Joulův-Thomsonův jev volná adiabatická expanze  nevratný proces (vzroste entropie) ideální plyn: teplota se nezmění a bude platit: p1p1 V1V1 p 2 < p 1.

Prezentace na téma: "Joulův-Thomsonův jev volná adiabatická expanze  nevratný proces (vzroste entropie) ideální plyn: teplota se nezmění a bude platit: p1p1 V1V1 p 2 < p 1."— Transkript prezentace:

1 Joulův-Thomsonův jev volná adiabatická expanze  nevratný proces (vzroste entropie) ideální plyn: teplota se nezmění a bude platit: p1p1 V1V1 p 2 < p 1 V 2 > V 1 V2V2 reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) p1p1

2 Joulův-Thomsonův jev volná expanze  nevratný proces (vzroste entropie) ideální plyn: teplota se nezmění a bude platit: reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) T i – inverzní teplota p 1, T < T i  plyn se ochladí nebo ohřeje p 1, T > T i  plyn se vždy ohřeje Joule-Thomsonův koeficient  JT > 0  ochlazení  JT < 0  ohřev křivka inverzní teploty

3 Joulův-Thomsonův jev volná expanze  nevratný proces (vzroste entropie) ideální plyn: teplota se nezmění a bude platit: reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) T i – inverzní teplota p 1, T < T i  plyn se ochladí nebo ohřeje p 1, T > T i  plyn se vždy ohřeje Joule-Thomsonův koeficient vzduch  JT  0.25 K bar -1 při 300 K ochlazení o 1/4 o C při redukci tlaku o 1 bar (100 kPa) křivka inverzní teploty  JT > 0  ochlazení

4 Rovnovážný fázový diagram rovnovážný fázový diagram (stavové veličiny p, T) pro jednosložkovou látku fázové rozhraní  nespojitý skok v tepelné kapacitě solidus – rozhraní pevná látka – plyn (kapalina), pro většinu látek má kladnou směrnici pevná látka plyn kapalina solidus liquidus solidus kritický bod – mizí rozhraní mezi kapalinou a plynem liquidus – rozhraní kapalina látka – plyn trojný bod

5 Gibbsovo pravidlo fází pevná látka plyn kapalina solidus liquidus solidus kritický bod – mizí rozhraní mezi kapalinou a plynem trojný bod počet stupňů volnosti počet složekpočet fází jednosložkový systém (N = 1):

6 Rovnovážný fázový diagram rovnovážný fázový diagram (stavové veličiny p, T) pro vodu I h, I c, II, III, IV, … - různé fáze ledu led I h – hexagonální struktura led VIII – tetragonální struktura

7 Rovnovážný fázový diagram rovnovážný fázový diagram (stavové veličiny p, T) pro vodu I h, I c, II, III, IV, … - různé fáze ledu hustota vody je vyšší než hustota ledu I h

8 Skupenská tepla fázových přeměn teplo, které je nutné dodat (odebrat) při fázových transformacích molární skupenská tepla [J mol -1 ] skupenské teplo varu skupenské teplo tání s + l l+ g tání, var (endotermické) tuhnutí, kondenzace (exotermické) př. molární skupenské teplo varu He: 0.45 kJ mol -1 voda: 40.66 kJ mol -1

9 Termodynamické zákony 1. termodynamický zákon (zákon zachování energie) teplo Q dodané systému plus vynaložená práce W zvyšují vnitřní energii systému U 2. termodynamický zákon není možné sestrojit periodicky pracující stroj, který by nedělal nic jiného než že by přeměňoval teplo na práci za konstantní teploty teplo nemůže samo od sebe přejít z chladnějšího na teplejší místo T1T1 T2T2 W Q1Q1 Q2Q2 tepelný stroj (W je práce vykonaná na systém)

10 Carnotův cyklus vratný tepelný stroj A B D C (1) izotermická expanze T1T1 T2T2 (3) izotermická komprese (2) adiabatická expanze (4) adiabatická komprese T1T1 T2T2 Q1Q1 (1) izotermická expanze T 1  T 2 (2) adiabatická expanze T1T1 T2T2 Q2Q2 (3) izotermická komprese T 2  T 1 (4) adiabatická komprese W

11 Vratné stroje A – Carnotův stroj, který odebere teplo Q 1 při T 1 a odevzdá Q 2 při T 2 a vykoná práci W B – vratný nebo nevratný stroj, který odebere teplo Q 1 při T 1 a odevzdá Q 2 při T 2 a vykoná práci W’ potom musí být T1T1 T2T2 W Q1Q1 Q2Q2

12 Vratné stroje A – Carnotův stroj, který odebere teplo Q 1 při T 1 a odevzdá Q 2 při T 2 a vykoná práci W B – vratný nebo nevratný stroj, který odebere teplo Q 1 při T 1 a odevzdá Q 2 při T 2 a vykoná práci W’ T1T1 T2T2 W Q1Q1 Q2Q2 A B W’ -W Q1Q1 W užitečná práce Q2Q2 potom musí být pokud je stroj B vratný Práce, kterou vykoná libovolný vratný stroj pracující mezi teplotami T 1, T 2 je stejná jako u Carnotova stroje

13 Účinnost ideálního stroje W ~ Q 1 (dva paralelně spojené stroje vykonají dvojnásobnou práci) nechť je pracovní látkou stroje ideální plyn (1) izotermická expanze: T1T1 T2T2 W Q1Q1 Q2Q2 (3) izotermická komprese: (2) adiabatická expanze: (4) adiabatická komprese:

14 Účinnost ideálního stroje vykonaná práce: účinnost stroje: TT 2 =1K W Q1Q1 Q2Q2 termodynamická definice teploty:

15 Entropie při vratných procesech je absorbováno tolik Q/T kolik se odevzdá entropie: při vratných procesech zůstává entropie konstantní změna entropie mezi stavem A a B: entropie je stavová veličina při absolutní nule (T = 0 K) je entropie nulová 3. termodynamický zákon (Nernstův teorém) při nevratných procesech entropie vždy narůstá např. když spojíme tělesa s teplotami T 1, T 2, (T 1 > T 2 ), teplo  Q teče z teplejšího na chladnější změna entropie bude:

16 Entropie ideálního plynu stavová rovnice ideálního plynu: 1. termodynamický zákon: entropie: změna entropie ideálního plynu:

17 Tepelné kompresorová lednička teplá částstudená část kompresor chladící kapalina - bod varu pod cílovou teplotou - vysoké výparné teplo např. amoniak T b = -33.3 o C propan T b = -44.5 o C Isobutan (R-600a) T b = -13 o C kondenzátor (výměník) výparník zkapalnění vypaření

18 Tepelné čerpadlo kompresorová lednička teplá částstudená část kompresor kondenzátor (výměník) výparník

19 Stirlingův motor Stirlingův motor  -typu (dva válce) Stlačování plynu při nízké teplotě a expanze při vysoké teplotě vnější spalování   40% (s regenerátorem) teplý válec studený válec píst ve studeném válci je o 90 o pozadu 1. expanze v obou válcích práci koná plyn izotermická expanze 2. píst teplého válce začíná klesat izochorické ochlazení 3. studený píst začíná stlačovat ochlazený plyn práci koná píst izotermická komprese 4. plyn dosáhl minimálního objemu a bude se ohřívat v teplém válci a expandovat izochorický ohřev uzavřený cyklus

20 Stirlingův motor stavový diagram ideálního Stirlingova motoru Stlačování plynu při nízké teplotě a expanze při vysoké teplotě vnější spalování   40% (s regenerátorem) uzavřený cyklus

21 Stirlingův motor Stirlingův motor  -typu (jeden válec) pracovní píst přenašeč 1. píst stlačil plyn přenašeč přesunul plyn na teplý konec 2. ohřátý plyn expanduje píst provedl pracovní zdvih 3. přenašeč přesunul plyn na studený konec 4. plyn je stlačován pístem práci koná plyn práci koná píst