Kruhový děj s ideálním plynem 2. TD z.

Práce plynu

Práce vykonaná plynem při izobarickém ději je rovna součinu tlaku plynu a přírůstku jeho objemu

W’ = Fs = pSΔs = pΔV

Práce vykonaná při izobarickém ději, při němž plyn přejde ze stavu A do stavu B, je znázorněna obsahem obdélníku ležícího v p-V diagramu pod izobarou AB. Diagram p-V se nazývá pracovní diagram
Při proměnném tlaku:
Práce vykonaná plynem při zvětšení jeho objemu je v prac. diagramu znázorněna obsahem plochy, která leží pod příslušným úsekem křivky p=f(V)
Tlaková síla působící na píst není stálá:

W’ = p1ΔV + p2ΔV + … + pnΔV

Kruhový děj

Děj při kterém je konečný stav soustavy totožný s počátečním stavem, se nazývá kruhový (cyklický) děj
Protože při kruhovém ději je počáteční stav látky totožný s konečným stavem, je celková změna vnitřní energie pracovní látky po ukončení cyklu nulová
Těleso, od kterého pracovní látka přijme teplo Q1 je ohříváč
Těleso, kterému pracovní látka teplo Q’2 (< Q1) předá je chladič
Obsah plochy uvnitř uzavřené křivky zobrazující v pracovním diagramu kruhový děj znázorňuje celkovou práci vykonanou pracovní látkou během jednoho cyklu, tzv. užitečná práce
Celková práce W’, kterou vykoná pracovní látka během jednoho cyklu kruhového děje, se rovná celkovému teplu Q = Q1 + Q’2 přijatému během tohoto cyklu od okolí
Použitím prvního termodynamického zákona pro tento děj pak dostaneme W’ = Q

Účinnost ŋ (étha) libovolného kruhového děje je určena vztahem a je vždy < 1:

Není možné* sestrojit periodicky pracující stroj, který by jen přijímal teplo od určitého tělesa (ohřívače) a vykonával stejně velkou práci
Při tepelné výměně těleso o vyšší teplotě nemůže samovolně přijímat teplo od tělesa s nižší *teplotou

Cyklicky pracující tepelný stroj Perpetum mobile druhého druhu

Ilustrace: Druhý termodynamický zákon

Carnotův cyklus označuje vratný kruhový děj ideálního tepelného stroje, který se skládá ze dvou izotermických a dvou adiabatických dějů.

Hnací stroje, které přeměňují část vnitřní energie paliva uvolněné hořením na energii pohybovou
Libovolný tepelný motor se skládá z pracovní látky, ohřívače a chladiče
Vnitřní energie se předá pracovní látce (např. plynu, páře) tepelnou výměnou

Princip

Při expanzi (zvětšování objemu) koná pracovní látka práci proti vnějším silám a uvádí do pohybu především dopravní prostředky nebo některá strojní zařízení
Tepelný motor musí pracovat cyklicky. Během cyklu po expanzi pracovní látky následuje její komprese (zmenšování objemu)
Reálné tepelné motory ale pracují tak, že po expanzi se pracovní látka z motoru vypouští (např. shořelá pohonná směs u vznětového motoru) a stlačuje se nová dávka pracovní látky
Pro účinnost tepelného motoru, který pracuje s ohřívačem o teplotě T1 a chladičem o teplotě T2, platí:

např. plynová turbína, zážehový motor čtyřdobý, zážehový motor dvoudobý, vznětový motor, proudový motor, raketový motor

Zážehový motor čtyřdobý

Pracuje ve čtyřech dobách:
- Sání - sací ventil se otevírá, výfukový je uzavřen, píst se pohybuje dolů a do válce je nasávána pohonná směs
- Stlačení - oba ventily jsou uzavřeny, píst se pohybuje nahoru a stlačuje pohonnou směs
- Výbuch - oba ventily jsou uzavřeny, zápalná směs prudce shoří, vytvořený plynu stlačují píst prudce dolů
- Výfuk - sací ventil je uzavřen, výfukový se otevírá, píst při pohybu nahoru vytlačuje spálené plyny mimo válec do výfuku
Účinnost motoru je 20 % až 33 %

Ilustrace: Tepelné motory

Veličina vyjadřující směr energetických přeměn (vývoje) zkoumaného systému.
Entropie vyjadřuje tendenci systému přecházet z méně pravděpodobných (uspořádanějších) stavů do stavů pravděpodobněji realizovatelných (méně uspořádaných).
Entropie S je mírou neuspořádanosti (poloh a rychlostí částic) systému.
Pro dokonale uspořádaný systém (krystalická mřížka při 0 K) je S = 0. Se vzrůstající teplotou a klesajícím tlakem roste.
Entropie je termodynamická stavová veličina.

Zdroj: FYZIKA-maturitní otázky/16-Kruhový-děj-s-ideálním-plynem-2.-TD-z..docx