KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Termodinamika

15. lecke: Körfolyamatok és hőerőgépek

Körfolyamatok és hőerőgépek

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • Körfolyamatok, hőerőgépek, hatásfok (és alfejezetei)
  • Az entrópia. Szabadenergia. A termodinamika II. főtétele
  • Entalpia. Technikai munka
  • Valódi gázok termodinamikája

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • p-V diagramon felrajzolni a fontosabb fajta állapotváltozásokat (izochor, izobár, izoterm, adiabatikus).
  • Az előbb említett állapotváltozások során bekövetkező állapotjelző-változásokat számításokkal követni.
  • Az állapotváltozásokról tanultak alapján felrajzolni és számításokkal követni egyszerű körfolyamatokat.
  • Meghatározni, mit értünk termikus hatásfok alatt.
  • Körfolyamatok hatásfokát kiszámítani.
  • A Carnot-folyamatot jellemző értékeket kiszámolni.
  • Meghatározni az entalpia fogalmát.
  • A valódi gázokat leíró Van der Waals állapotegyenlet tagjait értelmezni.
  • A valódi gázok állapotváltozásait felrajzolni a p-V diagramon.
  • A valódi gázok belső energiáját kifejezni az állapotjelzőkkel.
  • Értelmezni a gázok cseppfolyósodását a Van der Waals állapotegyenlet alapján.

Támpontok a tanuláshoz

A lecke a mérnöki gyakorlat szempontjából fontos területet dolgoz fel. Ennek megértéséhez az a kulcs, hogy a fejezet elején levő egyszerű állapotváltozásokat teljes egészében megértse. Ne haladjon tovább, amíg nem tudja az egyes állapotváltozásokat önállóan felrajzolni a p-V diagramon és nem tudja megadni az egyes esetekben az állapotjelzők megváltozását megadó összefüggéseket.

Az alap állapotváltozások feldolgozása után már elvileg új dolgot nem kell megtanulni a körfolyamatok megértéséhez, csak következetesen kell azokat alkalmazni a körfolyamatok egyes szakaszaira. Itt is jusson el arra a szintre, hogy a jegyzetbeli körfolyamatokat önállóan végig tudja számolni. Ezek a számítások ugyan hosszadalmasak, de elemi, jól érthető lépések sorozatából állnak.

A hatásfok fogalmának és az egyszerű hőerőgépek működésének megértése ezek után már egyszerű lesz.

Az entrópia fogalmának meghatározása matematikailag bonyolult, de ettől ne ijedjen meg, ezzel kapcsolatos számítások elvégzésére nem lesz szükség, csak a fogalom megértésére.

A valódi gázok termodinamikájával foglalkozó rész elemi matematikára épül és a mögöttes fizikai kép is könnyen felfogható. Itt a p-V diagramok helyes felrajzolása és értelmezése kulcsfontosságú, különös tekintettel a gázok cseppfolyósodását tükröző megfontolásokra. A témából konkrét számítások elvégzése nem követelmény.

Ellenőrző kérdések
1. Az izochor állapotváltozás esetén melyik mennyiség állandó?
A térfogat.
A hőmérséklet.
A nyomás.
A belső energia.
2. Mit értünk egy körfolyamat termikus hatásfokán?
Ilyen fogalom nem is létezik.
A közölt hő és a rendszer által végzett munka hányadosát.
A befektetett munka és az elszökő hő hányadosát.
A minimális és maximális hőmérséklet hányadosát.
3. Mit mondhatunk egy zárt ciklusban az össz entrópiaváltozásról?
Mindenképp pozitív.
Negatív vagy 0.
Mindenképp negatív.
Pozitív és negatív is lehet a körülményektől függően.
4. Egy ideális gázzal olyan körfolyamatot végzünk, mely 3 állapot között megy: A-ból B-be izobár, B-ből C-be izoterm, C-ből A-ba izochor az állapotváltozás. Az A pontban a nyomás 105 Pa, a térfogat 0,2 m, a B pontban a térfogat 0,6 m3. Mekkora a nyomás a C pontban?
3,33*104 Pa.
105 Pa.
Ennyi adatból ez nem mondható meg.
3*105 Pa.
5. Mekkora az előbb említett folyamatban az A-B szakaszon végzett munka?
0,4 J
40 000 J
300 J
Ennyi adatból ez nem mondható meg.