Föreläsning 2 Energi och energiöverföring

Föreläsning 2…
Föreläsning 2
• Kort repetition av föreläsning 1
• Processer, cykler och tillstånd
Energi och energiöverföring –
Termodynamikens 1:a huvudsats
• Energiöverföring via Värme och Arbete
• Energiöverföring via massa/massflöde
• 1:a HS för slutna och öppna system
(kapitel 3, 5, 6)
2
Termodynamikens första huvudsats:
Principen om energins bevarande
Termodynamiska system
Energi in  Energi ut  Systemets energiförändring
Ett termodynamiskt system är en modell av ett
Ein  Eut  Esystem
begränsat område i rummet
• Ein och Eut: Överföring av energi över systemgränsen som
värme och arbete (samt massa)
E system  (inre energi)  ( kinetisk energi)  ( potentiell energi) 
 U  KE  PE  U 
Systemgräns
(eng. ”Boundary”=gräns)
kallas ibland rand
m 2
v  mgz
2
v2
PE  mgz
2
U  inre energi m  massa g  tyngdacceleration z  höjd
KE  m
3
Storheter på specifik form
4
Två typer av system
specifik  " per massenhet"
KE  m
v2
2
PE  mgz
inre energi U
Två typer av termodynamiska system:
KE v 2

2
m
PE
 gz
specifik pe 
m
specifik ke 
specifik inre energi u 
slutna respektive öppna system. Ett öppet
system kallas ofta för kontrollvolym.
U
m
• Båda behövs för att förenkla systemanalysen
• 1:a HS skrivs lite olika för slutet respektive öppet
system
5
6
1
Slutet system
Öppet system (kontrollvolym)
• Massan är konstant
• Volymen kan ändras (dvs systemgränsen kan flyttas men
massan måste vara densamma)
• Energi i form av värme och arbete kan tillföras och bortföras
• Systemet kan flytta sig
(t ex en bil som rör sig)
• Volymen är konstant (dvs
systemgränsen kan inte ändras)
• Energi i form av värme och arbete
kan tillföras och bortföras
• Energi som massflödet för med sig
kan tillföras och bortföras
• Massan kan generellt ändras (dock
inte för Steady Flow-system som
ingår i kursen)
7
Storheter och samband
Storheter och samband
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Längd
Höjd
Massa
Tid
Temperatur
Volym
Densitet
Specifik volym =volymitet
Hastighet
Kraft:
Tryck
Massflöde
Volymflöde
l, s
h, z
m
t
T
V
ρ=m/V
(ν=V/m=1/ρ)
v
F
P=F/A
m =dm/dt
V =dV/dt
8
[m]
[m]
[kg]
[s]
[K, °C]
[m3]
[kg/m3]
[m3/kg]
[m/s]
[N]
[N/m2]
[kg/s]
[m3/s]
9
•
•
•
•
•
•
Specifik inre energi
Inre energi
Specifik entalpi
Entalpi
Specifik entropi
Entropi
u
U
h
H
s
S
[J/kg]
[J]
[J/kg]
[J]
[J/kgK]
[J/K]
•
•
•
•
•
•
•
•
Arbete:
W=ʃFds
Effekt:
W =dW/dt
Värmemängd
Q
Värmeeffekt/värmeflöde Q =dQ/dt
Specifik värmekapacitet c, cp, cv
Emissivitet
ε
Värmekonduktivitet
k
Värmeövergångskoeff.
h
[Nm=J]
[W=J/s]
[J]
[W=J/s]
[J/kgK]
[-]
[W/mK]
[W/m2K]
Tryckmätning - manometer
Tryck
• Pgage=Pabs-Patm (övertryck)
• Pvacuum=Patm-Pabs (undertryck)
Patm=100kPa
P2=P1
h= 1m
Vatten, rho= 1000kg/m3
g= 9.81m/s2
P2=100000+1000*9.81*1=110 kPa
Pgage=Pabs-Patm=10 kPa
11
12
2
Pascal’s law:
Gaser kontra vätskor
13
14
Tillstånd och tillståndsstorheter
Föreläsning 2
 Ett systems tillstånd (eng: state) beskrivs av värdet av alla
tillståndsstorheter, t ex tryck, temperatur, densitet och massa.
Energi och energiöverföring –
Termodynamikens 1:a huvudsats
 Värdet på dessa storheter är oberoende av hur tillståndet
uppnåtts.
 Vissa storheter är ibland beroende och ibland oberoende av
varandra.
 Tillståndet hos ett system är fullständigt beskrivet av två
oberoende intensiva tillståndsstorheter (Tillståndspostulatet)
(kapitel 3, 5, 6)
16
Tillståndsstorheter
Tillståndsstorheterna kallas
• EXTENSIVA om de beror på systemets
storlek/massa
• INTENSIVA om de är oberoende av
systemets storlek/massa
•
•
Tryck och densitet är alltid oberoende
Tryck och temperatur är oberoende ibland (fö 3)
17
3