Kinetyczna teoria gazów

1. Kinetyczna teoria gazów

2. Liczba Avogadra Jeden mol to liczba atomów w próbce węgla –12 o masie 12 g. Liczba Avogadra: NA = 6.02*1023 mol-1  masa molowa  liczba Avogadra Masa próbki Liczba moli Liczba cząsteczek  masa molowa  liczba Avogadra

3. Gaz doskonały Równanie stanu gazu doskonałego: pV = nRT p – ciśnienie V – objętość n – liczba moli T – temperatura R = 8.31 J/(mol K) – stała gazowa

4. Rozprężanie i sprężanie izotermiczne p = nRT/V p W P T = const Q T = 320 K K T = 310 K zbiornik cieplny T = const T = 300 K V

5. Praca w przemianie izotermicznej dW = Fds = p(Sds) = pdV p = nRT/V ln – logarytm naturalny

6. Praca w przemianie izochorycznej Przemiana izochoryczna – przemiana przy stałej objętości W V = const W = 0 Q zbiornik cieplny T = const

7. Praca w przemianie izobarycznej Przemiana izobaryczna – przemiana przy stałym ciśnieniu W p = const Q zbiornik cieplny T = const

8. Przemian adiabatyczna Przemiana adiabatyczna – przemiana bez wymiany ciepła z otoczeniem. pVg = const W p = nRT/V (nRT/V )Vg = const izolacja cieplna TVg-1 = const

9. Silniki cieplne Silnik cieplny to urządzenie, które ze swojego otoczenia pobiera energię w postaci ciepła i wykonuje użyteczną pracę. Podstawowe znaczenie dla działania silnika ma substancja robocza – woda (para, ciecz), mieszanka benzyny, gaz.

10. Silniki parowy

11. Silniki parowy Ok. 80% elektryczności na świecie jest wytwarzane przez turbiny parowe.

12. Silniki benzynowy

13. Silniki benzynowy

14. Silnik idealny Można analizować pracę silników rzeczywistych na podstawie działania silnika idealnego. W silniku idealnym wszystkie przebiegające procesy są odwracalne i nie ma strat związanych z z tarciem lub turbulencjami.

15. Cykl Carnota

16. Praca w cyklu Carnota I zasada termodynamiki: DEw = Ewkonc – Ewpocz = Q - W W cyklu zamkniętym: DEw = 0 W = Q - praca w cyklu W = |Qh| - |Qc|

17. Sprawność w cyklu Carnota Celem każdego silnika jest zamiana na pracę jak największej ilości pobranej energii |Qh| Sprawność dowolnego silnika: Sprawność silnika Carnota:

18. Sprawność silników rzeczywistych h = 1 dla Tc -> 0 albo Th-> inf W silnikach rzeczywistych h < 100% i jest mniejsza niż sprawność silnika Carnota. całkowita energia paliwa = straty w chłodnicy + energia pobierana przez silnik + ciepło wydalane ze spalinami 100 % 36 % 26 % 38 % energia pobierana przez silnik = energia zużyta na przyśpieszanie + tarcie przy toczeniu się kół + energia oprzyrządowania 26 % 3 % 6 % 3 % + straty przy jeździe na luzie + opór powietrza + układ przenoszenia mocy 4 % 3 % 7 %

19. Chłodziarka Chłodziarka przenosi ciepło z wnętrza chłodziarki na zewnątrz chłodziarki. W tym celu należy wykonać pracę nad substancją roboczą.

20. Chłodziarka Współczynnik wydajności K = 2.5 – klimatyzator pokojowy K = 5 – lodówka domowa

21. Przemiany nieodwracalne Przemiana nieodwracalna – nie można odwrócić jej kierunku za pomocą niewielkich zmian w otoczeniu.

22. Entropia i strzałka czasu Większość procesów odbywa się naturalnie w jednym kierunku, a nigdy w kierunku przeciwnym. O kierunku nie decyduje energia lecz zmiana entropii układu. Przemiana nieodwracalna w układzie zamkniętym powoduje wzrost entropii S układu – nigdy jej spadek. Niższa entropia układu – ‘przeszłość’ Wyższa entropia układu – ‘teraźniejszość’ lub ‘przyszłość’. Wzrost entropii wyznacza kierunek przebiegu zdarzeń - strzałkę czasu.

23. Entropia i strzałka czasu

24. Zmiana entropii Zmiana entropii układu Skonc – Spocz dla przemiany, która przeprowadza układ od stanu początkowego P do stanu końcowego K, wynosi: Q – ciepło pobierane lub oddawane przez układ w trakcie procesu T – temperatura układu w kelwinach

25. Druga zasada termodynamiki Entropia układu zamkniętego wzrasta w przemianach nieodwracalnych i nie zmienia się w przemianach odwracalnych. Entropia nigdy nie maleje. DS  0

26. Statystyczne spojrzenie na entropię L P W – wielokrotność: ilość sposobów realizacji danej konfiguracji

27. Statystyczne spojrzenie na entropię stan ‘zdezorganizowany’ stan ‘zorganizowany’ Stan ‘zdezorganizowany’ ma większą wielokrotność (prawdopodobieństwo) niż stan ‘zorganizowany’. Prawdopodobieństwo z entropią połączył Ludwig Boltzmann: entropia jest miarą nieuporządkowania.

28. Wzór Boltzmanna na entropię II zasada termodynamiki jest wynikiem tego, że stan niezorganizowany ma największe prawdopodobieństwo. Kierunek procesów w przyrodzie przebiega od ‘uporządkowania’ do ‘nieuporządkowania’.

29. Wzór Boltzmanna na entropię

30. Śmierć termiczna Wszechświata W wyniku wzrostu entropii (wzrostu ‘nieuporządkowania’), Wszechświat może osiągnąć stan maksymalnej entropii (równomiernego rozkładu energii). W stanie równowagi termodynamicznej nie będzie możliwe wykonanie żadnej pracy i nastąpi śmierć Wszechświata. horyzont czasowy śmierci Wszechświata: rozpad czarnych dziur ~ 10100 lat

31. ?