420 likes | 757 Views
THERMODYNAMICA Hoofdstuk 1 + 2. ing. Patrick Pilat lic. Dirk Willem. Algemene begrippen. Inleiding. Belang van thermodynamica: CV Menselijk lichaam (comforteisen) Verbrandingsmotoren, turbines … Huishoudtoestellen (frigo, dvd-speler, pc …) Ontwerpen van machines
E N D
THERMODYNAMICAHoofdstuk 1 + 2 ing. Patrick Pilat lic. Dirk Willem
Algemene begrippen • Inleiding Belang van thermodynamica: • CV • Menselijk lichaam (comforteisen) • Verbrandingsmotoren, turbines … • Huishoudtoestellen (frigo, dvd-speler, pc …) • Ontwerpen van machines (afmetingen, materiaal, DT …) • …
Thermodynamica • Inleiding Thermodynamica energie-wisseling energieoverdracht Energiebronnuttige energie zon mechanische beweging wind (kin.energ.) brandstof elektriciteit Waterenergie (pot. energ.) warmte Nucleaire energie
Thermodynamica • Inleiding Enkele voorbeelden van energieomzettingen 1. Waterkrachtcentrale: potentiële energie watermassa → waterturbine → elek. en.
Thermodynamica • Inleiding Enkele voorbeelden van energieomzettingen 2. Klassieke thermische centrale: verbrandingswarmte → water naar stoom → stoomturbine→ elektrische energie
Thermodynamica • Inleiding Enkele voorbeelden van energieomzettingen 3. Kerncentrale: nucleaire energie → warmte → stoomproductie → elek. en.
Thermodynamica • Inleiding Enkele voorbeelden van energieomzettingen 4. Windmolen: kin. energie wind → elektrische energie
Thermodynamica • Inleiding Enkele voorbeelden van energieomzettingen 5. Zonnecentrale: zonne-energie→ elektrische energie PlantaSolar 10, Sanlucar la Mayor, Spanje: 11 MW
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Stelsel Omgeving begrenzing T, p … gas Beïnvloeden elkaar
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Open en gesloten systeem energietransport massatransport GESLOTEN systeem OPEN systeem
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Open en gesloten systeem
transformeren transporteren Arbeid en/of warmte Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? capaciteit om arbeid te verrichten • BEHOUD VAN ENERGIE (1ste Hoofdwet v/d thermodynamica) energie in een stelsel kan op ≠ manieren opgeslagen worden Potentiële energie kinetische energie
Epot Epot Ekin Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energie transformeren
Epot Epot Epot Ekin Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energie transformeren transporteren Wrijving Warmte naar omgeving
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit macroscopische energie microscopische energie (niet zichtbaar) Etot =Ekin + Epot + U [kJ of J]
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit macroscopische energie microscopische energie (niet zichtbaar) etot =ekin + epot + u etot = Etot / m [kJ/kg of J/kg]
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit macroscopische energie microscopische energie (niet zichtbaar) = inwendige energie vb’n ∆U: - verwarmen van een voorwerp - samendrukken van een gas
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit Energietransport WARMTE
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit Energietransport WARMTE (Q of q) uitwisseling t.g.v. DT Men kan nooit zeggen dat een systeem een hoeveelheid warmte bezit systeem bezit een hoeveelheid energie die men kan overdragen in de vorm van warmte Toestandsverandering adiabatisch (Q = 0) isothermisch (T = cte)
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit Energietransport WARMTE Q (in J) q = Q / m (in J/kg) (in W of kW) Q+ Q- stelsel
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit Energietransport WARMTE (Q of q) ARBEID (W) elektrische arbeid: We = U.I.DT mechanische arbeid: W = ∫ F.ds arbeid van een veer: Wveer = ½ . k. (x2² - x1²) Volumearbeid: WV = afh. van toestandsverandering
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit Energietransport WARMTE (Q of q) ARBEID (W)
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen Energie ? Energiebezit Energietransport WARMTE (Q of q) ARBEID (W) W- W+ stelsel Q en W zijn energie-interacties tussen stelsel en omgeving. Stelsel kan energie bezitten maar GEEN Q en/of W
Toestand van stelsels • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Toestandsgrootheden: waarnemingen op macroscopische verschijnselen zijn meetbaar (m, V, T, p) Twee soorten toestandsgrootheden: Intensieve toestandsgrootheid: onafhankelijk van de grootte van het stelsel (p, T, u, …) Extensieve toestandsgrootheid: afhankelijk van de grootte van het stelsel (V, U, …)
Toestand van stelsels • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Toestand van een stelsel: = toestandsgrootheden hebben een welbepaalde waarde stabiele toestand (evenwichtstoestand) onstabiele toestand Toestandsverandering: wijziging van 1 of meerdere toestandsgrootheden
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Toestandsverandering: m = 2 kg °t1 = 20°C V1 = 1,5 m³ m = 2 kg °t1 = 20°C V1 = 2,5 m³
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Bijzondere toestandsverandering: T = cte (isotherme toestandsverandering) P = cte (isobare toestandsverandering) V = cte (isochore toestandsverandering) Q = 0 (adiabatische toestandsverandering) ! Isotherm niet verwarren met adiabaat !
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Evenwichtige of quasi-statische toestandsverandering Begintoestand eindtoestand evenwicht Niet in evenwicht toestandsverandering evenwicht
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Voorbeeld massa toestand 1 toestand 2
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Voorbeeld niet evenwichtige toestandsverandering p 1 1 en 2 zijn evenwichtstoestanden 2 V
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Voorbeeld evenwichtige toestandsverandering p 1 2 V
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Reversibele toestandsveranderingen = omkeerbare toestandsverandering die evenwichtig verloopt voorwaarden: evenwichtig + wrijvingsloos perfect omkeerbare toestandsverandering (wrijvingsloos) = praktisch nooit mogelijk
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Geïsoleerd stelsel = geïsoleerd van invloeden van de omgeving (Q = 0, W = 0) toestandsverandering door onevenwicht ≠ thermisch geïsoleerd stelsel (Q = 0)
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Soortelijke warmte = hoeveelheid energie om 1kg van een stof 1°C te laten ↑ c = afh. van T en p
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Soortelijke warmte = hoeveelheid energie om 1kg van een stof 1°C te laten ↑ c = afh. van T en p afh. van de soort warmtetoevoer cp of cv Bij cte p wordt W geleverd cp > cv
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Ideale gassen voor alle gassen met voldoende lage r eenvoudig verband tussen p, v en T ideale gassen (specifieke voorwaarden) Toestandsverandering eenvoudig verband: p . V = n.Ru.T (Ru : universele gasconstante) stelsel met m kg ideaal gas p . V = (m/M).Ru.T (M: molaire massa) p. V = m.R.T (R = Ru/M:specifieke gasconstante)
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Ideale gassen stelsel met m kg ideaal gas p. V = m.R.T (R :specifieke gasconstante) specifiek volume: v = V/m (in m³/kg) p. v = R.T
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Oefeningen: Hoe lang duurt het om 1 liter water van 60°C door middel van een waterkoker (1000W) te laten koken? CH2O = 4,185 kJ/kg.K
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Oefeningen: Wanneer je 50 liter water van 40°C mengt met 150 liter water van 80°C. Wat is dan de temperatuur van het gemengd water?
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Oefeningen: We koelen een stalen blok (3 kg) van 650°C in een oliebad (100kg, 10°C) af. De temperatuur van de olie stijgt met 6°C. Cstaal = 0,5 kJ/kg.K Colie?
Algemene begrippen • Inleiding • begrippen • Toestand van • stelsels Oefeningen: Een compressor zuigt lucht aan op een druk gelijk aan 1 atm. Tijdens de compressie van de aangezogen lucht blijft de temperatuur 27°C, maar het volume wordt 5X kleiner. Wat is het einddruk van de lucht en hoeveel duidt de manometer aan van de compressor. (opl. 4,052 bar)