1 Termodynamika techniczna Wykład i ćwiczenia Andrzej Wojtowicz Pokój 331, konsultacje wtorek 12:00 – 14:00 Strona domowa: pliki z wykładami, zadaniami na ćwiczenia, wynikami (kolokwia, egzaminy) Różne dodatkowe informacje (PWN): Feynmana wykłady z fizyki t. I, cz. 2 Halliday, Resnick, Walker, t. II, rozdz. 19, 20, 21 A. Teodorczyk, Termodynamika techniczna

2 Pochłanianie ciepła przez ciała stałe i cieczeWykład 1 Temperatura i ciepło Pochłanianie ciepła przez ciała stałe i ciecze

3 Bezwzględna skala temperaturyTermodynamika, energia termiczna ciepło i praca: jak najlepiej wykorzystać ciepło wytwarzając użyteczną pracę Ciepło i temperatura Temperatura, jedna z siedmiu podstawowych wielkości układu SI 1 kelwin, skala Kelvina, Bezwzględna skala temperatury Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc

4 Zerowa zasada termodynamikiCopyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Termoskop Jeśli ciała A i B są w równowadze termicznej z trzecim ciałem (T), to są one w równowadze termicznej ze sobą nawzajem Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc

5 Punkt potrójny wody Woda, lód i para wodna istnieją w równowadze termodynamicznej tylko dla jednej pary wartości ciśnienia i temperatury (611,73 Pa, 273,16 K) Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Punkt odniesienia dla pomiarów temperatury przy pomocy termometru gazowego T3 = K 1 kelwin, 1/ różnicy pomiędzy temperaturą punktu potrójnego a zerem bezwzględnym

6 Termometr gazowy Termometr gazowy o stałej objętościCopyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Termometr gazowy o stałej objętości Zbiornik z gazem zanurzony jest w cieczy, której temperaturę mierzymy

7 Skale temperatur Celsjusza i FahrenheitaSkala Celsjusza: Skala Fahrenheita: Skala Fahrenheita stosowana w krajach anglosaskich. Skalę tę zaproponował Daniel Gabriel Fahrenheit w 1715 roku. Na punkt zerowy skali Fahrenheit wybrał najniższą temperaturę zimy 1708/1709 zanotowaną w jego rodzinnym mieście Gdańsku. 100° miało być jego własną temperaturą. Niestety na skutek błędu (miał wtedy stan podgorączkowy) 100° F oznacza 37,8° C. 00C odpowiada 320F 37,80C odpowiada 1000F -180C odpowiada 00F Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc

8 Rozszerzalność cieplna liniowa współczynnik rozszerzalności liniowejmosiądz stal współczynnik rozszerzalności liniowej [10-6/0C] Lód (00C) 51 ołów 29 aluminium 23 mosiądz 19 miedź 17 beton 12 stal 11 szkło (zwykłe) 9 szkło (pyrex) 3,2 diament 1,2 inwar 0,7 kwarc 0,5 temp. pokojowa Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc

9 Rozszerzalność cieplna objętościowa SPRAWDZIANYwspółczynnik rozszerzalności objętościowej SPRAWDZIANY Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc Uszereguj wg. wielkości Cztery prostokątne płytki stopnie i temp. dla 3 skal o bokach L, 2L lub 3L 500X, 500W i 500Y uszereguj wg. zmian wysokości i pola powierzchni

10 Temperatura i ciepło Cal (kilokaloria)Ciepło jest energią termiczną przekazywaną pomiędzy układem a jego otoczeniem wskutek istniejącej pomiędzy nimi różnicy temperatur Cal (kilokaloria) Btu (British thermal unit) ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 funta wody od 630F do 650F Copyright 2005 John Wiley and Sons, Inc

11 Pochłanianie ciepła przez ciała stałe i cieczepojemność cieplna C [J/kg.K] [J/mol.K] Pierwiastki w stanie stałym ołów ,6 wolfram ,8 srebro ,5 miedź ,5 aluminium ,4 Inne ciała stałe mosiądz 380 granit 790 szkło 840 lód (-10oC) 2200 Ciecze rtęć 140 alkohol etyl woda morska 3900 woda 4190 ciepło właściwe c Jednostką pojemności cieplnej jest cal/K lub J/K, a ciepła właściwego cal/g.K (kaloria na gram i na kelwin) lub J/kg.K molowe ciepło właściwe (nie na kg, ale na mol) jednostek elementarnych danej substancji (atomów, cząsteczek)

12 zmiana stanu skupienia ciepło parowania, ciepło topnieniaciepło przemiany [K] [kJ/kg] Substancja temp. ciepło przemiany Topnienie wodór 14,0 58,0 tlen 54,8 13,9 rtęć ,4 woda ołów ,2 srebro miedź Wrzenie wodór 20,3 455 tlen 90,2 213 rtęć woda ołów srebro miedź zmiana stanu skupienia ciepło parowania, ciepło topnienia dla wody wrzącej pod ciśnieniem normalnym dla wody krzepnącej pod ciśnieniem normalnym