Q=0 ning energiat saab üle kanda vaid tööna. Praktikas ei õnnestu süsteemi täielikult ümbritsevast isoleerida. Kuid tänu sellel, et soojusvahetus on suhteliselt aeglane protsess, võib seda tihti lugeda tühiseks kiiretes protsessides. Siis ongi protsess adiabaatiline. TD. I seadusest ja siseenergia valemist tuleneb: A= -(U2-U1)= -i/2*(m/µ)R(T2-T1). Adiabaatilises protsessis teeb gaas tööd oma siseenergia arvel. Töö on +, kui temperatuur alaneb, siseenergia kahaneb. Sel juhul gaas paisub. Kokkusurumisel kehtib vastupidine- gaasi töö on neg., siseen. ja temp. kasvab. Rõhu ja ruumala muutumise seose leidmiseks lähtume I seaduse alusest diferentsiaalsel kujul. dQ=0 seega dU=-dA dQ=dU+dA=0
Termodünaamika esimene printsiip: U=Q+A. Adiabaatiline protsess: süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses Q=0 ja süsteem teeb tööd oma siseenergia arvelt U=-A. Kui pV teljestikus p suunas toimub liikumine, siis gaas teeb tööd. Reaalselt on adiabaatilised protsessid kiiresti toimuvad protsessid. Näiteks küttesegu kokkusurumine diiselmootoris. (kokkusurumisel küttesegu temperatuur tõuseb kuni süttimistemperatuurini.) Adiabaatilises protsessis väheneb siseenergia ja gaas teeb tööd. k- kütteväärtus ehk ühe kg kütuse täielikul põlemisel vabanev soojushulk J/kg Q m Aine ehitus Kõik ained: koosnevad osakestest on pidevas liikumises osakesed omavad energiat Aine puhul eristatakse agregaatolekuid: tahke, vedel ja gaas. (erijuht: plasma, ioniseeritud gaas.). Erinevates olekutes on molekulide liikumine ja vahemaad erinevad. Gaas:
Termodünaamika esimene printsiip: U=Q+A. Adiabaatiline protsess: süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses Q=0 ja süsteem teeb tööd oma siseenergia arvelt U=-A. Kui pV teljestikus p suunas toimub liikumine, siis gaas teeb tööd. Reaalselt on adiabaatilised protsessid kiiresti toimuvad protsessid. Näiteks küttesegu kokkusurumine diiselmootoris. (kokkusurumisel küttesegu temperatuur tõuseb kuni süttimistemperatuurini.) Adiabaatilises protsessis väheneb siseenergia ja gaas teeb tööd. k- kütteväärtus ehk ühe kg kütuse täielikul põlemisel vabanev soojushulk J/kg Q m Aine ehitus Kõik ained: koosnevad osakestest on pidevas liikumises osakesed omavad energiat Aine puhul eristatakse agregaatolekuid: tahke, vedel ja gaas. (erijuht: plasma, ioniseeritud gaas.). Erinevates olekutes on molekulide liikumine ja vahemaad erinevad. Gaas: molekulide vahekaugus hästi suur
(52) µ V1 (2) Isobaarilises protsessis T2 / T1 = V2 / V1 ning m m S = ( CV + R ) ln V 2 = C p ln V2 . (53) µ V1 µ V1 (3) Isohoorilises protsessis V2 = V1 ning m T2 . S = CV ln (54) µ T1 (4) Adiabaatilises protsessis dQ = 0 ning S =0, (55) mis tähendab, et adiabaatiline protsess on isoentroopiline protsess - selle käigus jääb süsteemi entroopia konstantseks. Konstrueerides reaalse gaasi isoterme järjest kõrgemate tem-peratuuride jaoks kõdub lõik 2 3 lõpuks nn. kriitiliseks punktiks C, kus aine olekut nimetatakse kriitiliseks olekuks. Vastavat temperatuuri kutsutakse kriitiliseks temperatuu- riks
nimetatakse adiabaadi astendajaks ja teda on negatiivset tööd. lihtne leida vabadusastmete arvu järgi: et const, siis ja T = 0 C p = aine soojusmahtuvus konstantsel rõhul 0 = Q+A C V = aine soojusmahtuvus konstantsel ruumalal Q = A' p = rõhk 4.Töö adiabaatilises protsessis: Väga tähtsate termodünaamiliste protsesside hulka V = ruumala kuuluvad ka need protsessid, mille i = ergastunud vabadusastmete arv, mis kulgemisel keha on soojuslikult täiesti isoleeritud, s.o. mis kulgevad ilma soojuse näitab, mitut parameetrit (üldistatud juurde- ja äravooluta
(joon.13) §74. Adiabaatiline protsess. Adiabaatiliseks nim. protsessi, milles termodün. süs. ei ole soojusvahetust ümbritseva kk.- ga. St. Q=0. Praktikas ei õnnestu süsteemi täielikult ümbritsevast isoleerida. Kuid tänu sellel, et soojusvahetus on suhteliselt aeglane protsess, võib seda tihti lugeda tühiseks kiiretes protsessides. Siis ongi protsess adiabaatiline. Ternodün. 1 alusest ja siseenergia valemist tuleneb: A= -(U 2-U1)= -i/2*NR(T2-T1). Adiabaatilises protsessis teeb gaas tööd oma siseenergia arvel. Töö onpositiivne, kui temperatuur alaneb, siseenergia kahaneb. Sel juhul gaas paisub. Kokkusurumi-sel kehtib vastupidine- gaasi töö on neg., siseen. ja temp. kasvab. Rõhu ja ruumala muutumise seose leidmiseks lähtume I alusest diferentsiaalsesl kujul. Arvestame, et Q=0; A=pdV; dV=i/2*NR dT. Antud juhul mittevajaliku temp. muudu dT elimineerimine olekuvõr-randi pV=NRT abil, seda diferentseerides: pdV+Vdp=NRdT. Nii saame:
V2 V1 Lihtsate algebraliste teisendustega saame siit töö avaldise jaoks järgmise kuju: [ ] −1 p V V A= 1 1 1− 1 . (2.40) −1 V2 Kasutades ideaalse gaasi olekuvõrrandit võime anda töö adiabaatilises protsessis ka järgneva valemi abil: [ ] −1 z RT1 V A= 1− 1 . (2.41) −1 V2 Seostest (2.40) ja (2.41) saab leida ka ideaalse gaasi töö polütroopses protsessis võttes =n . 2.6. Gaasimolekulide jaotus kiiruste järgi. Gaasimolekulid liiguvad väga erinevate kiirustega
vaadeldava termodünaamilise süsteemi soojusvahetust keskkonnaga, Q 0. Järelikult teeb gaas tööd ainuüksi oma siseenergia arvel. Tehtud töö 14 i mR A U T2 T1 . 2 Juhime tähelepanu sellele, et ehkki soojusvahetust keskkonnaga ei toimu, ei ole adiabaatilises protsessis gaasi temperatuur kunagi konstantne. Siis siseenergia lõpmata väike muut imR dU A dT pdV . 2 Elimineerime siit temperatuuri muudu, avaldades Mendelejev-Clapeyroni võrrandist korrutise pV ja diferentseerides seda. Saame mR pdV Vdp dT . Avaldame siit diferentsiaali dT, asendame eelmisse võrrandisse: i2 i i2
annaabi.ee 
