background image

Stan termodynamiczny  jest to stan wkładu 
termodynamicznego, który opisuje tzw. równanie stanu wiążące 
parametry makroskopowe tego układu (np. ciśnienie, objętość, 
liczbę cząsteczek)z temperaturą. W najprostszym przypadku gazu 

doskonałego jest to równanie Clapeyrona

p V

nRT

⋅ =

 

Do określania substancji służą : 
-masa m[kg], 
-liczba cząstek n [kmol], liczba Avogadra N

a

=6,02283

10

26

 

[drobin/kmol], 
-objętość gazu w określonych warunkach V

u

[um

3

], 

Umowny metr sześcienny jest to ilość substancji która w 
warunkach umownych zajmuje objętość 1 m

3

Związki pomiędzy ilościami substancji różnych jednostkach 
1kmol~Mkg~22,4um3 
G=Mn  (każdy mol ma M. kilogramów) 
G=M/22,4 Vu 
Zerowa zasada termodynamiki 
Jeżeli dwa ciała są w równowadze z trzecim ciałem tzn. że są 
wszystkie w równowadze. Z zasady tej wynika istnienie funkcji 
stanu, zwanej temperaturą empiryczną, o tej własności, że dwa 
ciała są w równowadze termicznej wtedy i tylko wtedy gdy ich 
temperatury empiryczne są sobie równe. 
Temperaturą empiryczną nazywa się każdą wielkość fizyczną 
taką, że dwa układy znajdują się w równowadze termicznej 
wtedy i tylko wtedy, gdy ich temperatury empiryczne są sobie 
równe. 
Nadciśnienie - ciśnienie występujące w danym układzie, wyższe 
od ciśnienia otoczenia. 
Ciśnienie dynamiczne - to ciśnienie powstające w wyniku 
izentropowego zahamowania strumienia płynu do prędkości 
równej zeru i zmiany jego energii kinetycznej w potencjalną.  

Dla płynów nieściśliwych 

2

2

ρω

=

d

P

 

Równanie stanu gazu doskonałego: 
pV=RT 

 

p - ciśnienie [Pa]; R - stała gazowa; 

pV=n(MR)T 

V - objętość właściwa [m

3

/kg]; 

(MR)-8314,7[J/kmolK]; T - temperatura absolutna gazu [K]; 
Układ termodynamiczny - część przestrzeni wyodrębniona za 
pomocą abstrakcyjnej osłony, nazywanej kontrolną. 
-układ odosobniony (izolowany) - jest odgraniczony od otoczenia 
osłoną uniemożliwiającą zarówno przepływanie substancji, jak i 
przenikanie energii; 
-układ zamknięty - substancja nie może przepływać; 
-układ otwarty - substancja może przepływać; 
-układ jednostronnie otwarty - substancja przepływa tylko w 
jednym kierunku, 
-układ przepływowy - otwarty, przez którego granice przepływa 
substancja zarówno do wewnątrz jak i na zewnątrz, 
Prawo Daltona - Suma ciśnień składnikowych p

i

 wszystkich 

składników roztworu gazów doskonałych jest równa jest równa 

ciśnieniu całkowitemu roztworu p.

p

p

i

i

=

 

Praca absolutna:

L

pdV

1 2

1

2

=

  

 
 
W  układzie  p-V  pracę  absolutną  przemiany  przedstawia 
przedstawia pole pod linią  zależności  p=p(V). 
 
Praca  zewnętrzna  przemiany  -  praca  jaką  wykonuje  gaz  na 

pokonanie sił zewnętrznych (np. tarcia).

L

L

L

z

F

=

1 2

1 2

 

Praca użyteczna przemiany

L

p

p dV

L

pdv

p dV

L

pdV

p V

V

L

L

p V

V

u

u

u

u

1 2

0

1

2

1 2

1

2

0

1

2

1 2

1

2

0

2

1

1 2

1 2

0

2

1

=

=

=

=

(

)

(

)

(

)

 

Praca techniczna przemiany 
 

Lt = L1-2 + p1v1 – p2v2 

( )

=

2

1

p

p

t

dp

p

v

L

 

 
 
Związek pomiędzy pracą absolutną a techniczną

background image

 

Lt1-2 = L1-2 + p1v1 – p2v2 

 
Ciepło przemiany: 
 

Q1-2 = Qz1-2 + Qf1-2 [J] 

 

Qf1-2 = Lf1-2  

 

 
Pojemno
ść cieplna właściwa - W odniesieniu do 1kg i przy 
nieskończenie małym przyroście temp. Stosunek ciepła 
przemiany do przyrostu temp. podczas tej przemiany. 
C = dqc/dT C = dQc/GdT 
Cv(T;V) = dqv/dT 
Cp(T;p) = dqp/dT  
 
Wzór na 
średnią w przedziale T1,T2 pojemność cieplną 
wła
ściwą

(

)

(

)

[

]

0

1

T

T

0

2

T

T

1

T

T

T

T

C

T

T

C

T

T

1

C

1

0

2

0

2

1

=

α

 

 
Związek pomiędzy c

p

 i c

y

 : 

κ

 = c

p

/c

(Mc

p

) = 

κ

(MC

v

c

p

 – c

v

 = R  (Mc

p

) – (Mc

v

) = (MR) = 8,314 [kJ/(kmol*K)] 

c

p

 – ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu 

c

v

 – ciepło właściwe przy stałej objętości 

 
Pierwsza zasada dla układu przepływowego: 

U = U

2

 – U

1

 = I

d

 – I

w

 + Qz

1-2

 – Lz

1-2

  (dla skończonego czasu) 

Energia  układu  zamkniętego  może  się  zmienić  tylko  na  skutek 
przekazywania  z  zewnątrz  ciepła.  Ciepło  powoduje  wzrost 
energii wewnętrznej układu. 
U- energia wew. 
I – entalpia 
Qz

1-2

 – ciepło dopr. 

I = U + pV 
 
 
Pierwsza zasada dla układu zamkni
ętego: 
Ciepło  doprowadzone  do  układu  zamkniętego  z  zewnątrz  jest 
zużywane na wzrost jego energii wew. oraz na wykonanie pracy 
zew.  

U = U

2

 – U

1

 = Qz

1-2

 – Lz

1-2

  

U

2

 – U

1

 = Qz

1-2

 + Qf

1-2

 – Lz

1-2

 – Lf

1-2 

Qf

1-2

 = Lf

1-2 

U

2

 – U

1

 = Qz

1-2

 – Lz

1-2 

Entalpia  jest  to  suma  U  +  pV.  Entalpia  jest  znamieniem  stanu, 
gdyż „U” jak i „p” są znamionami stanu. 
 i = u + pv; I = U + pv;  di = c

p

dT 

u – energia właściwa wew. 
v – objętość właściwa 
i – entalpia właściwa 
Rodzaje przemian termodynamicznych: 
-odwracalne (brak strat energii) 
-nieodwracalne (dyspersjia energii, rozpraszanie) 
-równowagowe (składają się z elementów równ. Termodyn.) 
-izobara p = idem; 

 

v

2

/v

1

 = T

2

/T

-izochora v = idem; 

p

2

/p

1

 = T

2

/T

-izoterma T = idem; 

pv = idem 

-izentropa S = idem

idem

p

T

idem

Tv

idem

pv

=

=

=

κ

κ

κ

κ

1

1

;

;

 

-izentalpa  i = idem 
-politropa  pv

n

 = idem;  n = idem 

 
Energia wewnętrzna i entalpia gazu doskonałego: 
Energia wew. zależą od temp. 
Gaz doskonały 

U = cv T 

 

i = cp T 

DU = cv dT; 

di = cp dT;  cp – cv = R 

p = idem 
Entalpia:   

Energia: 

( )

( )

=

=

i

i

i

i

i

Mi

z

Mi

i

g

i

  

( )

( )

=

=

i

i

i

i

i

Mu

z

Mu

u

g

u

 

 
Przemiana izochoryczna: 
Jest to przemiana zachodząca przy stałej objętości, a przy 
rozpatrywaniu stałej ilości substancji, jest to także przemiana 
przy stałej objętości właściwej. 
p/T =idem; v1 = v2 = v =idem; 

dv = 0 

 
Praca 

absolutna, 

techniczna 

ciepło 

przemiany 

izochorycznej: 

  

(

)

(

)

(

)

1

2

v

1

2

2

1

v

p

p

2

1

2

1

2

1

t

V

V

2

1

T

T

C

U

U

q

T

T

R

p

p

V

Vdp

L

0

pdV

L

2

1

2

1

=

=

=

=

=

=

=

 

Przemiana izobaryczna: 
Przemiana przy stałym ciśnieniu p = idem, T/v = idem, v/T = 
idem 

Ciepło przemiany izobarycznej zużywane jest w całości na 
przyrost entalpii. 

background image

Wzory na pracę absolutną, techniczną i ciepło przemiany 
izobarycznej: 

(

)

(

)

(

)

1

2

p

1

2

2

1

p

p

p

2

1

pt

V

V

1

2

1

2

2

1

p

T

T

c

i

i

q

0

Vdp

L

T

T

R

V

V

p

pdV

L

2

1

2

1

=

=

=

=

=

=

=

 

 
 

Przemiana izotermiczna: 
Jest to przemiana przy stałej temp.  
T

= T

= T = idem 

dT = 0 

p*V = idem 

Przemiany izotermiczna gazów doskonałych są przemianami 

izoenergetycznymi (u=idem) oraz izoentalpowymi (i=idem). 
Wzory na pracę absolutną, techniczną i ciepło przemiany 
izotermicznej: 

=

=

=

=

=

2

1

2

1

2

1

V

V

V

V

1

2

1

1

1

2

V

V

2

1

T

V

V

ln

V

p

V

V

ln

RT

V

ln

RT

V

dV

RT

pdV

L

 

=

=

=

=

=

=

2

1

p

p

2

2

1

1

2

1

T

1

2

1

1

1

2

2

1

2

1

t

V

p

V

p

L

V

V

ln

V

p

V

V

ln

RT

p

p

ln

RT

Vdp

L

 
Q

T 1-2

 = L

T 1-2 

Przemiana izentropowa 
Przemiany przy stałej entropii (s), a w przypadku stałej ilości 
substancji są przemianami przy stałej entropii właściwej. 
gaz doskon.  pV

κ

 = idem 

TV

κ

-1

 = idem; T/p

(

κ

-1)/

κ

 = 

idem 
 
Wzory  na  prac
ę  absolutną,  techniczną  i  ciepło  przemiany 
izentropowej: 

 

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

0

L

0

q

L

V

p

V

p

1

V

p

V

p

1

T

T

c

i

i

L

T

T

c

U

U

L

V

p

V

p

1

1

V

V

1

idem

dV

V

idem

pdV

L

ad

2

1

ad

2

1

ad

2

2

1

1

1

1

2

2

2

1

p

2

1

2

1

t

2

1

v

2

1

2

1

ad

1

1

2

2

1

1

1

2

V

V

V

V

2

1

ad

2

1

2

1

=

=

κ

=

κ

κ

=

κ

κ

=

=

=

=

=

κ

=

κ

=

=

=

κ

κ

κ

 

 
Przemiana politropowa - 
przemianę dla której zależność p od V 
da  się  przedstawić  za  pomocą  równania  pV

n

=idem  dla  n=iden 

(dowolna stała od -

 do +

) oraz C

n

=idem 

Dla przemiany politropowej można wyprowadzić następujące 
zależności: 
p1/p2=(v2/v1)

(p1/p2)

n-1/n

=t1/t2 

t1/t2=(v2/v1)

n-1 

Praca absolutna przemiany 
l

n1=2

=- 

!

v1

v2

 p dV= 1/n-1(p1v1-p2v2) 

Entropia  -  termodynamiczna  funkcja,  która  wraz  z  temperaturą 
tworzy taki układ parametrów, że pole pod krzywą przemiany na 
wykresie T-S jest ciepłem przemiany . 
Entropia właściwa dla gazów doskonałych wyraża się wzorem : 
s = c

ln T –R ln p+s

s = c

v

 ln V + R ln V +s

s = c

p

 ln V + c

v

 ln p+ s

Jeśli poziom odniesienia określony jest parametrami p0 T0  V0 to 
entropię właściwą można  wyrazić wzorami : 
s = cp ln T/T0 –R ln p/p0 
s = cv ln T/T0 + R ln V/V0 
s = cp ln V/V0 + cv ln p/p0 
 
Wykresy  przemian  charakterystycznych  w  układach  p-v  i T-
s: 

 
Wielkości intensywne - np. temperatuta ,ciśnienie objętość 
właściwa – nie zalerzy od wielkości układu. 
 
Wielkości  ekstensywne - np. objętość , energia , entropia –  
zalerzą od wielkości układu i podlegają prawom sumowania. 
 
Obiegi termodynamiczne - jest to zespół przemian , w których 
stan końcowy czynnika pokrywa się ze stanem początkowym . 
Dla wszystkich obiegów prawdziwa jest równość  L

ob.

 = Q

ob.  

Obiegi prawo bieżne (silnikowe): 
Sprawność obiegu silnikowego  

η

ob. = Lob./Qob. = Qob.+. – Qob.-/ Qob.+ 

L

L

T

1

2

background image

Obieg lewo bieżny(obieg chłodniczy): 
sprawność chłodnicza obiegu chłodniczego : 

η

 = Q

ob.

+

/L

ob. 

 
 
 
 
 
 
 
II zasady termodynamiki: 
Oswald
 - nie jest możliwe zbudowanie perpetum mobile II 
rodzaju (jest to silnik lub prawo bieżne urządzenie obiegowe 
pracujące ze sprawnością równą 1. 
Claucius - ciepło nie może samorzutnie przechodzić z ciała o 
temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej. 

 

Zasadę wzrostu entropii Clauciusa: 
Suma przyrostów entropii: 

π

 = 

Σ∆

Si  ciał tworzących układ 

odosobniony musi być zawsze >0 
Jest to matematyczne sformułowanie II z.t. gdy 

Π

>0 proces jest 

nieodwracalny 

π

=0 proces jest odwracalny (nie istnieje w 

przyrodzie). 

 

Prawo Gouya-Stodoli dla układu zamkniętego: 
L

z1-2

 = U

1

 – U

2

 + (S

2

-S

1

) T

0

 - 

Π

T

aby praca zewnętrzna L

z1-2 

była pracą maksymalną to przyrost 

entropii 

Π

 musi = 0 (nie możliwe w przyrodzie) 

Praca max wyraża się wzorem L

z1-2 max

 = U

1

 – U

2

 + (S

2

-S

1

) T

0. 

 
Prawo Gouya-Stodoli dla układu otwartego: 
L

z1-2

 = I

1

 – I

2

 + (S

1

-S

2

) T

0

 - 

Π

T

aby praca zewnętrzna L

z1-2 

była pracą maksymalną to przyrost 

entropii 

Π

 musi = 0 (nie możliwe w przyrodzie) 

Praca max wyraża się wzorem L

z1-2 max

 = I

1

 – I

2

 + (S

1

-S

2

) T

 
Egzergia fizyczna: 
Egzergia – max zdolność ciała do wykonywania pracy w 
naturalnym otoczeniu B=B

k

+B

p

+B

 gdzie: 

B – egzergia strugi substancji  
B

k

 – egzergia potencjalna 

B

t

 – egzergia termiczna 

B

t

 = B

f

 +B

ch 

gdzie B

f

 = egzergia fizyczna, B

ch

 – egzergia chemiczna 

b

f

 = i

f

 – T

0

 s

f

   lub dla gazu doskonałego b

f

 = cp (T-T

0

-T

lnT / 

T

0

)+T

0

R ln p/p

B

– egzergia jądrowa  

Bi – inne składniki egzergii 
 
Podać prawo znikania egzergii: 

otoczenia

a

temperatyr

T

egzergii

przyrost

S

gdzie

T

egzergii

strata

B

B

L

n

f

f

z

t

=

=

=

0

0

2

1

2

1

π

π

δβ

δβ

δβ

 

Przyczyny strat egzergii: 
-przepływ ciepła przy skończonym spadku; 
-mieszanie cieł o różnych składach chemicznych; 
-spadek ciśnienia płynu spowodowany tarciem przy przepływie; 
 
Stopień suchości pary wilgotnej: 
Stopień suchości pary wilgotnej jest to stosunek ilości pary 
nasyconej suchej m

pns

 do ilości pary nasyconej wilgotnej 

(mokrej) 
M

pnw

. Ilość pary nasyconej wilgotnej jest suma ilości n

pns

 i cieczy 

nasyconej m.

cn

cn

pns

pns

pnw

pns

m

m

m

m

m

X

+

=

=

 

 

Objętość właściwą i entropię właściwą pary wilgotnej: 
Vx=(1-xV)’+xV’’=V’+x(V”-V’) 
1 kg pary mokrej zawiera: 
- x kg pary nasyconej suchej o objętości V” 
- (1-x) kg cieczy o objętości V’ 
entropia właściwa: 

ρ

x=(1-x)S’ +xS”=S’+x(S”-S’)  

para wilgotna:     Vx,V”,  Sx<S”   dla p=idem   lub  T=idem 
 
Ciepło parowania - ciepło potrzebne do otrzymania pary 
nasyconej, suchej z cieczy o tym samym ciśnieniu i tej samej 
temperaturze    (r-ciepło potrzebne do całkowitego odparowania 
1 kg wody) 
Ciepło zawrzenia - (q

z

)  ciepło potrzebne do ogrzania 1 kg 

cieczy o temperaturze topnienia tt do temperatury wrzenia 
Ciepło odparowania - suma ciepła zawrzenia i ciepła parowania 

λ

=q

z

+r 

 
Dławienie - proces podczas którego praca ekspansji czynnika 
zostaje zużyta do pokonania tarcia 
1. dławienie adiabatyczno-izoenergrtyczne  U

1

=U

2

    T

1

=T

2    

background image

2. dławienie adiabatyczno-izentropowe  (układ zamknięty)    i

1

=i

2

     

T

1

=T

2

     

3. dławienie izentropowe   (układ otwarty   i=idem)  

          i

1

, r

1

   wartości z tabeli pary wilgotnej na  

          

podstawie zmierzonego ciśnienia 
      i

2

    wartość zmierzona ciśnienia i temperatury 

 

       pary przegrzanej 

 
Temperatura punktu rosy -
 w parze znikają ostatnie krople 
cieczy. Przy parowaniu substancji jednorodnej temperatura 
jest podawana w punktach pęcherzyków ( pojawienie się w 
cieczy pierwszych pęcherzyków pary) i punktach rosy.  

 
 
 
 
 
 

Wilgotnośc bezwzględna 

ρ

p jest stosynkiem ilości pary m.

p

 [kg] 

do 
objętości V[m

3

] gazu wilgotnego. Jest gęstością pary przy 

ciśnieniu 
składnikowego p

p

 i temperaturze gazu wilgotnego. Jest 

maksymalna, 
gdy tempeartura gazu staje się równa temperaturze 

pary.

V

Gp

T

p

p

V

m

p

p

p

p

=

=

=

ρ

 

Wilgotność względna jest stosunkiem wilgotności 
bezwzględnych 

ρ

do maksymalnej wilgotności 

ρ

p

” dla tej samej temperatury. Może 

być 
stosunkiem ciśnienia składnikowego pary p

p

 do ciśnienia 

maksymalnego pary p

p max

 przy tej samej temperaturze 

ρ

p max

 = 

ρ

dla temperatury powietrza wilgotnego 

1

0

max

"



=



=

ϕ

ρ

ρ

ϕ

T

p

p

T

p

p

p

p

 

 
Stopie
ń zawilżenia powietrza wilogotnego  jest stosunkiem 
pary wodnej do powietrza suchego: 

pn

pn

ps

pw

s

p

ps

pw

s

p

p

kmol

kmol

m

m

Xm

molowy

stpoie ń

kg

g

kg

kg

G

G

X

ϕ

ϕ

=



=

=



=

662

,

0

 

 
Równanie stanu van der Waalsa 

(

)

gazu

danego

kg

spręprę

możoż

której

do

objębjętoś

a

najmniejsz

b

mi

cząząstecz

mięięd

ia

przyciąrzy

sila

V

a

RT

b

V

V

a

p

1

,

2

2

=

+

 

 

Wykres wody p(t): 

Tr – k   linia parownia 
0 -Tr    linia sublimacji i 
resublimacji 
 
Tr ---   pTr = 611,2 Pa 
            Tr = 273, 115 K 
K  ---   pk =22,115 Mpa 
            Tk = 647,27 K 

 

Wykres wody p(v): 

Cn – ciecz nagrzana 
pw – para wilgotna 
pp – para przegrzana 
pn – para nagrzana 
 
 
 

 
Wykres wody t(s): 

Wykres wody i(s): 

Wykres i

1+x

-x moliera dla powietrza wilgotnego: 

p=idem 
I

2

-I

1

=Q

1-2

-L

t12 

Qr

1

=I

2

-I

1

=[(i

1

+x)

2

-(i

1

+x)

1

]Gs 

Gs+(i

2

-i

1

)Gs 

 
 

 

1

1

2

1

r

i

i

X

=

background image

Wykres i

1+x

-x mieszanie dwóch strumieni powietrza: 

 

Wykres amagata: 

Wirtualna równania stanu : 

...

)

(

)

(

)

(

1

3

2

+

+

+

+

=

=

V

T

D

V

T

C

V

T

B

RT

V

z

φ

 

φ

-stopień ściśliwości 

z=1 dla gazów doskonałych 
z>1 objętość jest większa niż w gazie doskonałym 
z<1 objętość jest mniejsza     (trzy warunki dla T=idem, 

p=idem) 

B,C,D  

współczynniki wirtualne, są funkcją temperatury, 

odpowiadają sumowaniu efektów oddziaływania na odległość 
odpowiedniej liczby cząstek między sobą (B między 2 cząstkami, a C 
między 3). Wyznaczaja się je empirycznie lub przy pewnych

 

załozeniach. 

Oblicza się teretycznymi metodami fizyki statystycznej 

 

1

2

1

2

1

2

2

1

x

x

x

x

L

x

x

x

x

L

m

m

=

=