Zmesi Ideálnych Plynov - Termomechanika

Zmesi Ideálnych Plynov

• Predmet: Termomechanika
• Prednášajúca: doc. Ing. Natália Jasminská, PhD.
• Poznámka: Ide o prednášky z predmetu Termomechanika, ktoré sa zaoberajú zmesami ideálnych plynov.

Význam Zmesí a Základy Ich Riešenia

• V technickej praxi sa často vyskytujú zmesi plynov ako napr. vzduch, plynné palivá, pracovné látky spaľovacích motorov, výfukové plyny.
• Potrebujeme sa zaoberať termodynamikou zmesí plynov.
• Zmes je homogénna viaczložková sústava, ktorá vzniká zmiešaním niekoľkých plynov pri konštantnej teplote a objemu.
• Vlastnosti zmesí plynov závisia od množstva jednotlivých zložiek.

Daltonov Zákon

• Každý plyn v zmesi sa správa ako keby bol v celom objeme sám.
• Parciálny tlak plynu v zmesi je určený podľa stavovej rovnice plynu v celej zmesi.
• Zmes nereagujúcich plynov má vlastnosti homogénnej látky.

Zloženie Zmesí Plynov

• Zloženie je možné opísať hmotnostnou alebo mólovou analýzou.
• Hmotnostný zlomok (wiw_iwi​): pomer hmotnosti i-tej zložky k hmotnosti celej zmesi. (∑i=1nwi=1\sum_{i=1}^{n} w_{i} = 1∑i=1n​wi​=1)
• Mólový zlomok (xix_ixi​): pomer počtu mólov i-tej zložky k počtu mólov celej zmesi. (∑i=1nxi=1\sum_{i=1}^{n} x_{i} = 1∑i=1n​xi​=1)

Objemová Analýza Zmesí Plynov

• Pre ideálne plyny platí Amagátov zákon: celkový objem zmesi je súčet parciálnych objemov jednotlivých plynov.
• Objemový zlomok (ϕi\phi_{i}ϕi​): pomer objemu i-tej zložky k celkovému objemu zmesi. (∑i=1nϕi=1\sum_{i=1}^{n} \phi_{i} = 1∑i=1n​ϕi​=1)

Výpočet Mólovej Hmotnosti a Špecifickj Plynovej Konštanty Zmesi

• Mólová hmotnosť zmesi (MMM) je daná súčtom hmotností jednotlivých zložiek, pričom použijeme mólové zlomky.
• Špecifická plynová konštanta zmesi (rrr) sa vypočíta z mólovej hmotnosti zmesi.

Prvý Zákon Termodynamiky

• Je špeciálnym prípadom zákona zachovania energie.
• Teplo sa môže meniť na prácu a naopak.
• Matematicky sa zapíše ako dQ = dU + dA (J), kde dQ je teplo, dU je zmena vnútornej energie a dA je práca.

Základné Energetické Veličiny

• Termodynamické veličiny delíme na intenzívne (nezávislé od množstva látky) a extenzívne (závislé od množstva látky).
• Veličiny ako objem, látkové množstvo a vnútorná energia sú extenzívne.
• Pre transformačné vzťahy medzi extenzívnymi a intenzívnymi veličinami sa používajú fyzikálne veličiny ako meraný objem (V/m).

Práca

• Udáva množstvo energie prenesené medzi sústavou a okolím počas interakcie.
• Jednotka je joule (J).
• Práca vykonaná za jednotku času sa nazýva výkon a udáva sa v wattoch (W).

Teplo

• Je energia prenesená medzi sústavou a okolím počas tepelnej interakcie.
• Teplá sústava prenáša energiu na sústavu s nižšou teplotou až pokiaľ nedosiahnu rovnakú teplotu.
• Množstvo energie prenášanej teplom je označené Q a jednotkou je joule (J).

Tepelná Kapacita

• Je množstvo energie, ktoré je potrebné dodat' jednotkovej hmotnosti látky na zvýšenie teploty o 1°C.
• Špecifická tepelná kapacita (c) sa udáva v jednotkách J kg⁻¹ K⁻¹.
• V termodynamike sa rozlišujú dve tepelné kapacity, pri konštantnom objeme (cv) a pri konštantnom tlaku (cp).
• Pre ideálne plyny súvisí poissonova konštanta K so stavovým zloženiam plynu.

Vnútorná Energia

• Je súčet potenciálnej a kinetickej energie častíc.
• Pre ideálne plyny je vnútorná energia jednoznačne určená kinetickou energiou molekúl.
• Je charakteristika energetického stavu sústavy.
• Je stavová veličina, jej zmena závisi iba od počiatočného a konečného stavu, nie cesty procesu.
• Zmena vnútornej energie ideálneho plynu závisi iba od teploty, opisuje sa diferenciálnou rovnicou dU = m • cv • dT.

Entalpia

• Je stavová veličina, ktorá vyjadruje tepelný obsah sústavy.
• Pri entalpii sa zvažuje tepelná bilancia.
• Pre ideálne plyny je zmena entalpie funkciou jeho teploty, opisuje sa diferenciálnou rovnicou dH = m • cp • dT.

I. Zákon Termodynamiky

• Je špeciálnym prípadom zákona zachovania energie.
• Uplatňuje sa pri všetkých interakciách medzi sústavou a okolím.
• Zákon zachovania energie: (súčet energií v sústave je konštantný) dQ = dU + dA (J), kde dQ je teplo, dU je zmena vnútornej energie a dA je práca.