ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ (Μεταβατικές)

Σχετικά έγγραφα
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ (Μεταβατικές) ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΡΓΟ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Ογκομετρική (PVT) συμπεριφορά καθαρών ρευστών

Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

Δύναμη F F=m*a kgm/s 2. N = W / t 1 J / s = 1 Watt ( W ) 1 HP ~ 76 kp*m / s ~ 746 W. 1 PS ~ 75 kp*m / s ~ 736 W. 1 τεχνική ατμόσφαιρα 1 at

εύτερος Θερμοδυναμικός Νόμος Εντροπία ιαθέσιμη ενέργεια Εξέργεια

Φάσεις μιας καθαρής ουσίας

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. 1ος Θερμοδυναμικός Νόμος. Σύστημα. Αλληλεπίδραση Συστήματος-Περιβάλλοντος ΕΡΓΟ. f(p k, k =1...N)=0

ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ Ι 1

1ος Θερμοδυναμικός Νόμος

Ενθαλπία. Ηενθαλπία (Η) συστήµατος ορίζεται ως: Η=U+pV

. ΠΡΩΤΟΣ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική

12 η Διάλεξη Θερμοδυναμική

ΥΠΟΔΕΙΓΜΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΩΝ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

ΠΟΛΥΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ (Ασκήσεις πράξης) ΙΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ - ΕΡΓΟ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 8: Θερμοχωρητικότητα Χημικό δυναμικό και ισορροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΥΠΟΔΕΙΓΜΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΓΡΑΠΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ. Μονάδες - Τάξεις μεγέθους

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας, μηχανικού έργου και ιδιοτήτων των διαφόρων θερμοδυναμικών

Σύστημα. Ανοικτά Συστήματα. Γενικό Ροϊκό Πεδίο. Περιβάλλον. Θερμότητα. Ροή Μάζας. Ροή Μάζας. Έργο

Τμήμα Χημείας Μάθημα: Φυσικοχημεία Ι Εξέταση: Περίοδος Ιουνίου (21/6/2017)

Προσανατολισμού Θερμοδυναμική

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας,

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β' ΛΥΚΕΙΟΥ

Θερμοδυναμική Ενότητα 4:

Σύστημα. Ανοικτά Συστήματα. Περιβάλλον. Γενικό Ροϊκό Πεδίο. Όγκος Ελέγχου, Επιφάνεια Ελέγχου. Θερμότητα. Ροή Μάζας. Ροή Μάζας.

Ζήτημα 1 0. Επώνυμο... Όνομα... Αγρίνιο 1/3/2015. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση

Χημική Κινητική Γενικές Υποδείξεις 1. Τάξη Αντίδρασης 2. Ενέργεια Ενεργοποίησης

(διαγώνισµα Θερµοδυναµική Ι)

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 2: Αγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

ΑΡΧΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

EΡΓΟ-ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Θερμοδυναμική. Ενότητα 3: Ασκήσεις στη Θερμοδυναμική. Κυρατζής Νικόλαος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / B ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ Μ.-ΑΓΙΑΝΝΙΩΤΑΚΗ ΑΝ.-ΠΟΥΛΗ Κ.

Θεωρία και Μεθοδολογία

Ειδική Ενθαλπία, Ειδική Θερµότητα και Ειδικός Όγκος Υγρού Αέρα

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΝΟΜΟΙ ΑΕΡΙΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

3. Ν αποδειχθεί ότι σε ιδανικό αέριο : α=1/t και κ Τ =1/Ρ όπου α ο συντελεστής διαστολής και κ T ο ισόθερµος συντελεστής συµπιεστότητας.

Φαινόμενα Μεταφοράς Μάζας θερμότητας

Σύστημα. Ανοικτά Συστήματα. Γενικό Ροϊκό Πεδίο. Περιβάλλον. Θερμότητα. Ροή Μάζας. Ροή Μάζας. Έργο

Φυσικοί μετασχηματισμοί καθαρών ουσιών

Θερμότητα - διαφάνειες , Σειρά 1

1 IΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ

2 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

διαιρούμε με το εμβαδό Α 2 του εμβόλου (1)

1bar. bar; = = y2. mol. mol. mol. P (bar)

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

Μεταβολή Q, W, ΔU Παρατηρήσεις (3) ) Q = nrt ln V 1. W = Q = nrt ln U = 0 (5). Q = nc V T (8) W = 0 (9) U = nc V T (10)

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ II Χειμερινό Εξάμηνο Η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΘΕΜΑ 4

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Κεφάλαιο 8. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής

ΜΑΝΩΛΗ ΡΙΤΣΑ ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. Τράπεζα θεμάτων. Δ Θέμα ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Θερμοδυναμική Ενότητα 4:

P. kpa T, C v, m 3 /kg u, kj/kg Περιγραφή κατάστασης και ποιότητα (αν εφαρμόζεται) , ,0 101,

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα 1. Εισαγωγή Βασικές έννοιες Αγωγή

Υποθέστε ότι ο ρυθμός ροής από ένα ακροφύσιο είναι γραμμική συνάρτηση της διαφοράς στάθμης στα δύο άκρα του ακροφυσίου.

Μεταβολή Q, W, ΔU Παρατηρήσεις (3) ) Q = nrt ln V 1. W = Q = nrt ln U = 0 (5). Q = nc V T (8) W = 0 (9) U = nc V T (10)

ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΑΕΡΙΩΝ. 1. Δώστε τον ορισμό τον τύπο και το διάγραμμα σε άξονες P v της ισόθερμης μεταβολής. σελ. 10. και

6.2. ΤΗΞΗ ΚΑΙ ΠΗΞΗ, ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΕΣ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ


1. Στοιχεία Μεταφοράς Μάζας και Εξισώσεις Διατήρησης

ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ

Οι ιδιότητες των αερίων και καταστατικές εξισώσεις. Θεόδωρος Λαζαρίδης Σημειώσεις για τις παραδόσεις του μαθήματος Φυσικοχημεία Ι

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 31 ΜΑΪΟΥ 2000 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΧΗΜΕΙΑ

ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΦΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΤΑΣΗ ΑΤΜΩΝ

ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΧΗΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ (ΘΧΜ) 1. ΣΚΟΠΟΣ και ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ 2. ΘΕΜΕΛΙΑ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 3: Μηδενικός Νόμος - Έργο. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ Ι Μεταλλουργία Σιδήρου Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων - Μεταλλουργών

Μακροσκοπική ανάλυση ροής

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)

Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας. 6ο Εξάμηνο Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών. 1η Σειρά Ασκήσεων.

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β' ΛΥΚΕΙΟΥ

F 2 ( F / T ) T T. (β) Να δείξετε ότι µετασχηµατισµός Legendre της J(1/T,V) που δίνει το

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΚΑΘΑΡΩΝ ΟΥΣΙΩΝ.

ΜΑΝΩΛΗ ΡΙΤΣΑ ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. Τράπεζα θεμάτων. Β Θέμα ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ. Μεταφορά θερµότητας Εναλλάκτες θερµότητας

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 4: Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Εντροπία (1/3) Ανισότητα Clausius. ds T. = αντιστρεπτές < αναντίστρεπτες

M V n. nm V. M v. M v T P P S V P = = + = σταθερή σε παραγώγιση, τον ορισµό του συντελεστή διαστολής α = 1, κυκλική εναλλαγή 3

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β' ΛΥΚΕΙΟΥ

* Επειδή μόνο η μεταφορά θερμότητας έχει νόημα, είτε συμβολίζεται με dq, είτε με Q, είναι το ίδιο.

v = 1 ρ. (2) website:

Φάσεις μιας καθαρής ουσίας. Αλλαγές φάσεων καθαρών ουσιών

Transcript:

Έργο - Θερμότητα 1

ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ (Μεταβατικές) ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΡΓΟ Συναρτήσεις δρόμου Ποσότητες ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ (Κινητική, Δυναμική) ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ (Εσωτερική [U], Ενθαλπία [Η]) Συναρτήσεις σημείου- Τέλεια διαφορικά- Ιδιότητες 2

Χαρακτηριστικά και Σύμβαση προσήμων έργου (W) και θερμότητας (Q) Ποσότητες (Συναρτήσεις διαδρομής) Ενέργειες Μεταβατικές Πρόσημα 3

Θερμότητα Μηχανισμοί Μετάδοσης Αγωγή Μεταξύ στερεών και «στάσιμων» ρευστών q ሶ = λ dt dx Συναγωγή Μεταξύ στερεών και κινούμενων ρευστών q ሶ = h(t w T o ) Ακτινοβολία q ሶ = ε σ T 4 ρευστό στερεό υ o T o ρευστό T w στερεό q ሶ = ρυθμός ροής θερμότητας ανά μονάδα επιφανείας λ = συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας h = συντελεστής συναγωγής ε = συντελεστής εκπομπής [0, 1] σ = σταθερά Stefan-Boltzmann 4

Έργο Έργο μετατόπισης: dw=f ds=(p A)ds=P(A ds)=p dv Οιονεί στατικές διεργασίες: W= dw = P dv= Εμβ(12ba1) Έργο άξονα: Ws P dw=pdv dv Ισχύς : N=W/t 5 Στις οιονεί στατικές (στατικότροπες) διεργασίες το έργο μπορεί να υπολογιστεί ως ολοκλήρωμα, δηλαδή ως εμβαδόν κάτω από την καμπύλη της διεργασίας (συνεχής γραμμή). Στις αναντίστρεπτες (μη στατικότροπες) διεργασίες αυτό δεν είναι εφικτό. Η διεργασία αποτυπώνεται με διακεκομμένη γραμμή.

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ: ΑΝΑΛΥΣΗ-ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ-ΑΝΑΠΤΥΞΗ/ΑΡΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΥΣΗ: ΟΡΙΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΟΥ ΣΥΜΒΑΙΝΟΥΝ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ. ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ: ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΟΥΝ ΤΙΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ: Διεργασίες κάθε σώματος που συμμετέχει στο σύστημα, αρχικές και τελικές καταστάσεις. Ισοζύγια μάζας, ενέργειας και εξισώσεις ισορροπίας φάσεων ή/και χημικών αντιδράσεων, αθροίσματα γραμμομοριακών κλασμάτων, ειδικοί περιορισμοί κλπ ΚΑΤΑΜΕΤΡΗΣΗ ΑΡΙΘΜΟΥ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ (Ε) ΚΑΙ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ (Μ) ΠΟΥ ΥΠΕΙΣΕΡΧΟΝΤΑΙ ΣΕ ΑΥΤΕΣ. ΟΡΙΣΜΟΣ (ΔΕΔΟΜΕΝΑ) ΤΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ ΤΩΝ ΒΑΘΜΩΝ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑΣ Η ΕΛΕΥΘΕΡΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ Ή ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ (Δ=Μ-Ε) ΩΣΤΕ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΝΑ ΕΧΕΙ ΟΡΙΣΜΕΝΗ ΛΥΣΗ. ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΑΡΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ: ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΣ ΚΟΣΤΟΥΣ 6

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ Έστω πρόβλημα Ε=5 εξισώσεων με Μ=10 μεταβλητές Για την επίλυση του απαιτείται ο ορισμός Δ=Μ-Ε=5 από τις 10 μεταβλητές Οι δυνατοί συνδυασμοί των 10 μεταβλητών ανά 5 είναι: 252 Επομένως στη γενική περίπτωση (από καθαρά μαθηματική άποψη) μπορώ να δώσω για την ιδία διεργασία (σύστημα εξισώσεων) 252 διαφορετικά σετ δεδομένων. Αν Ε=8 και Μ=15, τότε οι συνδυασμοί δίνουν 6435 διαφορετικές λύσεις του ίδιου προβλήματος. Στην πραγματικότητα - για φυσικά προβλήματα - ο αριθμός των επιλογών είναι μικρότερος, αφού κάποιες από τις ελεύθερες μεταβλητές προσδιορίζονται άμεσα από το πρόβλημα, πχ η τροφοδοσία μιας διεργασίας (παροχή και σύσταση) 7

ΑΣΚΗΣΗ 3.1 Μέσα σε διάταξη κύλινδρου-εμβόλου περιέχεται ένα τέλειο αέριο που υφίσταται ρυθμιζόμενη ισοθερμοκρασιακή εκτόνωση, ώστε σε κάθε στιγμή να ισχύει η σχέση: P = A + B V 2 όπου Α,Β σταθερές, P η πίεση και V ο όγκος του αερίου. Αρχικά το αέριο βρίσκεται σε πίεση 9 bar και καταλαμβάνει όγκο 50 lit, ενώ στην τελική κατάσταση ισορροπίας η πίεση είναι 3 bar. Να υπολογιστεί το παραγόμενο έργο κατά την εκτόνωση του αερίου. 8

ΑΣΚΗΣΗ 3.1 ΣΥΝΘΕΣΗ- ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗ: κλειστό σύστημα τέλειο αέριο ισοθερμοκρασιακή μεταβολή οιονεί στατική διεργασία W = 1 2 P dv = 1 2 Α + ΒV 2 dv = A (V 2 -V 1 ) + B 3 (V 2 3 -V 13 ) (1) P 1 = Α + ΒV 1 2 (2) P 2 = Α + ΒV 2 2 (3) P 1 V 1 = P 2 V 2 (4) Μεταβλητές: Μ = 7 Εξισώσεις: E = 4 Βαθμοί ελευθερίας/δεδομένα = Μ-Ε = 3 Πιθανοί συνδυασμοί 7 ανά 3 = 35 9

ΑΣΚΗΣΗ 3.1 ΕΠΙΛΥΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΑ: P 1,P 2,V 1 (4): V 2 = 150 lt (3-2): B = P 2 P 1 V 2 2 V 1 2 =-300 bar/m 6 (2): A= 9,75 bar (1): W= 65 kj (>0) Μετατροπές: 1 J = 1 Nm=1 Pa m 3 1 bar= 10 5 Pa=100 kpa 10

ΑΣΚΗΣΗ 3.2 Μέσα σε ένα κύλινδρο περιέχεται υδρατμός σε πίεση 0.5 bar και θερμοκρασία 100 ο C. O ατμός, αρχικού όγκου 20 cm 3, υφίσταται ισοθερμοκρασιακή συμπίεση μέχρι τελικού όγκου 5 cm 3. Ζητούνται: 1. Η φύση του νερού στην τελική κατάσταση. 2. Η πορεία της διεργασίας σε διάγραμμα P-V. 3. Το καταναλισκόμενο έργο για τη συμπίεση του νερού. 11

ΑΣΚΗΣΗ 3.2 ΑΝΑΛΥΣΗ: κλειστό σύστημα 12 ισοθερμοκρασιακή μεταβολή στους 100 ο C: P 2 = 1 atm, Από πίνακες κορεσμένης κατάστασης για t=100 ο C ή P 2 =1 atm: v 2 = 1.044 l/kg, v 2 =1673.9 l/kg P 1 =0.5 bar < 1 atm, άρα υπέρθερμος ατμός Οιονεί στατική διεργασία ΥΠΟΘΕΣΗ: Έστω ότι το σημείο 2 είναι μίγμα υγρού-ατμού

ΑΣΚΗΣΗ 3.2 Σύνθεση - Σχεδιασμός 2 2 W = 1 P dv = 2 R 1 P dv + 2 P dv = m[ Tln v 2 + P 18 v 2 (v 2 -v 2 )] (1) 1 P 1 V 1 = m RT 18 (2) V 1 = mv 1 (3) V 2 = mv 2 (4) x 2 = v 2 v 2 v 2 v 2 (5) v 2, v 2 = f(t ή P2) (6 και 7) ΠΡΟΣΟΧΗ! Για τον υπολογισμό του έργου το ολοκλήρωμα πρέπει να αναλυθεί σε δύο περιοχές: Από 1 έως 2 το ρευστό είναι υπέρθερμος ατμός σε χαμηλή πίεση και ισχύει η ΚΕ Ι.Α. Από 2 έως 2 το ρευστό είναι μίγμα υγρούατμού και η πίεση είναι σταθερή. Μεταβλητές: W, P1, P2, V1, V2, T, m, R, x 2, v 1, v 2, (v 2, v 2 ) Άρα: Μ = 13 ( ή 11 χωρίς κορεσμένους όγκους) Εξισώσεις: E = 7 (ή 5 χωρίς εξ.6 και 7) Βαθμοί ελευθερίας/δεδομένα = Μ-Ε = 6 Πιθανοί συνδυασμοί 11 ανά 6 = 462 13

ΑΣΚΗΣΗ 3.2 ΕΠΙΛΥΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΑ: P 1,P 2,V 1,V 2,R,T (2): m= 5,8E-6 kg (3): v 1 = 3448,3 lt/kg (4): v 2 = 862,1 lt/kg (5): x 2 = 0,51 Άρα η υπόθεση είναι σωστή (1): W= -1,2 J (<0) R = 22,4 273,15 lit atm mol K

Εσωτερική Ενέργεια Ενθαλπία Εσωτερική Ενέργεια, U: Ιδιότητα Εκφράζει την ενέργεια των μορίων (κινητική, δυναμική, πυρηνική, κλπ) Στα τέλεια αέρια: U=f(T) Ενθαλπία, Η = U + PV Στα τέλεια αέρια: H=f(T) A=U-TS G=H-TS 15

Αισθητή Λανθάνουσα Θερμότητα Αισθητή Θερμότητα: Συνδέεται με την αλλαγή της θερμοκρασίας Αφορά μονοφασικά σώματα Λανθάνουσα Θερμότητα: Συνδέεται με αλλαγή φάσης Στα καθαρά ρευστά δεν παρατηρείται μεταβολή της θερμοκρασίας 16

Αισθητή Λανθάνουσα Θερμότητα Πρόβλημα Για να εξατμίσω 1kg Η 2 Ο στους 25 ο C απαιτούνται 2547 kj. Πόσα κιλά νερού απαιτούνται για να απορροφήσουν τη θερμότητα αυτή με θέρμανσή τους από τους 15 ο C στους 35 ο C; Δίνεται μέση C p του νερού 4,2 kj/(kg K). Λύση Συνεπώς: Q=mC p ΔΤ. m=q/(c p ΔΤ)=30 kg 17

Ειδικές Θερμότητες Υπό σταθερή πίεση, C p : C P = Q T P = H T P Υπό σταθερό όγκο, C v : C V = Q T V = U T V Στα τ.α. : CP = CP(T ) C = V CV (T ) CP CV = R C / C P V = 18

Ειδικές Θερμότητες 2 3 c p = a + bt + ct + dt + et 4 5.0 4.5 4.0 Cp νερού 3.0 2.8 2.6 Cp, J mol -1 K -1 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.0 0.5 στερεο υγρό τέλειο αέριο 1.4 1.2 0.0 1.0 0 500 1000 1500 2000 T, K 19