KRETSPROCESSER
ΔU=0 J
W=Qin - Qut
(obs Qut är här positivt)
Verkningsgrad η (värmemotor):
η = Nettoarbetet under processen = W
Tillförd värme
Q
in
Termodynamikens andra huvudsats
Mikroskopiskt:
Om det i ett isolerat
system av molekyler
råder viss ordning hos
molekylerna så kommer
den så småningom att
minska eller på sin höjd
vara oförändrad.
Entropi S (mått på oordning)
S=k.lnw
ΔS system och omgivning ≥ 0
där ΔS är entropiändring
J/K :
dQ
≥0
T
ΔS=0 för en reversibel kretsprocess
ΔS = ∫
Värmemotor:
Ingen motor kan ta värmeenergi från
omgivningen och omvandla allt till arbete.
Värmepump
eller
kylskåp
Insida hus
Utsida kylskåp
Utsida hus
Insida kylskåp
avgiven värme där det är varmt Qut
ηvärme =
=
tillfört arbete
−W
upptagen värme där det är kallt Qin
η
=
=
köld
tillfört arbete
−W
Ingen process kan ha som enda resultat att
transportera värme från en kall reservoir till
en varm.
Carnot process
−Q
T
Q
23 = ut
2=
T
Q
Q
in
1
41
T −T
η= 1 2
T
1
(bästa möjliga)
Motor:
medurs W positiv
Värmepump, kylskåp: moturs W negativ
Reversibel process:
En tillståndsändring är reversibel om
den är omvändbar. Volym, tryck och
temperarur är definierade för varje del
av tillståndsändringen ( och kan plottas i
t.ex. p-V diagram)
Irreversibel process: t.ex. fri expansion
Entropiändring ΔS beror ej av väg i
pV-diagrammet (samma som för ΔU)
För en reversibel kretsprocess är ΔS=0
Men inte nödvändigtvis för omgivningen
Värmefaktor (Carnot):
T
T
V
ηvärme = 1 =
T −T T −T
1 2 V K
Köldfaktor (Carnot):
T
T
K
2
=
=
η
köld T − T T − T
K
1 2 V
Arbetsgasen är inte kallare än nödvändigt
vid expansion, inte varmare än nödvändigt
vid kompression.
STIRLINGPROCESSEN
Q12 tas tillvara och stoppas in som Q34
Teoretiskt blir då verkningsgraden
densamma som för Carnotprocessen
T −T
= 1 2
η
Stirling
T
1
Arbetsgasen är så varm som möjligt vid
expansion, så kall som möjligt vid
kompression.
TillståndsGasens
ändring temperatur
Gasens
volym
Arbetskolv Förflyttnin
gs- kolv
Uppifrån
Stilla i övre
och
vändläget
ner
a→b
Ökar
Konstant
och liten
b→c
Konstant
och hög
Ökar
Uppifrån och Fortsätter
nedåt
nedåt
C→d
Minskar
Konstant
och stor
Nerifrån
Stilla i nedre
och
vändläget
upp
d→a
Konstant
och låg
Minskar
Nerifrån och Stilla i övre
upp
vändläget
Otto motorn (vanlig bensinmotor)
η
Otto
= 1−
r
1
, r kompressionsförhållandet
γ −1
FRI EXPANSION (REAL GAS)
Wtot=Wk+Wp,
Wp<0
Wtot>0 för gas
Wtot <0 för vätska
Vid fri expansion för en real gas (eller gas
vätske blandning):
potentiell energi ökar =>
kinetisk energi minskar (total energi konstant) =>
temperatur minskar (beror bara på kinetisk
energi
Omvänt vid kompression
Värmepump eller kylpump
Exergi och energikvalitet
EW = q .Q
q: energikvalite för värmemängden Q
EW : exergi (max potentiellt arbete som
värmeenergikälla kan ge upphov till)
Q: upptagen värme från energikällan
q = 1- Tkall / Tvarm
Tvarm: energikällans temperatur
Tkall: omgivningens temperatur
q blir 1 för elektrisk och mekanisk energi
Exergi förbrukas i irreversibla processer
Exergi finns då termodynamisk jämvikt inte
råder. (olja, kol, trä, uran, sol, vind, vågor,
strömmar)
’Energiförlust’ borde heta exergiförlust
(entropiökning)
