Περιβαλλοντική Χημεία

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Περιβαλλοντική Χημεία Ενότητα 3: Ισοζύγιο Ενέργειας Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Σκοπός της ενότητας αυτής είναι η κατανόηση ενός από τους βασικότερους νόμους της φύσης που είναι η αρχή διατήρησης της ενέργειας (Leibnitz το 1693). 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας Μετατροπή Ηλεκτρικής σε Θερμική Ενέργεια 5

6 Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας - 1 Ένας από τους βασικότερους νόμους της φύσης είναι η αρχή διατήρησης της ενέργειας (Leibnitz το 1693). Η αρχή αυτή όπως διατυπώθηκε αρχικά αφορούσε μόνο το άθροισμα κινητικής και δυναμικής ενέργειας (μηχανική ενέργεια) υλικού σώματος μέσα στο πεδίο βαρύτητας. 6

7 Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας - 2 Αργότερα επαναδιατυπώθηκε από τον Helmholtz ως εξής: Κάθε φορά που μια μορφή ενέργειας εξαφανίζεται, παράγεται ίση ποσότητα ενέργειας άλλης μορφής. Δηλαδή η ενέργεια μπορεί να μετατρέπεται, αλλά δεν μπορεί να δημιουργηθεί από το μηδέν ή να εξαφανιστεί. 7

8 Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας - 3 Την αδυναμία παραγωγής έργου από το μηδέν τη λέμε «αεικίνητο πρώτου είδους» και αυτή η διατύπωση της αρχής διατήρησης της ενέργειας είναι γνωστή σαν πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής. 8

9 Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας - 4 Μία άλλη διατύπωση της αρχής διατήρησης της ενέργειας μπορεί να είναι η ακόλουθη: Το σύνολο της ενέργειας στο σύμπαν παραμένει σταθερό. Η διατύπωση αυτή θα ήταν ορθή αν δεν υπήρχαν τα πυρηνικά φαινόμενα ή εάν στον όρο ενέργεια συμπεριλάβουμε και την μάζα, που μπορεί να θεωρηθεί συμπυκνωμένη μορφή ενέργειας (Ε = m c 2 ). 9

10 Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας - 5 Είναι γνωστό από την Φυσική ότι υπάρχουν διάφορες μορφές ενέργειας (μηχανική, θερμική, ηλεκτρική, χημική κ.λ.π.) και ότι μία μορφή ενέργειας μπορεί να μετατρέπεται σε άλλες μορφές, με το σύνολο της ενέργειας να παραμένει σταθερό. Στη συνέχεια θα γίνει εφαρμογή της αρχής διατήρησης της ενέργειας (ισοζύγιο ενέργειας) σε τρία συστήματα. 10

11 Μετατροπή Ηλεκτρικής σε Θερμική Ενέργεια - 1 Όταν μία ηλεκτρική αντίσταση R, διαρρέεται από ρεύμα εντάσεως Ι, υπό τάση V, για χρόνο t, τότε η ενέργεια W που εκλύεται στην αντίσταση υπό μορφή θερμότητας, δίνεται από την σχέση : W= I 2 R t (1) 11

12 Μετατροπή Ηλεκτρικής σε Θερμική Ενέργεια - 2 Τότε λέμε ότι η ισχύς της αντίστασης είναι: P = I2 R = V I (2) Η θερμική ενέργεια Q που απαιτείται για την ανύψωση της θερμοκρασίας κατά ΔΤ, ενός σώματος μάζας m, που έχει ειδική θερμότητα Cp δίνεται από την σχέση: Q = m Cp ΔT (3) 12

13 Τέλος Ενότητας 13