Soojusmahtuvus on soojushulk, mis on vaja anda kehale, et selle temperatuur tõuseks 1K võrra.

1. 9.3. Soojusmahtuvus ja töö isoprotsessides. Soojusmahtuvus on soojushulk, mis on vaja anda kehale, et selle temperatuur tõuseks 1K võrra. Kehtib gaasi, vedeliku ja tahke aine kohta. Erisoojus on soojushulk, mis on vaja anda massiühikule ainele, et tõsta selle temperatuuri 1K võrra. YFR0020 8. loeng

2. Moolsoojus on ühe mooli soojendamiseks 1K võrra kulunud soojushulk. Ideaalse gaasi korral soojusmahtuvus ei sõltu temperatuurist, kuid sõltub viisist kuidas antakse soojushulk. Sellest järgmises punktis. YFR0020 8. loeng

3. 1. Isohooriline protsess. Olgu 1 mool gaasi. Vaatame termodünaamika I seadust. YFR0020 8. loeng

4. CV on ideaalse gaasi moolsoojus konstantsel ruumalal. YFR0020 8. loeng

5. 2. Isobaariline protsess. p=const Termodünaamika I seadus. Ideaalse gaasi olekuvõrrandist. YFR0020 8. loeng

6. Mayer’i võrrand Järelikult gaasi universaalkonstant R on töö, mida teeb 1 mool gaasi isobaarilisel paisumisel kui temperatuur tõuseb 1K võrra. YFR0020 8. loeng

7. 3. Isotermiline protsess. Ei saa kohe integrerida, sest p=f(V) YFR0020 8. loeng

8. Kuna: Siis töö rõhu kaudu: Töö tegemiseks on vaja väljastpoolt energiat. YFR0020 8. loeng

9. Adiabaatiline protsess See on protsess, mis toimub ilma soojusvahetuseta süsteemi ja väliskeskkonna vahel. (Pilved, aevastus, plahvatusmootorid...) Gaas teeb tööd siseenegia kahanemise arvel YFR0020 8. loeng

10. Kõik: p. V, T on muutuvad. Jagame teise esimesega Leiame kummastki poolest täisdiferentsiaali. YFR0020 8. loeng

11. Mayer’i võrrandist: YFR0020 8. loeng

12. Eraldame muutujad. Integreerime vastavates rajades. Tulemus kohe ja ilma “-” märgita YFR0020 8. loeng

13. Adiabaat dQ=0 Isoterm dQ≠0, T=const Poissoni võrrand. YFR0020 8. loeng

14. 9.4. Soojusmasin. Carnot` tsükkel  ja selle kasutegur. Ringprotsess. Pööratavad ja mittepööratavad protsessid Rinprotsess - gaas läbib rida olekuid ja saabub tagasi esialgsesse olekusse. Otsetsükkel-soojusmasin Pööratud tsükkel- külmutusmasin NB! Gaasi töö on pindala üleminekukõvera ja V-telje vahel ja koosneb osadest. YFR0020 8. loeng

15. Tsükli lõpus on gaas jälle algolekus ja seetõttu siseenergia muut on null. Termodünaamika I seadus on siis järgmine. Tööd tehakse väljastpoolt antud soojuse arvel. See osa soojusest, mis läheb töö tegemiseks on gaasile antud soojuse ja gaasilt äraantud soojuse vahe. Seega tsükli kasutegur on: YFR0020 8. loeng

16. Pööratav protsess – see on protsess, kus ümbritsevas keskkonnas ei toimu muutusi. See on nn. tasakaaluline protsess. Mittepööratav on mittetasakaaluline protsess. Reaalsed protsessid on mittepööratavad. Protsessi pööratavus on see ideaal, mille poole püüeldakse soojusmasinate valmistamisel. See on kasuteguri suurendamise teaduslik alus. YFR0020 8. loeng

17. 1-2 isoterm 2-3 adiabaat 3-4 isoterm 4-1 adiabaat Carnot tsükkel. Vaatame ideaalset gaasi. Pööratava tsükliga soojusmasin on maksimaalse kasuteguriga, mis sõltub vaid soojendi ja jahuti temperatuuridest. Pole tähtis kas see on külmutusmasin või soojusmasin. Kasutegurid on võrdsed. Carnot tsükkel koosneb kahest isotermist ja kahest adiabaadist . Carnot tõestas, et see on suurima kasuteguriga. Leame selle. YFR0020 8. loeng

18. Lihtsuse mõttes olgu 1 mool gaasi. Isotermiline paisumine Adiabaatiline paisumine Isotermiline kokkusurumine Adiabaatiline kokkusurumine Töö kogu ringprotsessi jooksul on: YFR0020 8. loeng

19. Seome omavahel ruumalad kasutades adiabaatilise protsessi erinevaid olekuid siduvaid võrrandeid. Asendame nendega esialgsetes võrrandites ruumalade suhted. YFR0020 8. loeng

20. Näeme, et kasutegur on määratud ainult kahe temperatuuriga ega sõltu töötavast kehast. Seega see on maksimaalne antud tingimustel. YFR0020 8. loeng

21. Sadi Carnot 1796-1832 YFR0020 8. loeng

22. Termodünaamiline temperatuuriskaala. Vaatame. Kahe keha temperatuuride võrdlemiseks tuleb sooritadaCarnot pööratav tsükkel kus üks keha on soojendi ja teine jahuti. Temperatuuride suhe on võrdne soojushulkade suhtega ja ei sõltu kehade ehitusest. Gaas, vedelik, Tahke keha. YFR0020 8. loeng

23. Otto tsükkel YFR0020 8. loeng

24. Diesel’i tsükkel adiabaat adiabaat Sisselase, väljalase YFR0020 8. loeng

25. Stirling’ mootor YFR0020 8. loeng

26. 9.5. Termodünaamika teine printsiip. Entroopia . Termodünaamika I seadus ei võimalda öelda millises suunas toimuvad looduslikud protsessid. Töötav keha Töötav keha Külmutusmasin Soojusmasin YFR0020 8. loeng

27. Soojendi ja jahuti on eeldused soojusmasina tööks. Peab veel olema töötav keha. See on mõnesugune hulk gaasi. Teist järku igavene soojusmasin pole võimalik. See tähendab, et pole võimalik muundada 100% kogu soojus tööks. Soojus ei saa iseenesest minna madalama temperatuuriga kehalt kõrgema temperatuuriga kehale. Selleks on vaja teha tööd. Soojus läheb alati soojemalt kehalt külmemale. Carnot, Sadi (1796-1832) Carnot, Sadi (1796-1832) YFR0020 8. loeng

28. Entroopia Entroopia on korrapäratuse mõõt ja veel üks olekuparameeter. Algselt toodi sisse soojusmootorite töö kirjeldamise lihtsustamiseks. Seda nimetati taandatud soojuseks. Pööratavas ringprotsessis YFR0020 8. loeng

29. Kui süsteem viiakse tasakaaluliselt üle olekust 1 olekusse 2, siis entroopia muut on arvutatav. YFR0020 8. loeng

30. Kui vaadata gaasi korrapäratult liikuvate molekulide kogumina, siis on molekulide kiirused ja koordinadid juhuslikud. Nende väärtused määravad ära ühel fikseeritud ajahetkel süsteemi oleku. Need olekud järgenevad üksteisele. Termodünaamiline tõenäosus. Pole tegemist tavalise tõenäosusega, mis on ühest väiksem arv. Termodünaamiline tõenäosus P on arv, mis näitab kõikvõimalike olekute arvu, mida antud süsteem võib omada. See on väga suur arv. Boltzmann näitas, et: YFR0020 8. loeng

31. Mida suurem P seda suurem on süsteemi viibimise tõenäosus antud olekus. Iga kinnine süsteem püüdleb suurema tõenäosusega oleku poole. Järelikult: Entroopia muudu arvutamiseks on vaja teada olekute suhtelist tõenäosust. YFR0020 8. loeng

32. Vaatame gaasi ruumalas V1 Laseme gaasil paisuda ruumalani V2 isotermiliselt. Arvutame entroopia muudu YFR0020 8. loeng

33. Mõtleme nii. Olgu üks osake. Suhteline tõenäosus, et üks osake asub ruumalas V1 on: Mõttekäiku võib arendada ja kui on N osakest: YFR0020 8. loeng

34. Isotermilisel paisumisel. See on erijuhus. Üldjuhul on arvutus keeruline. YFR0020 8. loeng