Termodynamika techniczna. Dla studentów technologii chemicznej

Termodynamika techniczna. Dla studentów technologii chemicznej

rok wydania: 2022, wydanie trzecie
ISBN: 978-83-7348-481-8
ilość stron: 118
format: B5
oprawa: miękka

Opis

Niniejszy skrypt jest przeznaczony dla studentów kierunku Technologia chemiczna. Jest on ściśle dostosowany do programu nauczania przedmiotu Termodynamika techniczna i może służyć jako pomoc dydaktyczna, zarówno do opanowania materiału, wchodzącego w zakres wykładu, jak i ćwiczeń rachunkowych.

W pierwszej części przedstawiono, powiązane w logiczną całość, zagadnienia teoretyczne termodynamiki technicznej. W części drugiej omówione treści zilustrowano przykładami obliczeniowymi. Wszystkie pojęcia podstawowe oraz jednostki stosowanych wielkości zostały w skrypcie zdefiniowane, aby stworzyć jednolitą, logiczną treść. Zakres zagadnień rozpatrywanych przez termodynamikę jest szeroki i sięga do różnych dziedzin fizyki. Termodynamika techniczna służy analizie wymiany ciepła (przewodzenie, konwencja, przejmowanie, przenikanie) oraz zmianie energii cieplnej w inne rodzaje energii.

Materiał do niniejszego skryptu został przygotowany na bazie wielu opracowań, dotyczących termodynamiki teoretycznej, technicznej, chemicznej i procesowej tak, aby stworzyć podstawy wiedzy inżynierskiej, konieczne do opanowania na pierwszym etapie kształcenia przyszłego chemika.

Niniejszy skrypt jest przeznaczony dla studentów II roku kierunku Technologia chemiczna na Wydziale Chemii Politechniki Gdańskiej. Jest on ściśle dostosowany do programu nauczania przedmiotu Termodynamika techniczna i może służyć jako pomoc dydaktyczna, zarówno do opanowania materiału, wchodzącego w zakres wykładu, jak i ćwiczeń rachunkowych.

W pierwszej części przedstawiono, powiązane w logiczną całość, zagadnienia teoretyczne termodynamiki technicznej. W części drugiej omówione treści zilustrowano przykładami obliczeniowymi. Wszystkie pojęcia podstawowe oraz jednostki stosowanych wielkości zostały w skrypcie zdefiniowane, aby stworzyć jednolitą, logiczną treść, nawet jeżeli powinny one być już znane studentom II roku Wydziału Chemicznego.

Zakres zagadnień rozpatrywanych przez termodynamikę jest szeroki i sięga do różnych dziedzin fizyki. Termodynamika techniczna służy analizie wymiany ciepła (przewodzenie, konwencja, przejmowanie, przenikanie) oraz zmianie energii cieplnej w inne rodzaje energii. Przedmiot Termodynamika techniczna jest przedmiotem obowiązkowym dla studentów III semestru w wymiarze: 1 godzina wykładu, 1 godzina ćwiczeń rachunkowych w tygodniu. Brak jest odpowiedniego podręcznika, odpowiadającego programowi tego przedmiotu dla studentów Wydziału Chemicznego, którzy po raz pierwszy spotykają się pojęciami podstawowymi termodynamiki. Dlatego materiał do niniejszego skryptu został przygotowany na bazie wielu opracowań, dotyczących termodynamiki teoretycznej, technicznej, chemicznej i procesowej tak, aby stworzyć podstawy wiedzy inżynierskiej, konieczne do opanowania na pierwszym etapie kształcenia przyszłego chemika.

Spis treści

Wstęp / 5

1. Podstawowe jednostki miar / 7

2. Podstawowe pojęcia termodynamiki / 8
2.1. Stan układu termodynamicznego / 9
2.2. Parametry stanu / 10
2.2.1. Temperatura. Skale temperatury 10
Termometry zbudowane na podstawie różnych parametrów termometrycznych ciał / 14
2.2.2. Ciśnienie / 17
2.2.3. Objętość / 17
2.2.4. Energia wewnętrzna / 17
2.2.5. Entalpia / 18
2.2.6. Entropia / 19
2.2.7. Energia swobodna / 19
2.2.8. Entalpia swobodna / 19
2.2.9. Egzergia / 20
2.3. Przemiana termodynamiczna. Klasyfikacja procesów termodynamicznych / 21
2.3.1. Proces odwracalny / 28
2.3.2. Proces nieodwracalny / 28
2.3.3. Proces samorzutny / 28
2.3.4. Proces quasi-statyczny / 29
2.3.5. Model gazu doskonałego / 29
Prawo Avogadra / 30
2.3.6. Mieszaniny gazów doskonałych i półdoskonałych / 31

3. Zasady termodynamiki / 33
3.1. Zerowa zasada termodynamiki = prawo równocenności stanów układów termodynamicznych / 33
3.2. Pierwsza zasada termodynamiki = prawo zachowania energii / 33
Bilans energetyczny układu (I zasada termodynamiki w układzie zamkniętym) / 35
Bilans energetyczny w układzie otwartym (I zasada termodynamiki w układzie przepływowym) / 36
Konsekwencje pierwszej zasady termodynamiki / 39
3.3. Druga zasada termodynamiki = prawo stałego wzrostu entropii / 40
3.3.1. Znaczenie II zasady termodynamiki w chemii / 42
3.3.2. Termodynamiczna strzałka czasu / 43
3.4. Trzecia zasada termodynamiki = prawo dążenia entropii do 0 ze spadkiem temperatury / 44
3.5. Czwarta zasada termodynamiki = symetria macierzy współczynników w twierdzeniu Onsagera / 45

4. Termodynamika procesów odwracalnych / 46

5. Podstawy termodynamiki procesów nieodwracalnych / 46

6. Właściwości gazów rzeczywistych. Przemiany charakterystyczne / 47
6.1. Przemiana izobaryczna (stałe ciśnienie p = const.) / 48
6.2. Przemiana izotermiczna (stała temperatura T = const.) / 50
6.3. Przemiana izochoryczna (stała objętość V = const.) 51
6.4. Przemiana adiabatyczna (brak wymiany ciepła z otoczeniem Q = const.) / 52
6.5. Przemiana politropowa (pV v = const., gdzie v wykładnik politropy) / 53
6.6. Przemiana izentalpowa (stała entalpia H = const.) / 55

7. Obiegi termodynamiczne / 56
7.1. Cykl Carnota / 57
7.2. Obieg Rankine'a / 58
7.3. Obieg Otta / 59
7.4. Obieg Diesla / 60
7.5. Obieg Seiligera-Sabathé’a / 61
7.6. Obieg Braytona-Joule’a / 61
7.7. Obieg Lindego / 63
7.8. Obieg chłodniczy Joule’a / 63

8. Podstawy wymiany ciepła przez konwekcję, promieniowanie i przewodzenie / 64
8.1. Wymiana ciepła przez przewodzenie / 64
8.2. Wymiana ciepła przez konwekcję / 66
8.3. Wymiana ciepła przez promieniowanie / 69

9. Obliczenia termodynamiczne / 70
Przykłady do rozdziału 2 / 70
Przykłady do rozdziału 3 – I zasada termodynamiki / 82
Przykłady do rozdziału 3 – II zasada termodynamiki / 88
Przykłady do rozdziału 6 / 95
Przykłady do rozdziału 7 / 109
Przykłady do rozdziału 8 / 112
Literatura / 116
Dodatek – Przemiany charakterystyczne gazów doskonałych i półdoskonałych / 117