Retningen til Spontane Prosesser

Like dokumenter
Retningen til Spontane Prosesser. Prosessers Retning

Oppsummering - Kap. 5 Termodynamikkens 2. Lov

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Damp-prosessen / Rankine Cycle. Allerede de gamle Grekere...

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 6. desember 2010 Tid: kl. 09:00-13:00

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 9. desember 2008 Tid: kl. 09:00-13:00

SIO 1027 Termodynamikk I Noen formler og uttrykk som er viktige, samt noen stikkord fra de forskjellige kapitler,, Versjon 25/

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Figur 1: Isoterm ekspansjon. For en gitt temperatur T endrer trykket seg langs den viste kurven.

T L) = H λ A T H., λ = varmeledningsevnen og A er stavens tverrsnitt-areal. eks. λ Al = 205 W/m K

Spørretime TEP Høsten Spørretime TEP Høsten 2009

Spesial-Oppsummering Høsten 2009 basert på Innspill fra Studenter

Oppsummering av TEP 4120

Oppgave 1 V 1 V 4 V 2 V 3

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

Typisk T-v Diagram. Fasediagrammer & Projeksjoner. p-v p-t T-v. TEP 4120 Termodynamikk 1. Beregning av Egenskaper. Beregning av Egenskaper

HØGSKOLEN I STAVANGER

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 17. desember 2012 Tid: kl. 09:00-13:00

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

Kjemisk likevekt. La oss bruke denne reaksjonen som et eksempel når vi belyser likevekt.

Kretsprosesser. 2. hovedsetning

Oppsummering av TEP 4120

Typisk T-v Diagram. Fasediagrammer & Projeksjoner. p-v p-t T-v. TEP 4120 Termodynamikk 1. Beregning av Egenskaper. TEP 4120 Termodynamikk 1

Spørretime TEP Høsten 2012

Verdens Elektrisitetsproduksjon

Oppsummering av første del av kapitlet

Løsningsforslag til ukeoppgave 7

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

Oppsummering av TEP 4115

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

Kap Termisk fysikk (varmelære, termodynamikk)

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG Tema for forelesningen var studiet av noen viktige reversible prosesser som involverer ideelle gasser.

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

MAS117 Termodynamikk. Vanndamp som arbeidsfluid. Kapittel 10 Dampkraftsykluser del

DAMPTURBINER. - Introduksjon -

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Kretsprosesser. 2. hovedsetning

TEP 4120 Termodynamikk 1. Oppsummering Kap. 5. Oppsummering Kap. 5

Kretsprosesser. 2. hovedsetning

Arbeid = kraft vei hvor kraft = masse akselerasjon. Hvis kraften F er konstant og virker i samme retning som forflytningen (θ = 0) får vi:

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

Eksempler og oppgaver 9. Termodynamikkens betydning 17

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4115 TERMODYNAMIKK 1 Lørdag 21. mai 2011 Tid: kl. 09:00-13:00

Kretsprosesser. 2. hovedsetning

Reversible prosesser: Termisk likevekt under hele prosessen Langsomt og kontrollert. [H&S] Kap.11. (1. hovedsetning.) Kretsprosesser.

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i:kje-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 05. juni 2014 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 2

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Anne Borg Tlf BOKMÅL. EKSAMEN I EMNE TFY4115 Fysikk Elektronikk og Teknisk kybernetikk

Løsningsforslag eksamen TFY desember 2010.

Spørretime TEP Våren Spørretime TEP Våren 2011

Løsningsforslag til øving 6

Termodynamikk ΔU = Q - W. 1. Hovedsetning = Energibevarelse: (endring indre energi) = (varme inn) (arbeid utført)

Institutt for Energi og Prosessteknikk

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Lørdag 5. desember 2009 Tid: kl. 09:00-13:00

UNIVERSITETET I OSLO

Side 1 av 10 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

Varmepumpe. Institutt for fysikk, NTNU, N-7491 Trondheim, Norge

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

Flervalgsoppgave. Kollisjoner. Kap. 6. Arbeid og energi. Energibevaring. Konstant-akselerasjonslikninger REP

a) Oppførselen til en gass nær metning eller kritisk punkt vil ikke følge tilstandsligningen for ideelle gasser. Hvordan behandles dette?

Laboratorium NA6011 Varmepumpe November 2016

16/ mai EntroMission AS Ikke representert ved fullmektig. Klagenemnda for industrielle rettigheter sammensatt av følgende utvalg:

Utvidet Oppsummering - Kap. 7

TEP Termodynamikk 1

2. Termodynamikkens lover Termodynamikkens 1. lov Energiutveksling i form av varme og arbeid Trykk-volum arbeid

Kulde- og varmepumpetekniske prosesser Mandag 5. november 2012

gass Faglig kontakt under eksamen/fagleg kontakt under eksamen: Professor Edd A.Blekkan, tlf.:

Varmepumpe. Innledning. Teori. Tobias Grøsfjeld Espen Auseth Nilsen Peter Kristoersen. 1. desember Generell teori

De vikagste punktene i dag:

Eksergi, Eksergianalyse (kap.7)

Innhold. Innledning 13

Termisk fysikk består av:

Forelesningsnotater TERMODYNAMIKK. SMN 6194 Varmelære. Bjørn R. Sørensen Integrert Bygningsteknologi Høgskolen i Narvik

LØSNINGSFORSLAG. EKSAMEN I SIO 4060 PROSESSINTEGRASJON Lørdag 10. mai 2003 Q H 190 C 180 C R C 170 C 900 kw R C 140 C 100 C 90 C

Eksamen i: Fys-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk Dato: Tirsdag 26. februar 2013 Tid: Kl 09:00 13:00

Termodynamiske grunnbegreper

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 2

Flervalgsoppgave. Arbeid og energi. Energibevaring. Kollisjoner REP Konstant-akselerasjonslikninger. Vi har sett på:

Løsningsforslag til øving 10

Ideell Stirlingsyklus Lukket, total reversibel syklus med en ekstern varmekilde.

Institutt for Bygg- og energiteknikk BACHELOROPPGAVE

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjonsforelsening GEF2200

Når programmet har nok opplysninger beregner det alle resterende data. Programmet tegner atumatisk opp T-s og P-v diagram for syklusen.

3. Massevirkningsloven eller likevektsuttrykk for en likevekt

TFY4104/TFY4115 Fysikk Eksamen 6. desember Lsningsforslag Oppgave 1 { 25 Mekanikk

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK august 2017 Tid:

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

Innhold. Forord... 11

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 4. juni 2011 Tid:

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

De viktigste formlene i KJ1042

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

gass Side 1 av 5 NORGES TEKNISK NATUR- VITENSKAPELIGE UNIVERSITETET INSTITUTT FOR KJEMISK PROSESSTEKNOLOGI

Transkript:

Retningen til Spontane Prosesser Termodynamikkens 2. Lov 5-1

Prosessers Retning Spontane Prosesser har en definert Retning u Inverse motsatte Prosesser kan ikke skje uten ekstra hjelp i form av Utstyr og Energi u Energibalanser alene kan ikke skille mellom Spontane eller Inverse Prosesser (Retning er irrelevant for E-bal) u I enkle Situasjoner vil Erfaring fortelle oss Retningen u I komplekse Situasjoner trenger vi Assistanse, og Termodynamikkens 2. Lov hjelper oss med dette u Trenger også et Prinsipp for å fastslå Slutt-tilstanden (Likevekten) for Spontane Prosesser (è TD s 2. Lov) Eksempler på Spontane Prosesser u Kjemisk Reaksjon: Likevekt i løpet av Sekunder u Is-terning: Trenger noen Minutter på å smelte u Jernbjelke: Trenger flere År på å ruste vekk Termodynamikkens 2. Lov 5-2

Oppsummering av intro til TD s 2. Lov 2. Lov og Utledninger er nyttige Verktøy for: u Bestemme Retningen til Prosesser u Etablere Betingelser for Likevekt u Bestemme Teoretisk beste Oppførsel for Sykliske Prosesser, Maskiner, etc. (f.eks. Maksimalt Arbeid) u Evaluere kvantitativt Faktorene som forhindrer Maksimal Ytelse Andre Anvendelser av TD s 2. Lov er: u Definere en Stoffuavhengig Temperaturskala u Utvikle Metoder for å beregne Egenskaper som Indre Energi (u) og Entalpi (h) vha. målbare Egenskaper Anvendelser også innen Økonomi, Filosofi, etc. Termodynamikkens 2. Lov 5-3

Formuleringer av Termodynamikkens 2. Lov Clausius: Intet system kan operere på en slik måte at eneste resultat er energioverføring i form av varme fra et kaldt til et varmt legeme (mot høyere T) Kelvin-Planck: Intet system kan operere i en termodynamisk syklus og levere energi i form av arbeid når varme kun utveksles med ett enkelt termisk reservoar Termodynamikkens 2. Lov 5-4

Ekvivalens Clausius & Kelvin-Planck A B System A bryter med Clausius System B er OK System A, B og kaldt Reservoar bryter med Kelvin-Planck Termodynamikkens 2. Lov 5-5

Anvendelse av Kelvin-Planck: Konsekvens for Varmekraftverk Produserer et netto Arbeid: Wcycle = Wt Wp > Kommuniserer (har interaksjon) med 2 Termiske Reservoarer: Qcycle = Qin Qout > Kelvin og Planck er fornøyde!! 0 0 Kontrollvolumanalyse 5-6

Varmepumper og Kjølekretser Varmepumpe: COP = γ = Q H / W cycle Kjølekrets: COP = β = Q C / W cycle Dersom W cycle 0 vil COP è Bryter med Clausius Termodynamikkens 2. Lov 5-7

Kelvin som en Termodynamisk, Stoff- Uavhengig og Absolutt Temperaturskala Q T = 273.16 Q tp Problem: rev. sykl. Kan ikke benytte Reversible Sykluser til å bestemme Numeriske verdier for Termodynamisk Temperatur Løsning: Konstant Volum Gasstermometer Innledende Konsepter og Definisjoner 5-8

Varmekraftmaskiner (Heat Engines) Tapsfri vs. TD s 1. Lov: Carnot-virkningsgrad: 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 W cycle = Q H Q C Tapsfri vs. TD s 2. Lov: (Q C /Q H ) = (Q C /Q H ) rev = T C /T H η max som funksjon av T H TC = 0ºC TC = 15ºC TC = 25ºC η max = η C = 1 T C /T H 0.100 0.000 0 200 400 600 800 Termodynamikkens 2. Lov 5-9

Ytelsen til en Kjølekrets Antakelser: Stasjonært Fryser / omgivelser betraktes som to termiske reservoarer Ex-5 Evaluér Kjølekretsen! Termodynamikkens 2. Lov 5-10

Den idealiserte Carnot-syklusen Termodynamikkens 2. Lov 5-11

Carnot type Dampkraftsyklus Virkningsgrad: η C = 1 T C / T H Termodynamikkens 2. Lov 5-12

Clausius Ulikhet fra Kelvin-Planck Internally Reversible Entropibegrepet 6-1

6-2 Entropibegrepet Entropi som Tilstandsfunksjon (Egenskap) Clausius Ulikhet: δq T b 0 Entropiproduksjon: δq T b = σ cycle 3 Reversible Prosesser: A, B og C δq T 1 2 A + δq T 2 1 C = σ AC = 0 δq T 1 2 B + δq T 2 1 C = σ BC = 0 δq T 1 2 A = δq T 1 2 B int. rev. er en Resultat: Egenskap Q T δ A B C 1 2

Kort om Entropi - S Entropiforskjell på Total og Differensiell Form Entropi er en Ekstensiv Egenskap u SI enhet: S [ = ] J/K u Spesifikk Entropi: s = S/m [ = ] kj/kg K Entropiendring mellom to tilstander er uavhengig av veien / prosessen u 2 δq δq S2 S1 ds T T 1 int. rev. Gjelder både Reversibel og Irreversibel Prosess Bruken/Nytten av Entropi kommer senere u Entalpi: Ble introdusert i Kap. 3 og benyttet i Kap. 4 int. rev. Entropibegrepet 6-3

Grafiske Diagrammer med Entropi Entropibegrepet 6-4

Ts-diagram for H 2 O Entropibegrepet 6-5

Fordamping av vann ved Reodor Felgen Patent Ex-6 Beregn netto Arbeid og Entropiproduksjonen Entropibegrepet 6-6

Adiabatisk Kompresjon av Kjølemedium Ex-7 Hva er teoretisk minimum arbeid? Entropibegrepet 6-7

Prosesser og TD s 2. Lov Entropibalanse: Energi og Entropibalanse for Isolert System Konklusjon om mulige Prosesser u u u S 2 1 Alle Prosesser må oppfylle Energibalansen for å være termodynamisk mulige (TD s 1. Lov) Ikke alle Prosesser som oppfyller Energibalansen er termodynamisk mulige Enhver mulig/reell Prosess må ha en slik retning at den totale Entropien øker (TD s 2. Lov) Systemer beveger seg mot Likevekt (og S øker) 2 δq S = + σ T 1 b Δ E =Δ E +Δ E = 0 og Δ S =Δ S +Δ S = σ 0 isol sys nær isol sys nær isol Entropibegrepet 6-8

Entropibalanse for Kontrollvolum Dynamisk Energibalanse: de cv dt = Q cv W cv + Dynamisk Massebalanse: m i (h i + V 2 i 2 + gz ) m (h + V 2 i e e e 2 + gz ) e Nytt nå: Dynamisk Entropibalanse: i e Fra før har vi: dm cv dt = m i m e i e ds cv dt = j Q j + m T i s i m e s e + j i e σ cv Entropibegrepet 6-9

Entropiproduksjon i Dampturbin Ex-8 Hva er Entropiproduksjonen i Turbinen? Entropibegrepet 6-10

Isentropisk Virkningsgrad for Turbin η t = ( h1 h2) ( h h ) 1 2s Entropibegrepet 6-11

Isentropisk Virkningsgrad for Kompressor η c = ( h2s h1) ( h h) 2 1 Entropibegrepet 6-12