temperatuuride erinevuse tõttu. 40. Kas soojus ja töö on energia? Soojus ja töö ei ole energia vaid energia ülekande liigid 41. Soojuse ülekande liigid, lühike kirjeldus või põhivõrrand vastava ülekande liigi kohta Soojus võib üle kanduda (levib) kolmel erineval viisil: 1. juhtivuse e nn. Soojusjuhtivus 2. Konveksioonil 3. kiirgusena e. nn. soojuskiirgus 42. Entroopia võrrand? dq du pdv ds T T 43. Milline on entroopia muutus ringprotsessis. ds 0 D tema muutus ringprotsessis on võrdne nulliga 44. Avaldada entroopia muutuse kaudu termodünaamilise keha ringprotsessist osavõtt ja kujutada seda T-S diagrammil. 45. Millal me loeme termodünaamilisi protsesse tagastatavateks. Kui protsessi saab tagastada algolekusse ilma ühegi soojusliku mõjutuseta siis protsess on tagastatav. Selline protsess on ideaalne 46. Termodünaamilise protsesside tagastamatuse olemus.
temperatuuride erinevuse tõttu. 41. Kas soojus ja töö on energia? Soojus ja töö ei ole energia vaid energia ülekande liigid 42. Soojuse ülekande liigid Soojus võib üle kanduda (levib) kolmel erineval viisil: 1. juhtivuse e nn. soojusjuhtivus 2. konveksioonil 3. kiirgusena e. nn. soojuskiirgus 43. Entroopia võrrand? dq du + pdv = = ds T T 44. Milline on entroopia muutus ringprotsessis. ds = 0 D tema muutus ringprotsessis on võrdne nulliga 45. Avaldada entroopia muutuse kaudu termodünaamilise keha ringprotsessist osavõtt ja kujutada seda T-S diagrammil. 46. Millal me loeme termodünaamilisi protsesse tagastatavateks. Kui protsessi saab tagastada algolekusse ilma ühegi soojusliku mõjutuseta siis protsess on tagastatav. Selline protsess on ideaalne 47. Termodünaamilise protsesside tagastamatuse olemus
(Q2) Jahuti T2 KASUTEGUR Reaalselt on soojusmasina kasutegur umbes 20% - 45% Ideaalselt oleks kasutegur 98% -Pöördumatu protsess Pöördumatuks nimetatakse protsessi, mille pöördprotsess võib toimuda ainult mingi teise, keerukama, protsessi osale. -Termodünaamika II seaduse sõnastusi Termodünaamika II seadus kirjeldab looduslike protsesside toimumise suunda. *Soojus ei saa iseenesest üle minna külmemalt kehalt soojemale *Ümber pöörata saab vaid kõrvalise abiga *Ükski ringprotsessis töötav soojusmasin ei saa kogu soojust töielikult tööks muuta *Suletud süsteem püüab üle minna korrastatult olekult mittekorrastatule *Pika aja peale muutub kõik tolmuks *Suletud süsteemis soojusliku protsessi tulemusena entroopia kasvab./ Entroopia on füüsikaline suurus, mis iseloomustab energia kvaliteeti ehk selle kasutamise võimalust. Kui entroopia on suur, siis on energiat raske kasutada. -Looduskaitse probleemi lahendamine termodünaamika seisukohast lähtudes
.U=A1+Q SOOJUSMASIN Soojusmasinaks nim perioodiliselt töötavat masinat, mis muudab siseenergiat mehaaniliseks energiaks http://www.abiks.pri.ee Soojendi T1 Q1 Töötav keha >>> kasulik töö A=Q1|Q2| Q2 Jahuti T2 Töötav keha gaas läheb olekust M olekusse N ja teeb positiivse töö A1=kmcnl. Tagasi algolekusse toomisel on gaasi töö negatiivne A2=kmdnl. Ringprotsessis tehakse kogutöö A=A1A2, mille suurust kujutab graafikute vaheline pindala Soojusmasin saab töö käigus soojendilt soojushulga Q1 ja annab ära soojusjahutile soojushulga Q2 tehtud töö A=Q1Q2 Soojusmasina kasuteguriks nim soojusmasina poolt tehtud töö ja soojendilt võetud soojushulga suhet =A/Q1 Soojusmasina maksimaalse kasuteguri valemi tuletas prantsuse inseneer Carnot 1824 ideaalse gaasiga töötava masina kohta m=(T1T2)/T1
keskkonnale soojushulga q2. Summaarne töö on siinjuures positiivne (paisumistöö on suurem komprimeerimistööst) ning väljendub joonisel viirutatud pindalana ABCDA. lts = eABCf - fCDAe = ABCDA Süsteemi poolt tarbitud soojushulk on q = q1 g2ning sellele vastab sooritatud töö suurus. Siin toimus soojuse muundumine mehaaniliseks tööks. Ringprotsessides saavutab termodünaamiline keha perioodiliselt iga tsükli järel tagasi oma algoleku. Siseenergia muutus ringprotsessis võrdub nulliga. U = 0, siis termodünaamika esimesest seadusest järeldubki, et ringprotsessis sooritatud töö võrdub ringprotsessi juhitud ja ringprotsessist eemaldatud soojushulkade vahega. lts = q1 q2 Ringprotsesse, mis toimuvad eelkirjeldatule vastupidises suunas, nimetatakse pöördringprotsessideks. Pöördringprotsessis toimub gaasi paisumine madalamal rõhul kui kokkusurumine
Adiabaatiline kokkusurumine. Carnot tsükkel vastab teoreetiliselt maksimaalse kasuteguriga soojusmasinale, kuid praktikas ei saa sellisetsükliga soojusmasinat ehitada, sest soojuse ülekanne isotermilise protsessi käigus on liiga aeglane. Põhimõtet seletades: Soojuselektrijaamas soojusenergiat kandev keha (veeaur-vesi) ringleb energiamuundusprotsessis katla turbiini - aurukondensaatori, - katla vahel ja osaleb sellega termodünaamilises ringprotsessis. Soojusenergia täielik muundamine mehaaniliseks energiaks selles protsessis võimalik ei ole. Protsessi antakse katlas energiat juurde koldes põlemisel tekkiva soojusenergia näol, turbiinis saadakse energiat mehaanilise energia näol, kuid sellest protsessist väljub alati ka teatud osa soojusenergiat aurukondensaatori kaudu, mis tegelikult läheb tavalises soojuselektrijaamas (kondensatsioonelektrijaamas) kaduma. Ideaalse ringprotsessi (Carnot) puhul määravad kadumamineva
H = U + pV, J . Erientalpia h = H/M = u + pv, J/kg. Entalpia põhimõõtühik on džaul (J). Entalpia antakse tavaliselt keha 1 kg kohta (erientalpia): h = H/M J/kg (M on keha mass). Süsteemi entalpia on ekstensiivne suurus, keha ühiku kohta antuna aga intensiivparameeter. Entalpia on olekufunktsioon : Kuna ideaalgaasi erisoojus sõltub ainult temperatuurist, siis määrab ka entalpia üksnes temperatuur. Entalpia kui olekufunktsiooni muutus ringprotsessis. 10. Entroopia. Entroopiat ei ole võimalik otseselt mõõta. Küll on aga võimalik entroopiat etteantud tingimustel ja vajalike andmete olemasolul arvutada. Tagastatav protsess: ds=dq/T (T on suurem nullist) kui dq on suurem nullist siis s kasvab ja kui dq väiksem nullist siis s kahaneb. Tagastamatutes, e reaalsetes dq protsessides entroopia alati suureneb, kuna esinevad mitmesugused kaod. ds .
temperatuurini 3) isotermiline soojusülekanne külmemale reservuaarile 4) adiabaatiline kokkusurumine madalama temperatuuriga reservuaari temperatuurini Carnot` I teoreem: Carnot' ringprotsessi termiline kasutegur sõltub ainult soojusallika ja jahutaja temperatuurist, olles sõltumatu termodünaamilise keha omadustest (ideaalne gaas, aur, vedelik, tahke keha jne.). vasak pilt Carnot`II teoreem: Carnot`ringprotsessis tehtav töö on alati suurem mingisuguse tagastava ringprotsessis tehtava tööst. Parem pilt Paremal pool on Carnot pöördringprotsess.
7. Sageduseühik 8. TD II seadus On inimkonna kogemuse üldistus, et looduses on protsesse, mis ei ole vastuolus energia jäävuse seadusega, et ei toimu siiski. Clavius soojus ei saa iseeenesest üle minna külmemealt kehalt kuumemale. Kelvin ei ole võimalik esile kutsuda sellist perioodilist protsessi, mille tulemuseks on töö üheainsa soojusallika arvel ehk ringprotsessis töötavad soojusmasinad ei saa kogu energiat tööks muuta ehk II liiki igiliikur on võimatu. Mikrokäsitlus suletud süsteem püüab üle minna korrastatult olekult korrastamata olekule. Boltzman loodus püüab üle minna vähem tõenäoliselt olekult tõenäolisemale. Soojusõpetuses on selleks suunaks temperatuuride ühtlustumine. 9
Kütuse segu süüdatakse ning rootor hakkab liikuma. [2] 14 Heitgaasid väljuvad mootoris. [2] 7. TRINKLER-SABATHE RINGPROTSESS Trinkler-Sabathe ringprotsess ehk segaringprotsess on Otto ja Dieseli ringprotsessi kombinatsioon. Selle järgi töötavad kiirekäigulised mootorid, mida nimetatakse samuti diiselmootoriteks ja mis on viimaste hulgas levinumad. Trinkler-Sabathe ringprotsessis, nagu Dieseli ringprotsessiski, toimub kütuse süttimine isesüttimise teel. Kütus pritsitakse kõrgrõhu pumpadega eelpõlemiskambrisse. Tänu sellele põleb kütus esialgu isohooriliselt ning sellele järgnevalt isobaariliselt (põlemine kandub eelpõlemiskambrist mootori silindrisse). Trinkler- 15 Sabathe ringprotsessil töötavates mootorites kasutatakse samu kütuseid, mis kompressor-
( ) 104. Mis on adiabaatilise protsessi tunnus? Võrrand. Protsess toimub ilma soojusvahetuseta süsteemi ja väliskeskkonna vahel. Olgu 1 mool gaasi: ( ) 105. Mis on ringprotsess? Joonistage - teljestikus otsetsükkel ja pööratud tsükkel. Milline on tehtud töö nendes tsüklites? Ringprotsessis läbib gaas rida olekuid ja saabub tagasi esi- algsesse. Otsetsükkel Pööratud tsükkel Otsetsükli puhul: Pööratud tsükli puhul: Gaasi töö on pindala üleminekukõvera ja -telje vahel ning koosneb osadest. 106. Kuidas leitakse soojusprotsessi kasutegur? Missugune on pööratav ja missugune on mittepööratav protsess?
Võnkesagedus sõltub pendli pikkusest ja raskuskiirendusest, võnkeperiood : tsükkel l t Ringprotsessis pöördub süsteem tagasi oma lähteolekusse peale muutusi. T 2 . Hüvetegur Q= pii/ lambda. Parameetrilise Iga mootor on süsteem, mis teostab
põlemissoojused. · Hessi seadus entalpiamuut (soojusefekt) sõltub süsteemi alg- ja lõppolekust, mitte aga protsessi läbiviimise teest või reaktsiooni vahestaadiumitest. · Järeldused. 1. Pärisuunalise keemilise reaktsiooni soojusefekt on võrdnevastasmärgiga võetud vastassuunalise reaktsiooni soojusefektiga. 2. Astmelistes reaktsioonides on soojusefekt võrdne üksikute reaktsioonistaadiumite soojusefektide summaga. Entalpia muut ringprotsessis on 0. · Tekkesoojuseks nim soojushulka, mis vabaneb või neeldub liitaine tekkimisel püsivas olekus olevatest lihtainetest, kui vastav reaktsioon toimub standardtingimustes. · Põlemissoojuseks nim aine täielikul põlemisel standardtingimustel vabanevat soojushulka. 19. Termodünaamika II seadus, termodünaamiliselt pöörduvad ja mittepöörduvad protsessid. · TD II ütleb, et ei ole võimalik selline protsess, kus kogu soojus muutetaks tööks ning pole võimalik
Seda väidet nimetatakse Hessi seaduseks ehk termokeemia põhiseaduseks. See on termodünaamika I seaduse rakendus keemilistele protsessidele. Hessi seadusest tehakse järgmised järeldused: a) pärisuunalise keemilise reaktsiooni soojusefekt on võrdnevastasmärgiga võetud vastassuunalise reaktsiooni soojusefektiga. b) Astmelistes reaktsioonides on soojusefekt võrdne üksikute reaktsioonistaadiumite soojusefektide summaga. Entalpia muut ringprotsessis on 0. 4. Keemiliste reaktsioonide soojusefektide arvutamine. Vt õpikust lk 121 5. Reaktsiooni soojusefekti olenevus temperatuurist (Kirchhoffi seadus) Keemilise reaktsiooni soojusefekti temperatuurikoefitsent on arvuliselt võrdne reaktsioonist osa võtvate ainete molaarsete soojusmahtuvuste algebralise summaga, milles produktide soojusmahtuvused loetakse positiivseks, lähteainete omad negatiivseks ja arvestatakse reaktsioonivõrrandi stöhhiomeetrilisi koefitsente.
kompressiooni- ehk surveastmeks. Seejuures väljendab V1 silindri üldmahtu ja V2 põlemiskambri mahtu. 30. Gaasiturbiinseadme põhimõtteskeem. 14 31. Gaasiturbiinseadme ringprotsess PV ja TS diagrammidel 32. Aurujõuseadme põhimõtteskeem. 33. Rankini ringprotsessi kujutamine TS diagrammil ( termiline kasutegur ja selle suurendamise võimalused) Rankine'i ringprotsessis, erinevalt Crnot' ringprotsessist, kus x3>0, kondenseerub aur kondensaatoris täielikult. Sellisel juhul ei komprimeerita protsessiosas 3-4 mitte väikese tihedusega niisket auru, vaid vett. Pumba poolt tarbitab 15 töö, tänu vee väikesele kokkusurutavusele on tunduvalt väiksem niiske auru
Carnot tsükkel vastab teoreetiliselt maksimaalse kasuteguriga soojusmasinale, kuid praktikas ei saa sellise tsükliga soojusmasinat ehitada, sest soojuse ülekanne isotermilise protsessi käigus on liiga aeglane. Pöördume nüüd tagasi energia muundamise juurde soojuselektrijaamas. Soojuselektrijaamas soojusenergiat kandev keha (veeaur-vesi) ringleb energiamuundusprotsessis katla turbiini - aurukondensaatori, - katla vahel ja osaleb sellega termodünaamilises ringprotsessis. Soojusenergia täielik muundamine mehaaniliseks energiaks selles protsessis võimalik ei ole. Protsessi antakse katlas energiat juurde koldes põlemisel tekkiva soojusenergia näol, turbiinis saadakse energiat mehaanilise energia näol, kuid sellest protsessist väljub alati ka teatud osa soojusenergiat aurukondensaatori kaudu, mis tegelikult läheb tavalises soojuselektrijaamas (kondensatsioonelektrijaamas) kaduma. Ideaalse ringprotsessi (Carnot)
takistuste suurenemise tõttu sisselasketraktis väheneb suurtel pööretel või küttesegu silindrisse juhtimisega . Tegelikult jääb silindri täide väiksemaks , sest sisselasketrakt takistab rõhk Pa ja suureneb jääkgaaside tegur r. .Täiteaste on maksimaalne 2. Tegelikus ringprotsessis esineb paisumisel ja voolamist, õhk kuumeneb sisselaasketorustikus ja paisub ning mootori keskmistel pööretel . Väikese kiiruse korral puutub küttesegu komprimeerimisel silindrisse on jäänud eelmisest tsüklist jääkgaase. Silindri puudulik ajaliselt kauem kokku kuumade detailidega
Labade jahutamisel kuni 1400°C. Loomulikult gaasiturbiini sisenevate gaaside temperatuuri suurenemine on võimalik vaid uute terasesortide kasutamisega. Tänapäeva gaasiturbiinide võimsused küünivad 300 MW ja pöörlemiskiirused on 3000 p/min (3600 p/min). Kasutatakse ka gaasiturbiini pöörlemiskiirusega kuni 5400 p/min. Gaasiturbiinide kasutamisel tuleb arvestada, et nende võimsus ja kasutegur sõltuvad välisõhu temperatuurist. Gaasiturbiini töötamisel individuaalselt lahtises ringprotsessis toodetakse ainult elektrienergiat. Põhiliselt ainult gaasiturbiinist koosnev energeetiline seade on suhteliselt odav, kuid suhteliselt madala kasuteguriga, mistõttu gaasiturbiin sobib ainult elektrisüsteemi tippkoormuste katmiseks. Viimastel aastatel leiavad laialdast kasutamist gaasiturbiinid elektrienergia ja soojuse koostootmisel. Soojuse tootmiseks kasutatakse seejuures ära gaasiturbiini jääksoojus ning soojuse kõrgekvaliteediline osa (suure
m A2 = - CV (T2 - T1 ) . µ (3) Isotermiline kokkusurumine. Gaas läheb olekust 3 ole-kusse 4, kusjuures eralduv soojushulk Q2 antakse jahutisse. Tehtav töö m A3 = R T 2 ln V 4 = - Q 2 . µ V3 (4) Adiabaatiline kokkusurumine. Gaas surutakse olekust 4 olekusse 1 kokku, ilma et toimuks soojusvahetust väliskesk-konnaga. Tehtav töö m A4 = - CV ( T 1 - T 2 ) = - A2 . µ Ringprotsessis tehtav kogutöö A = A1 + A2 + A3 + A4 = Q1 + A2 - Q2 - A2 = Q1 - Q2 . (41) Protsessi kasutegur A Q1 - Q 2 T 1 - T 2 = = = =1 - T2 . (42) Q1 Q1 T 1 T1 Carnot' ringprotsessi kasutegur sõltub ainult soojendi ning jahuti temperatuuridest. Mida suurem on see temperatuuride vahe, seda suurem on kasutegur. Viimasest avaldisest järel-dub, et isegi ideaalse soojusmasina kasutegur on ühest väik-sem. Vaid juhul, kui T2 0, siis 1,
temperatuurist ning ainult väikeste temperatuurimuutuste korral võib soojusmahtuvuse lugeda konstantseks. 29. Järeldused Hessi seadusest, tekke- ja põlemissoojused. 1. Pärisuunalise keemilise reaktsiooni soojusefekt on võrdne vastasmärgiga võetud vastassuunalise reaktsiooni soojusefektiga. 2. Astmelises reaktsioonis on summaarne soojusefekt võrdne üksikute reaktsioonistaadiumide soojusefektide summaga. Olekufunktsiooni H üldine muutus ringprotsessis peab olema 0. 3. Tekkesoojus on ühendit iseloomustav suurus, mis ei sõltu ühendi saamise viisist. Termokeemias nimetatakse tekkesoojuseks soojushulka, mis vabaneb või neeldub liitaine tekkimisel püsivas olekus olevatest lihtainetest, kui vastav reaktsioon toimub standardtingimustes (rõhk 1 atm, temp 298K=25oC). Hessi seaduse järgi tuleb mingi reaktsiooni soojusefekti H arvutamiseks produktide tekkesoojuste summast lahutada lähteainete tekkesoojuste summa.
Pööratav saab olla ainult tasakaaluline protsess. Pöörataval protsessi om: kui päripidise protsessi korral saab süs. mingil elementaarlõigul dQ soojust ja sooritab töödA, siis vastupidise protsessi käigus peab süs. andma ära soojust dQ´ =dQ ning teda mõjutavad välisjõud peavad tegema tööd dA´ =dA. Ringprotsessiks nim. protsessi, mille puhul süs. pöördub pärast muutusi tagasi oma lähteolekusse. Joonisel kujutab tsüklit kinnine kõver. Ringprotsessis sooritatud töö on arvuliselt võrdne kinnise kõvera poolt piiratud pindalaga. Pärast tsüklit pöördub süs. tagasi algolekusse, seepärast on iga olekufun.ni, s.h. ka siseenergia väärtused tsükli alguses ja lõpus ühesugused. (joon.12) §72. Termodünaamika esimene printsiip. Siseenergia võib muutuda peamiselt kahe protsessi arvel: kehale rakendatud jõudude töö A´ või kehale väljastpoolt antud soojushulga Q arvel. Töö tegemisega kaasneb antud süs. mõjutavate
30) T1 kus T1 ja T2 on vastavalt soojusallika ja jahuti temperatuurid Kelvini skaalas. Valem on tuletatud küll idealiseeritud tingimuste jaoks (lõpmata aeglane tasakaaluline paisumine ja kokkusurumine, igasuguste soojuskadude puudumine; nende tingimuste mittetäitmise korral on kasutegur väiksem valemiga 5.30 arvutatust), kuid näitab ära põhilise võimaluse kasuteguri tõstmiseks vahe T1 -T2 suurendamine. Siit on näha ka, et soojust saab ringprotsessis täielikult tööks muundada vaid siis, kui jahuti temperatuur on absoluutne null. Nüüd saab anda juba mõned ajalooliselt kujunenud formuleeringud termodünaamika 2. alusele, mis määrab iseenesest toimuvate protsesside suuna isoleeritud termodünaamilises süsteemis Clausius (18221888, Saksamaa): On võimatu selline protsess, mille ainsaks tulemuseks on siseenergia üleminek külmemalt kehalt soojemale. Kelvin: Teist liiki igavene jõumasin on võimatu, st
5.1.5 Diiselmootor. Dieseli ringprotsess ja segaringprotsess Teiseks kolbmootori tehniliseks lahenduseks on Saksa inseneri Rudolf Dieseli poolt 1897.a. ehitatud aeglasekäiguline kompressor-mootor (vt Joonis 5 .41), mida tänapäeval tuntakse tema looja nime järgi. Kui Otto mootoris komprimeeritakse survetaktil küttesegu, siis diiselmootoris õhku. Kütuse süütamiseks ei kasutata sundsüüdet, vaid see toimub isesüttimise teel komprimeerimistakti lõpus. Kolbmootori Dieseli ringprotsessis (vt Joonis 5 .42) suunatakse soojus protsessi püsival rõhul. Ideaalne Dieseli ringprotsess koosneb kahest isoentroobist, ühest isobaarist ja ühest isohoorist: õhu isoentroopse komprimeerimise 1 2 on korraldatud nii, et komprimeerimise lõpuks ületaks temperatuur kütuse isesüttimistemperatuuri (600 800ºC); seejärel pritsitakse silindrisse diiselkütust, muud rasket vedelkütust või põlevgaasi, mis süttib; isobaarse
annaabi.ee 
