Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Samankaltaiset tiedostot
Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 3 / Kommentti kotilaskuun 2 Termodynamiikan 1. pääsääntö 9/26/2016

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 3 / TERVETULOA! Termodynamiikan 1. pääsääntö 9/25/2017

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 8 /

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 9 /

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Luku 8 EXERGIA: TYÖPOTENTIAALIN MITTA

P = kv. (a) Kaasun lämpötila saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla, PV = nrt

Luku 4 SULJETTUJEN SYSTEEMIEN ENERGIA- ANALYYSI

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 7 /

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 7 /

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Clausiuksen epäyhtälö

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 1 / TERVETULOA! v. 05 / T. Paloposki

2 Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö (First Law of Thermodynamics)

Termodynamiikka. Termodynamiikka on outo teoria. Siihen kuuluvat keskeisinä: Systeemit Tilanmuuttujat Tilanyhtälöt. ...jotka ovat kaikki abstraktioita

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

Molaariset ominaislämpökapasiteetit

Kemiallinen reaktio

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Konventionaalisessa lämpövoimaprosessissa muunnetaan polttoaineeseen sitoutunut kemiallinen energia lämpö/sähköenergiaksi höyryprosessin avulla

Muita lämpökoneita. matalammasta lämpötilasta korkeampaan. Jäähdytyksen tehokerroin: Lämmityksen lämpökerroin:

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

1 Clausiuksen epäyhtälö

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

Lämpöopin pääsäännöt

Luku 13 KAASUSEOKSET

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

FY9 Fysiikan kokonaiskuva

Thermodynamics: An Engineering Approach, 7 th Edition Yunus A. Cengel, Michael A. Boles McGraw-Hill, Luku 7 ENTROPIA

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella.

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

Spontaanissa prosessissa Energian jakautuminen eri vapausasteiden kesken lisääntyy Energia ja materia tulevat epäjärjestyneemmäksi

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

- Termodynamiikka kuvaa energian siirtoa ( dynamiikkaa ) systeemin sisällä tai systeemien kesken (vrt. klassinen dynamiikka: kappaleiden liike)

T H V 2. Kuva 1: Stirling kiertoprosessi. Ideaalisen Stirlingin koneen sykli koostuu neljästä osaprosessista (kts. kuva 1):

Kryogeniikan termodynamiikkaa DEE Kryogeniikka Risto Mikkonen 1

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

TERMODYNAMIIKAN KURSSIN FYS 2 KURS- SIKOKEEN RATKAISUT

V T p pv T pv T. V p V p p V p p. V p p V p

Luento 11: Potentiaalienergia. Potentiaalienergia Konservatiiviset voimat Voima potentiaalienergiasta gradientti Esimerkkejä ja harjoituksia

Integroimalla ja käyttämällä lopuksi tilanyhtälöä saadaan T ( ) ( ) H 5,0 10 J + 2,0 10 0,50 1,0 10 0,80 Pa m 70 kj

f) p, v -piirros 2. V3likoe klo

Jos olet käynyt kurssin aikaisemmin, merkitse vuosi jolloin kävit kurssin nimen alle.

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

Luento 4. Termodynamiikka Termodynaamiset prosessit ja 1. pääsääntö Entropia ja 2. pääsääntö Termodynaamiset potentiaalit

Exercise 1. (session: )

Copyright 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley.

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

3.4 Liike-energiasta ja potentiaalienergiasta

Käyttöliittymät II. Käyttöliittymät I Kertaus peruskurssilta. Keskeisin kälikurssilla opittu asia?

1. van der Waalsin tilanyhtälö: 2 V m RT. + b2. ja C = b2. Kun T = 273 K niin B = cm 3 /mol ja C = 1200 cm 6 mol 2

Mekaaninen energia. Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa. Suppea energian määritelmä:

Ohjeellinen pituus: 2 3 sivua. Vastaa joko tehtävään 2 tai 3

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

Luku 5 KONTROLLI- TILAVUUKSIEN MASSA- JA ENERGIA-ANALYYSI

Ch 19-1&2 Lämpö ja sisäenergia

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

kuonasula metallisula Avoin Suljettu Eristetty S / Korkealämpötilakemia Termodynamiikan peruskäsitteitä

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Luento 9: Potentiaalienergia

Aineen olomuodot. Fysiikka 2 tiivistelmä. Lämpö. Nimityksiä: systeemit. Paine. Lämpötila F A

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

W el = W = 1 2 kx2 1

Biofysiikka Luento Entropia, lämpötila ja vapaa energia. Shannonin entropia. Boltzmannin entropia. Lämpötila. Vapaa energia.

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

Termodynamiikka. Fysiikka III Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki

Lämpöopin pääsäännöt. 0. pääsääntö. I pääsääntö. II pääsääntö

Energian varastointi ja uudet energialähteet

Capacity Utilization

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 1 /

Luku 20. Kertausta: Termodynamiikan 2. pääsääntö Lämpövoimakoneen hyötysuhde

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

anna minun kertoa let me tell you

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko klo Termodynamiikan käsitteitä

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

Choose Finland-Helsinki Valitse Finland-Helsinki

Fysiikan maailmankuva 2015 Luento 8. Aika ja ajan nuoli lisää pohdiskelua Termodynamiikka Miten aika ja termodynamiikka liittyvät toisiinsa?

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

1. Laske ideaalikaasun tilavuuden lämpötilakerroin (1/V)(dV/dT) p ja isoterminen kokoonpuristuvuus (1/V)(dV/dp) T.

LYTH-CONS CONSISTENCY TRANSMITTER

Entalpia - kuvaa aineen lämpösisältöä - tarvitaan lämpötasetarkasteluissa (usein tärkeämpi kuin sisäenergia)

Teddy 1. välikoe kevät 2008

Luku Pääsääntö (The Second Law)

Ekvipartitioteoreema. Entropia MB-jakaumassa. Entropia tilastollisessa mekaniikassa

Ekvipartitioteoreema

Returns to Scale II. S ysteemianalyysin. Laboratorio. Esitelmä 8 Timo Salminen. Teknillinen korkeakoulu

1. Kumpi painaa enemmän normaalipaineessa: 1m2 80 C ilmaa vai 1m2 0 C ilmaa?

Transkriptio:

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA! Luento 28.9.2015 / T. Paloposki / v. 01 Tämän päivän ohjelma: Tilanyhtälöt (kertaus) Termodynamiikan 1. pääsääntö (energian häviämättömyyden laki) 1

pt-, pv- ja pvt-piirrokset Lähde: Sears (1953) s. 91, 93. 2

15 000 Tilanyhtälöiden vertailu Hiilidioksidi Clausius Paine [kpa] 10 000 5 000 Ideaalikaasu van der Waals T = 31 C 0 0.0 0.4 0.8 1.2 Moolitilavuus [m 3 /kmol] Lähde: Tribus (1961) s. 222. 3

Lähde: Cengel ja Boles (2007) s. 140. Vesihöyryn TV-piirros ja ideaalikaasuolettamuksesta aiheutuva virhe eri tilanteissa. Termodynamiikan 1. pääsääntö Energian häviämättömyyden laki tai energian säilymisen laki. Feynman et al. (1963, s. 4-7):... In quantum mechanics it turns out that the conservation of energy is very closely related to another important property of the world, things do not depend on absolute time. We can set up an experiment at a given moment and try it out, and then do the same experiment at a later moment, and it will behave in exactly the same way.... 4

Termodynamiikan 1. pääsääntö Verbaalinen muotoilu: Systeemin energian muutos = Energia, jonka systeemi ottaa ympäristöstään Energia, jonka systeemi luovuttaa ympäristöönsä Toinen tapa muotoilla sama asia: Ei voida rakentaa konetta, joka tuottaa energiaa tyhjästä. => 1. lajin ikiliikkuja on mahdoton (vrt. Lampinen s. 33) Termodynamiikan 1. pääsääntö Miten voimme todistaa, että termodynamiikan 1. pääsääntö on totta? Vastaus: emme mitenkään. Kyseessä on aksiooma eli etukäteen valittu ja todeksi oletettu lausuma. Tähän mennessä kukaan ei ole kuitenkaan vielä koskaan kiistattomasti havainnut mitään sellaista, mikä olisi ristiriidassa termodynamiikan 1. pääsäännön kanssa. 5

Energian lajit Koeta keksiä, mitä erilaisia energian lajeja systeemillä voi olla. Voit työskennellä omin päin tai kaveri(e)n kanssa. Kirjallisuutta ja nettiä saa käyttää. Systeemin energia E = U + E kin + E pot Systeemin kokonaisenergia Systeemin potentiaalienergia (suhteessa ulkoiseen koordinaatistoon) Systeemin sisäenergia (energia, joka on riippumaton ulkoisesta koordinaatistosta) Systeemin kineettinen energia (suhteessa ulkoiseen koordinaatistoon) 6

Tavallisesti: Useimmiten tarkastelun kohteena vain: - Systeemin atomien (tai molekyylien) liike-energia ( mikroskooppinen liike-energia, järjestäytymätön liike-energia ). - Systeemin atomien (tai molekyylien) välinen potentiaalienergia ( mikroskooppinen potentiaalienergia tai järjestäytymätön potentiaalienergia ). Toisinaan myös: - Systeemin atomien välisiin sidoksiin liittyvä kemiallinen sidosenergia ( kemiallinen energia ). Merkinnät: ISO 31 / SFS 3655 Sisäenergia = J (kj) Ominaissisäenergia = = J/kg (kj/kg) Moolinen sisäenergia = = J/mol (kj/kmol) 7

Termodynamiikan 1. pääsääntö Tarkastellaan oheista prosessia, jossa systeemi siirtyy alkutilasta A lopputilaan B pitkin prosessipolkua G ( prosessi P ). B (loppupiste) G (prosessipolku, reitti ) Oletetaan, että systeemin energiaa kuvaamaan riittää sisäenergia U. A (alkupiste) 1. pääsäännön matemaattinen muotoilu ΔU = U(B) U(A) = Q(P) W(P) Systeemin sisäenergian muutos Systeemin sisäenergia lopputilassa B Systeemin sisäenergia alkutilassa A Lämpö, joka siirtyy ympäristöstä systeemiin prosessissa P Lampinen yhtälö (90) s. 36 Työ, jonka systeemi tekee ympäristöön prosessin P aikana 8

Työn merkkisääntö Edellä valittiin: Työ, jonka systeemi tekee ympäristöön, on positiivista; työ, jonka ympäristö tekee systeemiin, on negatiivista. Olisi voitu valita myös toisin päin, ja näin on itse asiassa tehty monissa termodynamiikan kirjoissa. => Ota aina selvää, mitä merkkisääntöä käytetään! Työn ja lämmön määritelmät Giancoli (2008, luku 19-6, s. 505):... heat is a transfer of energy due to a difference in temperature, whereas work is a transfer of energy that is not due to a temperature difference. Holman (1988 s. 42, s. 54): Work is defined as the energy expended by a force acting through a distance. ; heat is thought of as an energy exchange with the surroundings which does not take the form of a force acting through a distance Ҫengel ja Boles (2007, s. 60, 62): Heat is defined as the form of energy that is transferred between two systems (or a system and its surroundings) by virtue of a temperature difference ; work is the energy transfer associated with a force acting through a distance 9

Työn ja lämmön määritelmät Termodynamiikassa kaksi yleisintä työn muotoa ovat: Systeemin tilavuuden Muilla keinoilla taserajan läpi muutoksiin liittyvä työ, siirtyvä mekaaninen työ tilavuudenmuutostyö (esim. pumppu, turbiini) Työn ja lämmön määritelmät Jos ainoa työn muoto on tilavuudenmuutostyö, voidaan kirjoittaa: = = = ja edelleen: = = 10

Lähteet - Y. A. Ҫengel & M. A. Boles (2007), Thermodynamics, an engineering approach, 6 th ed. McGraw-Hill, Boston. ISBN 978-007-125771-8. - R. P. Feynman, R. B. Leighton & M. Sands (1963), The Feynman lectures on physics. Addison-Wesley Publishing Company, Reading. Huom.: myös nettiversio osoitteessa http://feynmanlectures.caltech.edu/ - D. C. Giancoli (2008), Physics for scientists and engineers, Vol. I, 4 th ed. Pearson Education Inc., Upper Saddle River. ISBN 0-13-227358-6. - J. P. Holman (1988), Thermodynamics, 4 th ed. McGraw-Hill Book Company, New York. ISBN 0-07-029633-2. 11