Praktyka dydaktyczna na Wydziale Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej pokazała, że warto, aby studenci na początku studiów pogłębili zrozumienie drugiej zasady termodynamiki, nauczyli efektywnie posługiwać się takimi pojęciami, jak entropia, entalpia i entalpia swobodna. Niniejsza publikacja poszerza zakres materiału z przedmiotu fizyka II wykładanego na pierwszym roku studiów na uczelniach technicznych, daje wprowadzenie do termodynamiki maszyn przepływowych, takich jak turbina i kocioł, oraz termodynamiki chemicznej na przykładzie termodynamicznego opisu ogniwa paliwowego i syntezy cząsteczki amoniaku. (fragment Wstępu)
- Contents
-
I. Wprowadzenie 7
I.1. Wymagania wstępne 7
I.2. Prosty silnik tłokowy podnoszący żwir 7
I.2.1. Wykonanie obliczeń dla prostego silnika tłokowego podnoszącego żwir 10
I.2.2. Obliczenie sprawności silnika podnoszącego żwir 12
II. Entropia 14
II.1. S – nowa wielkość charakteryzująca stan układu 14
II.2. Zmiana entropii dla odwracalnego, równowagowego procesu izotermicznego 16
II.3. Zmiana entropii gazu doskonałego dla dowolnego odwracalnego, równowagowego procesu 16
II.4. Obraz cyklu w przestrzeni temperatura-entropia, T-S 19
III. Idealny silnik cieplny, czyli jaki? 22
III.1. Mikrosilnik Carnota pomiędzy dwoma zbiornikami ciepła 22
III.1.1. Temperatura równowagi 23
III.1.2. Analiza entropii 25
III.2. Silnik Carnota – jedyny idealny silnik 27
IV. Idealne, odwracalne maszyny przepływowe 28
IV.1. Idealna turbina i sprężarka 28
IV.2. Idealny kocioł i idealna chłodnica 31
IV.3. Cykl Braytona: kocioł, turbina, chłodnica i sprężarka 33
IV.4. Entalpia w nieodwracalnym procesie Joule’a–Thomsona (JT) 34
IV.5. Gaz doskonały i gazy rzeczywiste w doświadczeniu JT 36
IV.6. Paradoks w schładzaniu się gazu doskonałego 36
IV.7. Rozwiązanie paradoksu w schładzaniu się gazu doskonałego 37
V. Termodynamika ogniwa paliwowego 39
V.1. Spalanie wodoru w tlenie w przepływowej komorze spalania 39
V.2. Odwracalna reakcja wodoru z tlenem w przepływowej komorze reakcji 41
V.3. Ogniwo paliwowe 42
VI. Warunek spontanicznego przebiegu reakcji chemicznej 44
VII. Synteza amoniaku 45
VIII. Zakończenie 51
