Termodünaamika konspekt (0)

Termodünaamika käsitleb põhiliselt soojusülekannet ja soojuse muundamist tööks ning tegeleb igasuguste kütust tarbivate masinate konstrueerimise kõige üldisemate seaduspärasustega. Ei eelda aine koosnemist aatomitest ja molekulidest, kasutatakse makroparameetreid. Keskkonnasõbralikkus tähendab peale looduslike kütuste energia efektiivse kasutamise ka energiatootmise jäätmete oskuslikku neutraliseerimist või peitmist. Soojusmasinateks nimetatakse masinaid, mis muundavad soojust tööks. Termodünaamika esimene printsiip väljendab energia jäävuse seadust, teine väidab, et protsesside iseeneslikul kulgemisel looduses on kindel suund. Kumbagi ei saa tõestada. Molekulide energia e. siseenergia , mida sisaldab iga keha, on soojusliikumise energia ja molekulide vastastikmõju potentsiaalse energia summa. Kui soojusvahetuse käigus anda kehale mingi soojushulk , siis tema temperatuur tõuseb ning siseenergia suureneb. Kui keha annab mingi soojushulga ära, siis tema siseenergia väheneb. Kehade siseenergiat on võimalik muuta mehhaanilist tööd tehes. Kui mingi süsteem teeb tööd välisjõudude vastu, siis tema siseenergia väheneb. Kui välisjõud teevad tööd mõne süsteemi jõudude vastu, siis keha siseenergia suureneb. Praktikas on ainsaks võimaluseks kasutada töötava kehana mingit gaasikogust. Gaasi paisumise töö on alati võrdeline rõhuga ja ruumala muuduga antud rõhul. Isohoorilises tööprotsessis läheb kogu juurdeantav soojushulk siseenergia suurendamiseks . Isobaarilise protsessi puhul jaguneb juurdeantav soojushulk paisumise töö ja siseenergia muudu vahel. Isotermilises protsessis läheb koju juurdeantav soojushulk paisumistööks (kõige kasulikum). Tsükliline protsess on ainus võimalus kestvaks soojuse muutmiseks tööks ning selle puhul tuleb paisuvat gaasi vahepeal ka jahutada ja kokku suruda. Soojusmasin ei saa töötada ühel kindlal temperatuuril. Kui suruda gaasi kokku paisumisest madalamal temperatuuril, kulub kokkusurumiseks vähem tööd, kui gaas seda paisudes teeb. Jahutiks nimetatakse keha või süsteemi, millele saab ära anda gaasi kokkusurumisel soojushulga. Soojendi annab soojushulga, mida kasutatakse gaasi paisumisel . Efektiivsus tähendab seda, kui palju saadakse kasu võrreldes kulutustega. Soojusmasina kasutegur on protsentides väljendatud arv, mis näitab, kui suure osa moodustab masina kasulik töö kütuse täielikul põlemisel vabanenud soojushulgast (ei saa suurendada üle 90%). Looduses pole kõik protsessid määratud vaid energia jäävuse seadusega. Soojus ei saa iseenesest üle minna külmemalt kehalt kuumemale. Suletud süsteem püüab korrastatud olekust üle minna mittekorrastatud olekusse. Korrastatus väheneb osakestest koosnevas süsteemis osakeste soojusliikumise tulemusena. Loodus püüab üle minna vähemtõenäolistelt olekutelt tõenäolisematele. Mida kõrgem on keha temperatuur, seda kergem on selle keha siseenergiat tööks muuta. Energial on tendents hajuda. Kvaliteetsem energia on see energia, mis tuleb kõrgematemperatuurilisemast reservuaarist. Entroopia (S) on suurus, mida kasutatakse energia kvaliteedi kirjeldamiseks (mida kõrgem on kvaliteet, seda madalam on entroopia). Mida tasakaalulisem on süsteem, seda suurem on entroopia. Mida ühtlasem on mikrokäsitluses süsteemi osade jaotus, seda suurem on entroopia. Suletud süsteemis soojusliku protsessi tulemusena entroopia kasvab. Entroopia saab väheneda vaid avatud süsteemis töö rakendamise läbi. Süsteem võib läbi teha entroopia muudu, ilma, et süsteemi koguenergia väheneks. Looduslikud protsessid püüavad entroopiat muuta kindlas suunas. Iga iseenesliku protsessi tulemusena suletud süsteemis energia kvaliteet langeb.
η = Q1-Q2/Q1 * 100%
Q – soojushulk
U – siseenergia
Akas – kasulik töö
m – mass
η – kasutegur
Q1 – tsüklis soojendilt saadud soojushulk
Q2 – tsüklis jahutile antud soojushulk
S – entroopia