Wiadomości ogólne

Fizyka cząsteczkowa jest to dział fizyki badający budowę i własności materii przy założeniu, że każde ciało składa się z dużej liczby bardzo małych cząsteczek. cząsteczki te znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu, którego intensywność zależy od temperatury.

Termodynamika-bada jedynie makroskopowe własności ciał oraz makroskopowe zjawiska nie interesuje się ich obrazem mikroskopowym. Podstawą termodynamiki są zasady termodynamiki.

Cykl Diesla

Obieg Diesla w układzie p-V

Cykl Diesla (obieg Diesla) to prawobieżny obieg termodynamiczny złożony z czterech następujących po sobie przemian charakterystycznych: dwóch adiabat odwracalnych (będących jednocześnie izentropami), izobary i izochory. Obieg Diesla nie jest obiegiem porównawczym silnika wysokoprężnego (silnika Diesla). Obiegiem porównawczym jest obieg Seiligera-Sabathé.

Opis cyklu[edytuj]

Cykl Diesla składa się z następujących procesów:

1. izobaryczne (przy stałym ciśnieniu) ogrzewanie czynnika w wyniku spalania paliwa; jednocześnie występuje ekspansja czynnika od objętości V₁ do objętości V₂)
2. adiabatyczne rozprężanie (adiabata odwracalna) od ciśnienia p₃ do ciśnienia p₂
3. izochoryczne chłodzenie przy stałej objętości V₃
4. adiabatyczne sprężanie (adiabata odwracalna) od ciśnienia p₁ do ciśnienia p₃

Sprawność cyklu[edytuj]

gdzie:

c_v – ciepło właściwe gazu w przemianie izochorycznej

c_p – ciepło właściwe gazu w przemianie izobarycznej

κ – stała zależna dla danego gazu w przemianie adiabatycznej (zwana wykładnikiem adiabaty) pV^γ = const. Dla gazu doskonałego γ=c_p/c_v

Nie jest to najlepsza sprawność (lepszą ma cykl Carnota), jednak jest lepsza od sprawności w cyklu Otta

Cykl Otta

Wykres obiegu Otta

Cykl Otta - odwracalny obieg termodynamiczny składający się z następujących czterech procesów składowych:

• (1-2) sprężanie adiabatyczne,
• (2-3) ogrzewanie izochoryczne (wskutek spalania mieszanki paliwowej, silnik spalinowy),
• (3-4) rozprężanie adiabatyczne,
• (4-1) chłodzenie izochoryczne - wydech,
• (1-0-1) wtrysk paliwa i zasysanie mieszanki.

Cykl Otta jest obiegiem porównawczym tłokowych silników spalinowych z zapłonem iskrowym.

  

Pozycja wyjściowa, suw ssania, suw sprężania.

  

Zapłon paliwa, suw pracy, suw wydechowy.

Sprawność[edytuj]

gdzie  jest wykładnikiem adiabaty.

Pierwsza Zasada Termodynamiki

Pierwsza zasada termodynamiki to prosta zasada zachowania energii, czyli ogólna reguła głosząca, że energia w żadnym procesie nie może pojawić się "znikąd".
U = Q + W
Istnieją różne sformułowania tej zasady, zależnie od sytuacji:
1. Sformułowanie najbardziej ogólne:
Energia wewnętrzna układu zamkniętego nie zmienia się, niezależnie od przemian zachodzących w tym układzie.
2. Sformułowanie dla procesów cieplno-mechanicznych:
Zmiana energii wewnętrznej jest równa sumie pracy wykonanej przez układ bądź nad układem i ciepła dostarczonego lub oddanego przez układ.

  ANIMACJA PRZEDSTAWIAJĄCA PIERWSZĄ ZASADĘ TERMODYNAMIKI:

 

Pompa Ciepła

Pompę ciepła można porównać do lodówki czy klimatyzatora, bo w gruncie rzeczy zasada działania tych urządzeń jest identyczna. Lodówka „wyciąga” ciepło z produktów w niej umieszczonych a następnie oddaje to ciepło na wymienniku ciepła umieszczonym z tyłu urządzenia. Pompy ciepła działają tak samo.
Pompa ciepła instalowana jest w domu jako urządzenie wielkości niedużego kotła czy lodówki. Do niego doprowadzane są rury — obwód wymiennika umieszczonego w gruncie oraz obwód grzewczy, niektóre urządzenia zdolne są do podgrzewania wody użytkowej, wtedy posiadają jeszcze jedną parę złącz.
W gruncie umieszczany jest duży wymiennik ciepła, składający się najczęściej z kilkuset metrów rur, ułożonych w taki sposób, na jaki pozwala teren jego zainstalowania. W tych rurach znajduje się niezamarzający płyn, zazwyczaj glikol. Ten płyn schładzany jest w urządzeniu do niskiej temperatury a następnie puszczany przez te kilkaset metrów rur. Przepływając przez te rury umieszczone w gruncie płyn się ogrzewa do temperatury wyższej. Ogrzewając się odbiera on ciepło od gruntu, który jest przez cały rok cieplejszy niż ten płyn. Później to ciepło jest odbierane przez „serce” pompy ciepła, którym jest obwód identyczny jak ten znajdujący się w lodówce.

Schemat działania pompy ciepła.

Samo serce urządzenia jest praktycznie identyczne pod względem zasady działania jak w lodówce. Czynnik chłodniczy w postaci cieczy przepływa do parownika, w którym odparowując zabiera ciepło z glikolu ogrzanego w wymienniku gruntowym. Następnie gaz ten trafia do sprężarki, gdzie podnosi się jego ciśnienie i temperaturę. W trzecim etapie gorący gaz trafia do skraplacza, w którym oddaje ciepło do płynu obiegu grzewczego. Skroplona ciecz z wymiennika pod dużym ciśnieniem trafia do zaworu dławiącego, gdzie następuje powtórne zmniejszenie ciśnienia.

Konwekcja

Konwekcja – proces przenoszenia ciepła wynikający z makroskopowego ruchu materii w gazie
bądź cieczy, np. powietrzu, wodzie. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym.

Konwekcję swobodną (naturalną) – ruch cieczy lub gazu jest wywołany różnicami gęstości substancji znajdującej się w polu grawitacyjnym.
Konwekcję wymuszoną – ruch cieczy lub gazu wywoływany jest działaniem urządzeń wentylacyjnych, pomp itp.
Ilość przekazanego ciepła przez konwekcję zależy od szybkości ruchu płynu, dlatego w celu zwiększenia przekazywania ciepła w komputerach, chłodnicach samochodowych itp. stosuje się wentylatory zwiększające szybkość przepływu powietrza.