De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Hoofdstuk 6 THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem. De 2 e hoofdwet Inleiding: 1ste hoofdwet: zegt niets over de richting waarin een proces spontaan verloopt.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Hoofdstuk 6 THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem. De 2 e hoofdwet Inleiding: 1ste hoofdwet: zegt niets over de richting waarin een proces spontaan verloopt."— Transcript van de presentatie:

1 Hoofdstuk 6 THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem

2 De 2 e hoofdwet Inleiding: 1ste hoofdwet: zegt niets over de richting waarin een proces spontaan verloopt Meestal: - proces verloopt in 1 richting spontaan - proces in omgekeerde richting alleen mogelijk door uitwendige invloeden. Voorbeelden: - proef van Joule - 2 voorwerpen met ≠ temp. in contact brengen - tas met warme koffie in koelkast koelt af. Inleiding

3 De 2 e hoofdwet Warmtebron of warmtereservoir: = lichaam met relatief grote warmtecapaciteit dat eindige hoeveelheden warmte kan opnemen of afgeven zonder verandering van temperatuur Voorbeelden: rivier, oceaan, atmosfeer, … Inleiding Warmtebron

4 De 2 e hoofdwet 2 de hoofdwet: Formulering van Kelvin-Plank: Het is onmogelijk een periodiek werkende machine te vervaardigen die niets anders doet dan warmte aan één warmtebron te onttrekken een een equivalente hoeveelheid arbeid te leveren aan de omgeving Vb.: -Inwendige energie van de zee omzetten in arbeid  KAN NIET WEGENS 2de hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet

5 De 2 e hoofdwet 2 de hoofdwet: Formulering van Kelvin-Plank: -thermische motor, vb. stoomcyclus Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet

6 De 2 e hoofdwet 2 de hoofdwet: Formulering van Clausius: Het is onmogelijk een zelfwerkende machine te vervaardigen die niets anders doet dan warmte van een lichaam op lage temperatuur over te brengen naar een lichaam op hoge temperatuur Warmte opnemen op T laag en afgeven op T hoog :  kan niet spontaan gebeuren  door arbeid te leveren aan het systeem door de omgeving Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet

7 De 2 e hoofdwet 2 de hoofdwet: Formulering van Clausius: Voorbeelden: - koelmachine - warmtepomp Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet

8 De 2 e hoofdwet 2 de hoofdwet: Koelmachine of warmtepomp: Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet TLTL Q uit W t = Q uit -Q in Q in THTH

9 De 2 e hoofdwet Thermische motor: Vaststellingen: - Arbeid kan volledig omgezet worden naar warmte - Warmte omzetten naar arbeid gebeurt met een thermische motor Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor

10 De 2 e hoofdwet Thermische motor: Karakteristieken: - ontvangen warmte van een warmtebron op hoge T - converteren een deel van deze warmte in arbeid - geven resterende warmte af aan een bron lage T - Werken als kringproces Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor

11 De 2 e hoofdwet Thermische motor: Stoomplant: Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor ketel turbine W pomp = W in condensor Q ketel = Q in W turbine = W uit Q condensor = Q uit

12 De 2 e hoofdwet Thermische motor: Stoomplant: Kringproces: Σ w t = w net,uit = Σ q (in kJ/kg) Σ W t = W net,uit = Σ Q(in kJ, gedurende ∆t) W net,uit = W uit – W in = W turbine – W pomp Σ Q = Q in – Q uit  W net,uit = Q in – Q uit Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor ketel turbine W pomp =W in condensor Q ketel = Q in W turbine = W uit Q condensor = Q uit

13 Q in W net,uit = Q in -Q uit Q uit De 2 e hoofdwet Thermische motor: Stoomplant: Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor ketel turbine W in condensor Q in W uit Q ui t THTH TLTL

14 De 2 e hoofdwet Thermische motor: W net,uit = W uit – W in en W net,uit = Q in – Q uit Thermische efficiëntie of thermisch rendement: Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor

15 De 2 e hoofdwet 2de hoofdwet en de thermische motor: Kan men de condensor uit de cyclus wegnemen? NEEN Besluit: Iedere thermische motor moet een hoeveelheid warmte afgeven aan een bron op lage temperatuur (2 warmtebronnen nodig !)  Thermische motor: thermisch rendement < 100% Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor ketel turbine Wpomp =W in condensor Q ketel = Q in W turbine = W uit Q condensor = Q uit ketel Wpomp =W in condensor Q ketel = Q in ketel Wpomp =W in condensor Q ketel = Q in

16 De 2 e hoofdwet Reversibele en niet reversibele processen: Reversibel proces: proces dat omgekeerd kan worden zonder sporen achter te laten in het stelsel of omgeving Irreversibel proces: proces dat niet reversibel verloopt Reversibel proces : - bestaat niet in de werkelijkheid - is een ideaal proces  Arbeidsproducerende machines (motoren) leveren max. arbeid als ze reversibel werken  Arbeidsconsumerende machines (pompen, …) vragen min. arbeid als ze reversibel werken Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit

17 De 2 e hoofdwet Irreversibiliteit: 1. Wrijving twee lichamen in contact bewegen t.o.v. elkaar  arbeid omgezet in warmte  temperatuur lichamen stijgt Als de beweging omkeert  opnieuw arbeid omgezet in warmte  opnieuw temperatuur lichamen stijgt Conclusie: stelsel en omgeving keren niet terug naar begintoestand  irreversibel Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit

18 Irreversibiliteit: 2. Snelle expansie of compressie snelle compressie: gasmoleculen stapelen zich op vóór de zuiger waardoor grotere druk dan bij trage compressie  meer arbeid nodig dan bij trage (evenw.) compressie De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit

19 Irreversibiliteit: 2. Snelle expansie of compressie snelle expansie: gasmoleculen volgen niet waardoor kleinere druk dan bij trage expansie  minder arbeid geleverd dan bij trage expansie De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit

20 Irreversibiliteit: 2. Snelle expansie of compressie |W compr | > |W exp | W net = |W exp | - |W compr | < 0 1 e hoofdwet: ∆U = -W net > 0 (adiabatisch)  teveel aan inw. energie terug naar omgeving in de vorm van warmte  deze warmte kan niet volledig omgezet worden in arbeid conclusie: een niet evenwichtige compressie of expansie is irreversibel De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit

21 Irreversibiliteit: 3. warmtetransport bij eindig temperatuurverschil koud glas water in warme kamer: - T water stijgt - warmtetransport van lucht naar koud water glas water terug naar begintoestand: in koelkast zetten  omgeving niet terug in begintoestand wegens ∆U omgeving = |W koelkast | ∆U kan niet volledig omgezet worden naar arbeid conclusie: warmtetransport bij eindige ΔT is irreversibel De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit

22 Kringproces van Carnot: Thermische motoren werken volgen kringproces waarbij het werkend fluïdum terug in begintoestand komt na elke cyclus W netto = |arbeid verricht door fluïdum | – |arbeid verricht aan fluïdum| Wat doen om netto arbeid en rendement te maximaliseren? - gebruik toestandsveranderingen die minimale arbeid vragen - gebruik toestandsveranderingen die maximale arbeid leveren  reversibele kringproces heeft hoogste rendement De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit Kringproces van Carnot

23 Kringproces van Carnot bij gesloten stelsel: 1  2: reversibele isotherme expansie 2  3: reversibele adiabatische expansie 3  4: reversibele isotherme compressie 4  1: reversibele adiabatische compressie De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit Kringproces van Carnot

24 Principes van Carnot: 1.Het thermisch rendement van een irreversibele thermische motor is steeds lager dan het thermisch rendement van een reversibele thermische motor werkende tussen dezelfde twee warmtereservoirs. 2.Het thermisch rendement van alle reversibele thermische motoren werkend tussen dezelfde twee warmtereservoirs is gelijk. De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit Kringproces van Carnot

25 Thermisch rendement van Carnot: thermisch rendement algemeen: voor reversibele thermische motoren (vb. Carnotmotor): (= thermisch rendement van Carnot) Elk werkelijk (irreversibel) kringproces uitgevoerd met twee warmtebronnen (temp. T L en T H ) heeft een rendement kleiner dan het rendement van het kringproces van Carnot werkend tussen dezelfde temperaturen. De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit Kringproces van Carnot

26 Thermisch rendement van Carnot: De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit Kringproces van Carnot Thermisch rendement maximaliseren: - zo hoog mogelijke T H - zo laag mogelijke T L

27 Thermisch rendement van Carnot: Bewijs: stel dat W B > W A De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit Kringproces van Carnot THTH TLTL AB QHQH QHQH REVERSIBELIRREVERSIBEL WAWA WBWB Q LA = Q H -W A Q LB = Q H -W B

28 Thermisch rendement van Carnot: Bewijs: stel dat W B > W A De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit Kringproces van Carnot THTH TLTL AB QHQH QHQH Q LA Q LB REVERSIBELIRREVERSIBEL WAWA WBWB

29 Thermisch rendement van Carnot: Bewijs: De 2 e hoofdwet Inleiding Warmtebron 2e hoofdwet Thermische motor Irreversibiliteit Kringproces van Carnot REVERSIBEL IRREVERSIBEL TLTL A B QHQH Q LA Q LB WAWA WBWB TLTL A Q LA - Q LB = W B - W A W B – W A > 0 A+B KAN NIET!!! (Kelvin-Planck) Q LA - Q LB = (Q H -W A )-(Q H -W B ) = W B - W A


Download ppt "Hoofdstuk 6 THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem. De 2 e hoofdwet Inleiding: 1ste hoofdwet: zegt niets over de richting waarin een proces spontaan verloopt."

Verwante presentaties


Ads door Google