Q=U+A. Sisenergia muundatake mehaaniliseks energiaks.Töötava kehaks on gaas(paisub märgatavalt ja tõmbub kokku). Masina töö peab olema tsükliline. Masina juurde kuuluvad soojendaja ja jahutaja.Ideaalne soojusmasin.Carot tsikkel-1)takt-isotermiline protsess,soojendajalt saadud soojushulk kulub paisumisel gaasi tööks.2)adiapaatioline protsess, gaasi jätkab töö tegemist,nüüd siseenergia arvelt.3)Isoterminline protsess välisjõud suruvad gaasi kokku.Energia läheb jahutajale.4)Adiapaatiline protsess-välisjõud suruvad gaasi kokku,selle siseenergia suureneb.Seal kasutatakse seda osa energiast: Gaasi töö- välisjõudude töö.(Soojendajalt saadud soojushulk minus jahutajale antud soojushulk). Termodünaamika 2 printsiip. Teine seadus määrab ära protsesside suuna. TD 2. Seadus* soojus ei saa iseenesest minna külmemalt kehalt kuumemale. Entroopia kasvab.Entroopia on füüsikaline suurus, mis iseloomustab süsteemi olekut
Q = 1200 J =? 7 Kuna soojendilt saadud soojushulk Q on soojusmasina ühe tsükli jooksul kulutatud koguenergia ja selle jooksul tehtud kasulik töö on A, siis on soojusmasina kasutegur A = . Q Arvutamisel saame tulemuseks 300 = = 0,25 . 1200 Vastus: soojusmasina kasutegur on 0,25 ehk 25%. Näidisülesanne 9. Kui suur on ideaalse soojusmasina kasutegur, mis saab soojusallikalt soojushulga 2,8 kJ ja annab jahutajale ära soojushulga 2,1 kJ? Lahendus. Antud: Q1 = 2,8 kJ Kujutame ideaalse soojusmasina tööd Q2 = 2,1 kJ järgmise joonisega, kus Q1 =? soojusallikalt saadud soojushulk, Q2 jahutaja äraantud soojushulk ja A soojusmasina poolt tehtud kasulik töö. Kasuteguri leidmiseks tuleb kasulik töö jagada kogu kulutatud energiaga. Kuna soojusmasina
kogu soojust ei ole võimalik täielikult konverteerida tööks). Termodünaamika teine seadus väljendab termodünaamiliste protsesside statistilist iseloomu ja on aluseks nii entroopia kui ka temperatuurimõiste defineerimisel termodünaamikas. Esitan mõned termodünaamika teise seaduse tuntumad põhimõtted: 1) Teist liiki perpetum mobile on võimatu. (Joonis 1) 2) Soojusmootor saab toota mehaanilist energiat ainult soojusallikalt saadava ja jahutajale äraantava soojuste vahe arvel. (Joonis 2) Q L=Q MOOTOR Joonis 1 Q1 L= Q1 - Q2 MOOTOR Q2 Joonis 2
V-potetsiaalne energia; m-keha mass; g= raskuskiirendus; h-kõrgus Mehaanilise energia jäävus-Teatud kõrgusele tõstetud keha potentsiaalne energia on muundatav kineetiliseks ja kineetilisest energiat on võimalik tagasi saada potentsiaalne energia. Termodünaamika 1. seadus – Energia ei teki ega kao, see võib ainult muuta oma vormi. Esimest liiki permetuum mobile on võimatu. Soojusmasina kasutegur – saadud tööhulga A ja kulutatud soojushulga Q1 suhe. Q2-jahutajale ära antud soojushulk; n-soojusmasina kasutegus; A- saadud tööhulk; T-kelvini temperatuur Entroopia – ülekantava soojushulga ja ülekandmise temperatuuri suhe. Mida kõrgem on temperatuur seda väiksem on entroopia, kuigi ülekantav soojushulk on sama. ÜHIK J/K. Entroopia iseloomustab tööks mittemuunduvaid soojushulki. Q-ülekantav soojushulk; T-absoluutne temperatuur; S-entroopia Informatsioon
Niisugusteks protsessideks on adiabaat (ei toimu soojusülekannet) ning isoterm (soojusülekanne toimub konstantsel temperatuuril. Kahest isotermist ning kahest adiabaadist koosnevat ringprotsessi nimetataksegi Carnot' tsükliks. Carnot' tsükkel koosneb kahest isotermist (1 - 2 ja 3 - 4) ning kahest adiabaadist (2 - 3 ja 4 - 1). Soojusmasinas toimuvad protsessid on tsüklilist laadi. Ühes tsükli osas lisatakse soojus, teises tsükli osas tehakse tööd ja antakse osa soojust üle jahutajale. Kuna soojusmasinate töötavaks kehaks on enamasti gaas, siis kirjeldatakse soojusmasina tööd ideaalse gaasi seadusest pV =n RT lähtuvate rõhk-ruumala diagrammidega. Entroopia on pööratava protsessi olekufunktsioon. Entroopia iseloomustab süsteemi oleku muutust, mis toimub siis, kui pööratavas protsessis süsteem sama temperatuuri juures saab juurde või annab ära soojust. Termodünaamika teine seadus ja füüsikaliste ning keemiliste protsesside suund
Maksimaalseks kasuteguriks loetakse ka 62%. Reaalses elus seisavad sellele masinale vastu kõiksugu jõud: hõõrdejõud, soojuskaod jne. 9.3.Carno't ringprotsess - koosneb isotermilisest paisumisest-töötav keha on kokkupuutes soojusallikaga, mille absoluutne temp. on T1 ja saab sellelt soojushulga Q1. Adiabaatilisest paisumisest töötav keha teeb oma siseenergia arvel tööd ning jahutab jahutaja temp-ni T2. Isotermilisest kokkusurumisest töötav keha annab Temp-l T2 jahutajale soojushulga Q2. Adiabaatilisest kokkusurutud keha temp. tõuseb uuesti soojusallika temp.-ni
Termodünaamilised süst. jag. veel materjaalselt suletuiks isotermselt ja 4--1 isoentroopselt. Isotermilisel ja avatuiks. Materjaalselt suletud süst. puudub komprimeerimisel jahutajale üleantav soojushulk massivahetus väliskeskkonnaga. Termodünaamiliseks 4). Adiabaatne protsess on selline td prot. mis protsessiks nim. termod.süs. toimuvaid järjestikulisi avaldub diagrammil pindalana q2=B34AB. Jooniselt toimub soojuslikult isoleeritud tingimustes. (dq=0, olekumuutusi
reservuaarist, teeb kasulikku tööd ning annab tagasi algolekusse minnes soojust välja. Soojusmasinad töötavad tsüklitena, mille lõppedes on soojusmasin esialgses olekus, et alustada uut tsüklit. Lihtsaimat soojusmasina tsüklit illustreerib joonis. Soojusmasina skeem: Soojusallikalt saadav energiahulk Q1 jaguneb masinas kasulikuks tööks A ning jahutajale antavaks jääksoojuseks Q2. Soojushulk Q1 võetakse kuumast reservuaarist temperatuuriga T1 selleks, et teha tema arvel mehhaanilist tööd A . Lisaks tekib jääksoojus Q2, mis antakse üle külmale reservuaarile temperatuuril T2. Rakendame sellele tsüklile termodünaamika 4
Kahest isotermist ning kahest adiabaadist koosnevat ringprotsessi nimetataksegi Carnot' tsükliks. Carnot' tsükkel koosneb kahest isotermist (1 - 2 ja 3 - 4) ning kahest adiabaadist (2 - 3 ja 4 - 1). Soojusmasinas toimuvad protsessid on tsüklilist laadi. Ühes tsükli osas lisatakse soojus, teises tsükli osas tehakse tööd ja antakse osa soojust üle jahutajale. Kuna soojusmasinate töötavaks kehaks on enamasti gaas, siis kirjeldatakse soojusmasina tööd ideaalse gaasi seadusest pV =n RT lähtuvate rõhk-ruumala diagrammidega. 5. Tuletage Carnot' tsükli kasutegur ja defineerige entroopia kui olekufunktsioon. Arvutame Carnot' tsüklil töötava soojusmasina kasuteguri. Selleks peame kogu tsükli vältel tehtava töö jagama gaasile isotermilisel paisumisel antava soojushulgaga Töö isotermilisel kokkusurumisel avaldub samasuguse valemiga
Kasutegur: t= lo/q1=q1-q2/q1 –TD II seadus. Carnot’ ringprotsess. Otsene ja pööratud? Kujutan Carnot’ ringprotsessi Ts-diagrammil. Td keha paisub olekust 1 olekusse 2 isotermiliselt, mis Ts-diag väljendub pindalana q1=A12BA. Isotermilisele paisumisele järgneb adiabaatne paisumine2—3. Termodünaamiline keha tuuakse olekust 3 olekusse 1 kahejärgulise komprimeerimisega, kus 3—4 toimub isotermselt ja 4—1 isoentroopselt. Isotermilisel komprimeerimisel jahutajale üleantav soojushulk avaldub diagrammil pindalana q2=B34AB. Jooniselt järeldub et soojusallikalt ringprotsessi antud soojushulk q1=sT1, ning ringpr jahutajale üleantud soojushulk q2=sT2. Carnot’ rp. termiline kasutegur on c=1-q2/q1=1-T27T1, kus T1 ja T2 on soojusallika ja jahutaja absoluutsed temp 9. Sisepõlemismootorite ringprotsessid. Sisepõlemismootorite põhiliseks protsessiks, kus toimub soojuse protsessi juhtimine(kütuse
rohkem tööd, kui talle väljastpoolt energiat juurde antakse. Kogu juurdeantav energia eilähe tööks. Soojusmasina kasutegur on masina poolt tehtud (kasuliku) töö A ja juurdeantava soojushulga Q12 suhe: A Q 12 −Q 21 = = ≤1 . (4.3) Q 12 Q 12 Sageli tähistatakse Q s=Q 1≡Q 12 - soojendaja poolt kehale antav soojushulk; Q k =Q2 ≡Q 21 - kehalt jahutajale antav soojushulk. 4.2. Termodünaamika II printsiip, ideaalne soojusmasin. Külmkapp ja soojapump A Termodünaamika II printsiibi mõned formuleeringud: 1) Ei ole võimalik selline protsess, mille ainus lõpptulemus oleks soojuse üleminek külmemalt kehalt soojemale. Soojuse ülekandmine külmemalt kehalt soojemalt on võimalik, kuid sel juhul peab mingi masin tegema tööd soojuse ära võtmiseks külmemalt kehalt, st ümbritsevates kehades toimub muutus -
Sellest seadusest järeldub, et isoleeritud süsteemi siseenergia on jääv. + 32) Carnot' tsükkel koosneb isotermilisest paisumisest-töötav keha on kokkupuutes soojusallikaga, mille absoluutne temperatuur on T1 ja saab sellelt soojushulga Q1. Adibaatilisest paisumisest töötav keha teeb oma siseenergia arvel tööd ning jahutab jahutaja temp-ni T2. Isotermilisest kokkusurumisest töötav keha annab Temperatuuril T2 jahutajale soojushulga Q2. Adibaatilisest kokkusurutud keha temperatuur tõuseb uuesti soojuallika temperatuurini. Seetõttu soojundasmasinad peavad töötama tsükliliselt. T0 = 1- 33) Carnot´ tsükli kasutegur: T , kus T on töötava aine absoluutne temperatuur isotermilisel paisumisel ja T0 töötava aine absoluutne temperatuur isotermilisel kokkusurumisel
keha jahtumise arvel, nii et ümbritsevates kehades ei esineks mingeid muutusi (st kogu soojust ei ole võimalik täielikult konverteerida tööks). 109. Missugune on Carnot' tsükkel? Skeem p-V teljestikus koos protsesside nimetamisega, soojushulkadega ja temperatuuridega ja kasuteguri valemiga. Mille poolest on Carnot tsükkel tähelepanuväärne? Q1 antav soojushulk soojendilt, T 1 soojendi temperatuur, Q2 jahutajale äraantav soojushulk, T2 jahuti temperatuur. Tsükkel koosneb järgmistest osadest: 1. Gaas paisub isotermiliselt, kusjuures gaasi ja soojendi temperatuur on ühesugune. 2. Gaas paisub adiabaatiliselt, tema temperatuur langeb kuni jahuti temperatuurini. 3. Gaas surutakse isotermiliselt kokku, kusjuures gaasi ja jahuti temperatuurid on võrdsed. Gaas annab jahutile ära soojushulga. 4
95% tänapäeva energeetikast põhineb soojusmasinatel. 52.Ideaalse soojusmasina töötsükkel Ideaalse soojusmasina töötsükkel ehk Carnot`tsükkel koosneb isotermilisest paisumisest- töötav keha on kokkupuutes soojusallikaga, mille absoluutne temp. on T1 ja saab sellelt soojushulga Q1. Adibaatilisest paisumisest töötav keha teeb oma siseenergia arvel tööd ning jahutab jahutaja temp-ni T2. Isotermilisest kokkusurumisest töötav keha annab Temp-l T2 jahutajale soojushulga Q2. Adibaatilisest kokkusurutud keha temp. tõuseb uuesti soojuallika temp.-ni 53.Soojusmasina kasutegur Soojusmasina kasutegur näitab, kui palju kogu tööst muudab soojusmasin kasulikuks tööks. Selle käigus võrreldakse kütuse põlemise käigus vabanenud soojust ja kasulikku tööd. Kasutegur: η=(Q - Q')/Q (Q- soojendilt saadud soojushulk ja Q`- jahutile antud soojushulk) Max kas.t.: ή=(T-T')/T (T- soojendi temperatuur T' - jahuti temperatuur)
Termiline kasutegur t 1 1 2 , q1 T1 T1 – soojusallika temp, T2 – jahutaja temp. Suvalise tagastatava ringprotsessi termiline kasutegur on alati väiksem sama ringprotsessi maksimaalse ja minimaalse temperatuuri vahemikus toimuva Carnot’ ringprotsessi termilisest kasutegurist. Soojusallikalt ringprotsessi antud soojushulk q1=sT1, ningr ingpr jahutajale üleantud soojushulk q2=sT2. 16. Carnot’ pöördringprotsess. Tagastatav Carnot’ pöördringprotsess on kujutatud Ts-diagrammil. Termodünaamiline keha paisub olekust 1 isoentroopselt olekuni 4, mille jooksul temperatuur langeb T1-st T2-ni. Sellele järgneb isotermne paisumine 4 3, mille käigus antakse kehale üle soojushulk q0, mis on võrdne pindalaga - A43BA. Nüüd tõstetakse keha temperatuur isoentroopse komprimeerimisega 3 2 väärtuseni T1.
(protsessi lõik 1-2, T1=konst) sooritades töö [ l1,2 = RT1 ln (v1/v2) ja saab soojusallikalt soojushulga q1. Protsessi osa 2-3 on adiabaatne (q=0), gaas sooritab töö siseenergia arvel (82), mistõttu temperatuur alaneb T1-lt T2-ni. Protsessi osa 3-4 on jälle isotermne, gaas komprimeeritakse T2=konst tingimustes ning sooritatud töö on negatiivne (l 3,4 = -RT2 ln v3/v4), kuna komprimeerimisel gaas kuumeneb, siis tingimuse T2=konst täitmiseks peame eemaldama soojushulga q2 jahutajale. Protsessi osa 4-1 on gaasi adiabaatne komprimeerimine (q=0) ning gaasi poolt sooritatud töö on negatiivne, selle komprimeerimise osa lõpul gaasi temperatuur ja rõhk suurenevad algväärtusteni (p1, T1) ning gaas (töötav keha) on algolekus tagasi: süsteem on läbinud ühe täistsükli (ringi). Carnot´ringprotsessi juhitud soojushulk on q1 = sT1 ja ringprotsessist eemale juhitud soojushulk on q2 = sT2 .
T2, on loomulik võtta vaatluse alla võimalikult lihtsate om.-ga töökeha. Niisuguseks kehaks sobib hästi ideaalne gaas. Kui soojusallika ja jahutaja soojusmahutavused on küllalt suured, siis on ainsaks pööratavaks protsessiks Carnoti tsükkel. Kui õnnestub leida selle tsükkli kasutegur tem.-de T 1 ja T2 funk.- na, on letud kasuteguri avaldise kõkide pööratavate masinate jaoks. Def.-ni kohaselt on soojusjõumasina kasutegur =Q1-Q2´ /Q1, kus Q1 on soojusallikalt saadud ning Q 2´ jahutajale antud soojushulk. Kui arvestame tingimust V 2/V1=V3/V4, saame =T1-T2/T1. Seega sõltub Carnoti tsükli kasutegur ideaalse gaasi puhul tõepoolest ainult soojusallika ja jahutaja temp.-st. Avaldis =T1-T2/T1 määrab ära iga pööratava masina kasuteguri. §77. Termodünaamika teine printsiip. Seda printsiipi, samuti kui esimest, saab formuleerida mitmel viisil. Kõige silmanähtavamas vormis väidab teine printsiip, et soojus ei lähe iseenesest üle külmemalt kehalt soojemale. Rangemalt
Ts (absoluutne temperatuurentroopia) diagramme. Carnot` e ideaalne ringprotsess koosneb kahest isotermist ja kahest isoentroobist (vt joonis 3.1): isotermne paisumine (1 2) töötav keha on kokkupuutes soojusallikaga, mille absoluutne temperatuur on T1 ja millelt saab soojushulga q1; isoentroopne paisumise (2 3) töötav keha teeb oma siseenergia arvel tööd ning jahtub absoluutse temperatuurini T2; isotermne komprimeerimine (3 4) töötav keha annab jahutajale absoluutse temperatuuriga T2 soojushulga q2; isoentroopsel komprimeerimisel (4 1) töötava keha temperatuur tõuseb uuesti soojusallika temperatuurini T1. Carnot` ringprotsess on ideaalse soojusjõumasina ringprotsess, mille kasutegur sõltub ainult soojusallika ja jahutaja temperatuuridest ning ei sõltu töötava keha omadustest ( 5 .0). pv diagramm Ts diagramm Joonis 5.35. Ideaalse soojusjõumasina e Carnot` ringprotsess p
annaabi.ee 
