Kruhový děj s ideálním plynem, 2. termodynamický zákon

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

fyzika

 

Otázka: Kruhový děj s ideálním plynem, 2. termodynamický zákon

Předmět: Fyzika

Přidal(a): Michaela H

 

Práce plynu

  • Práce vykonaná plynem při izobarickém ději je rovna součinu tlaku plynu a přírůstku jeho objemu
  • W’ = pΔV
  • W’ = Fs = pSΔs = pΔV
  • Práce vykonaná při izobarickém ději, při němž plyn přejde ze stavu A do stavu B, je znázorněna obsahem obdélníku ležícího v p-V diagramu pod izobarou
    • Diagram p-V se nazývá pracovní diagram
  • S = pΔV
  • Při proměnném tlaku:
    • Práce vykonaná plynem při zvětšení jeho objemu je v prac. diagramu znázorněna obsahem plochy, která leží pod příslušným úsekem křivky p=f(V)
    • Tlaková síla působící na píst není stálá:
      • W’ = p1ΔV + p2ΔV + … + pnΔV

 

Kruhový děj

  • Děj při kterém je konečný stav soustavy totožný s počátečním stavem, se nazývá kruhový (cyklický) děj
  • Protože při kruhovém ději je počáteční stav látky totožný s konečným stavem, je celková změna vnitřní energie pracovní látky po ukončení cyklu nulová
  • Těleso, od kterého pracovní látka přijme teplo Q1 je ohříváč
  • Těleso, kterému pracovní látka teplo Q’2 (< Q1) předá je chladič
  • Obsah plochy uvnitř uzavřené křivky zobrazující v pracovním diagramu kruhový děj znázorňuje celkovou práci vykonanou pracovní látkou během jednoho cyklu, tzv. užitečná práce
  • Celková práce W’, kterou vykoná pracovní látka během jednoho cyklu kruhového děje, se rovná celkovému teplu Q = Q1 + Q’2 přijatému během tohoto cyklu od okolí
  • Použitím prvního termodynamického zákona pro tento děj pak dostaneme W’ = Q

 

Účinnost kruhového děje

  • ŋ = W’/Q1 = (Q1-Q’2)/Q1 = 1 – Q’2/Q1
  • Účinnost ŋ (étha) libovolného kruhového děje je určena vztahem a je vždy < 1:

 

Druhý termodynamický zákon

  • Není možné sestrojit periodicky pracující stroj, který by jen přijímal teplo od určitého tělesa (ohřívače) a vykonával stejně velkou práci
  • Při tepelné výměně těleso o vyšší teplotě nemůže samovolně přijímat teplo od tělesa s nižší teplotou
  • Cyklicky pracující tepelný stroj
    • W’ = Q1 – Q2
  • Perpetum mobile druhého druhu
    • W’ = Q1

 

Carnotův cyklus

  • Carnotův cyklus označuje vratný kruhový děj ideálního tepelného stroje, který se skládá ze dvou izotermických a dvou adiabatických dějů.
    • Izotermická expanze
    • Adibatická expanze
    • Izotermická komprese
    • Adiabatická komprese

 

Tepelné motory

  • Hnací stroje, které přeměňují část vnitřní energie paliva uvolněné hořením na energii pohybovou
  • Libovolný tepelný motor se skládá z pracovní látky, ohřívače a chladiče
  • Vnitřní energie se předá pracovní látce (např. plynu, páře) tepelnou výměnou

 

Princip

  • Při expanzi (zvětšování objemu) koná pracovní látka práci proti vnějším silám a uvádí do pohybu především dopravní prostředky nebo některá strojní zařízení
  • Tepelný motor musí pracovat cyklicky. Během cyklu po expanzi pracovní látky následuje její komprese (zmenšování objemu)
  • Reálné tepelné motory ale pracují tak, že po expanzi se pracovní látka z motoru vypouští (např. shořelá pohonná směs u vznětového motoru) a stlačuje se nová dávka pracovní látky
  • Pro účinnost tepelného motoru, který pracuje s ohřívačem o teplotě T1 a chladičem o teplotě T2, platí:
    • ŋ ≤ ŋmax = (T1-T2)/T1 = 1 – T2/T1

 

Tepelné motory můžeme rozdělit na:

  • Parní
    • pracovní látkou je vodní pára získaná v kotli mimo motor
    • např parní stroj, parní turbína
  • Spalovací
    • pístové (plynová turbína, zážehový motor čtyřdobý, zážehový motor dvoudobý, vznětový motor)
    • reaktivní (proudový motor, raketový motor)
    • // pohonnou látkou je plyn vznikající při hoření paliva

 

Zážehový motor čtyřdobý

  • Pracuje ve čtyřech dobách:
    • Sání – sací ventil se otevírá, výfukový je uzavřen, píst se pohybuje dolů a do válce je nasávána pohonná směs
    • Stlačení – oba ventily jsou uzavřeny, píst se pohybuje nahoru a stlačuje pohonnou směs
    • Výbuch – oba ventily jsou uzavřeny, zápalná směs prudce shoří, vytvořený plynu stlačují píst prudce dolů
    • Výfuk – sací ventil je uzavřen, výfukový se otevírá, píst při pohybu nahoru vytlačuje spálené plyny mimo válec do výfuku
  • Účinnost motoru je 20 % až 33 %

 

Entropie

  • Veličina vyjadřující směr energetických přeměn (vývoje) zkoumaného systému.
  • Entropie vyjadřuje tendenci systému přecházet z méně pravděpodobných (uspořádanějších) stavů do stavů pravděpodobněji realizovatelných (méně uspořádaných).
  • Entropie S je mírou neuspořádanosti (poloh a rychlostí částic) systému.
  • Pro dokonale uspořádaný systém (krystalická mřížka při 0 K) je S = 0. Se vzrůstající teplotou a klesajícím tlakem
  • Entropie je termodynamická stavová veličina.