Elementy kinetycznej teorii gazów i termodynamiki

1. Elementy kinetycznej teorii gazów i termodynamiki Dział V

2. Podstawowe założenia teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał. • Wszystkie ciała zbudowane są z cząsteczek (molekuł). • Cząsteczki pozostają w bezustannym, chaotycznym ruchu, zwanym ruchem cieplnym. Bartosz Jabłonecki

3. Podstawowe założenia teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał. • Model gazu doskonałego: • ilość molekuł, z których składa się gaz jest bardzo duża • odległości między cząsteczkami są bardzo duże w porównaniu z ich rozmiarami, cząstki traktujemy jako bezwymiarowe punkty • cząsteczki poza zderzeniami nie oddziałują ze sobą Bartosz Jabłonecki

4. Podstawowe założenia teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał. • cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu, jednak od zderzenia do zderzenia poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym • średnia energia kinetyczna wszystkich cząsteczek jest proporcjonalna do temperatury gazu Bartosz Jabłonecki

5. Podstawowe założenia teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał. • Doświadczenia potwierdzające słuszność podstawowych założeń teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał: • dyfuzja, • parowanie, • ruchy Browna. Bartosz Jabłonecki

6. Mikroskopowy obraz gazu. • Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC • liczba cząsteczek Bartosz Jabłonecki

7. Mikroskopowy obraz gazu. • Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC • masa jednej cząsteczki Bartosz Jabłonecki

8. Mikroskopowy obraz gazu. • Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC • szybkości cząsteczek Bartosz Jabłonecki

9. 1/100 Mikroskopowy obraz gazu. • Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC • cząsteczki zajmują tylko 1/100 przestrzeni Bartosz Jabłonecki

10. Mikroskopowy obraz gazu. • Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC • cząsteczka zderza się w czasie 1s Bartosz Jabłonecki

11. t[oC] T[K] wrzenie wody 100 373 topnienie lodu 0 273 zero absolutne -273 0 Temperatura. • Temperaturę można wyrażać w skali Celsjusza i w skali Kelwina. Bartosz Jabłonecki

12. Temperatura. • Każda cząsteczka gazu posiada pewną energię kinetyczną, a ponieważ te energie są różne, wprowadzamy średnią energię kinetyczną, przypadająca na jedną cząsteczkę. • gdzie n to liczba cząsteczek Bartosz Jabłonecki

13. Temperatura. • Między średnią energią kinetyczną cząsteczek gazu a temperaturą gazu występuje zależność proporcjonalności. Bartosz Jabłonecki

14. Temperatura - zadania. • Zad. 1. Wyraź w skali Kelwina temperaturę: • 36,6oC, • 15oC, • 100oC, • 53oC, • -20oC. Bartosz Jabłonecki

15. Temperatura - zadania. • Zad. 2. Wyraź w skali Celsjusza temperaturę: • 10K, • 273K, • 383K, • 253K, • 203K. Bartosz Jabłonecki

16. Energia wewnętrzna. • Energią wewnętrzną U ciała nazywamy sumę wszystkich rodzajów energii wszystkich cząsteczek tego ciała. Bartosz Jabłonecki

17. Energia wewnętrzna. • Energia wewnętrzna gazu doskonałego jest sumą energii kinetycznych wszystkich N cząsteczek tego gazu. Bartosz Jabłonecki

18. T1 T2 Ciepło Q Ciepło - proces wymiany energii wewnętrznej. • Ciepło Q przekazywane przez układ o temperaturze wyższej ciału o temperaturze niższej jest równe zmianie energii wewnętrznej tego ciała. Bartosz Jabłonecki

19. Pierwsza zasada termodynamiki. • Przyrost energii wewnętrznej gazu może nastąpić w wyniku: • wykonanej nad nim pracy, • dostarczonego do niego ciepła. Bartosz Jabłonecki

20. Pierwsza zasada termodynamiki. • I zasada termodynamiki Przyrost energii wewnętrznej ciała jest równy sumie dostarczonego ciału ciepła Q i wykonanej nad nim pracy W. Bartosz Jabłonecki

21. Pierwsza zasada termodynamiki. • Zad. 1. Sprężając gaz w cylindrze, wykonano nad nim pracę 2000J. O ile wzrosła energia wewnętrzna gazu, jeżeli podczas sprężania gaz oddał do otoczenia ciepło równe 500J. Bartosz Jabłonecki

22. Pierwsza zasada termodynamiki. • Zad. 2. Gaz ogrzano dostarczając mu ciepła w ilości 50kJ a jego początkowa energia wewnętrzna wynosiła 20kJ. Wyznacz jego energię wewnętrzną wiedząc, że wykonał on pracę równą 30kJ. Bartosz Jabłonecki

23. źródło ciepła chłodnica Silnik cieplny. • Schemat silnika cieplnego Bartosz Jabłonecki

24. Silnik cieplny. • Sprawność silnika cieplnego: • gdzie (-eta) - symbol sprawności, W - praca wykonana, Q - ciepło pobrane Bartosz Jabłonecki

25. Silnik cieplny. • pamiętając, że: • to sprawność silnika cieplnego możemy wyrazić za pomocą wzoru: Bartosz Jabłonecki

26. Silnik cieplny. • Idealny silnik cieplny Carnota (pracuje bez strat energii): Bartosz Jabłonecki

27. Silnik cieplny. • Czy istnieje silnik cieplny pracujący ze 100% sprawnością? temperatura zera bezwzględnego czyli -273oC Bartosz Jabłonecki

28. Silnik cieplny - zadania. • Zad. 1. Oblicz sprawność silnika cieplnego wiedząc, że w jednym cyklu źródło ciepła oddało ciepło w ilości 600J i wykonał on pracę 200J. Bartosz Jabłonecki

29. Silnik cieplny - zadania. • Zad. 2. Oblicz sprawność silnika cieplnego pracującego między temperaturami 600oC, a 100oC. (Pamiętaj o zamianie jednostek na podstawowe.) Bartosz Jabłonecki

30. Rzeczywiste silniki cieplne • Ze względu na rodzaj zastosowanego czynnika roboczego rozróżniamy silniki cieplne: • parowe, • spalinowe. Bartosz Jabłonecki

31. Rzeczywiste silniki cieplne • Ze względu na budowę rozróżniamy silniki: • tłokowe, • wirowe, • odrzutowe. Bartosz Jabłonecki

32. zawór ssący zawór wydechowy iskra tłok wydech spalanie sprężanie ssanie Rzeczywiste silniki cieplne • Zasada działania silnika spalinowego czterosuwowego z zapłonem iskrowym. Bartosz Jabłonecki

33. żarówka transformator obniżający napięcie energia promieniowania turbina wodna silnik elektryczny grzejnik elektryczny prądnica transformator podnoszący napięcie energia mechaniczna energia wewnętrzna Zasada zachowania energii całkowitej. • Przykład przemian energii zapora wodna Bartosz Jabłonecki

34. Zasada zachowania energii całkowitej. • Cały zasób energii, suma wszystkich rodzajów energii u układzie izolowanym (nie wymieniającym energii z otoczeniem) pozostaje niezmieniona - jest stała. Bartosz Jabłonecki

35. KONIEC www.fizyka.iss.com.pl Bibliografia R.Rozenbajgier i E. Misiaszek Fizyka z astronomią dla zasadniczej szkoły zawodowej Kraków 2003, ZamKor