ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Τ.Ε.Ι. ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Κόγια Γρ. Φωτεινή Φυσικός Α.Π.Θ., Msc Περιβάλλοντος Δ.Π.Θ.
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
Τι είναι Θερμοδυναμική; Γιατί διδασκόμαστε Θερμοδυναμική; ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τι είναι Θερμοδυναμική; Θερμοδυναμική είναι η μελέτη των μετασχηματισμών ενέργειας και των σχέσεών τους με τις ιδιότητες της ύλης. Γιατί διδασκόμαστε Θερμοδυναμική; Η θερμοδυναμική είναι ουσιαστικά η μελέτη των εσωτερικών κινήσεων πολλών συστημάτων σωμάτων. Ουσιαστικά όλες οι ουσίες που αντιμετωπίζουμε στην καθημερινή ζωή είναι συστή-ματα πολλών σωμάτων κάποιου είδους ή άλλου (π.χ., στερεά, υγρά, αέρια και φως). Όπως ήταν αναμενόμενο, επομένως, η Θερμοδυναμική είναι ένας επιστημονικός κλάδος με ένα εξαιρετικά ευρύ φάσμα δυνατοτή-των εφαρμογής. 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η Θερμοδυναμική είναι βεβαίως το πλέον πανταχού παρόν υποπεδίο της Φυσικής έξω από τα Τμήματα Φυσικής. Οι Μηχανικοί, οι Χημικοί, οι Φαρμακοποιοί και οι Επιστήμονες των Υλικών δε διδάσκονται Σχετικιστική ή Μοριακή Φυσική, αλλά η Θερμοδυναμική είναι ένα ολοκληρωμένο και πολύ σημαντικό μέρος των σειρών μαθημάτων των Πτυχίων τους. Πολλοί άνθρωποι σύρονται στη Φυσική επειδή θέλουν να καταλάβουν γιατί ο κόσμος γύρω από μας είναι όπως είναι. Για παράδειγμα, γιατί ο ουρανός είναι μπλε, γιατί οι σταγόνες βροχής είναι σφαιρικές κ.λπ. 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Βγαίνει λοιπόν το συμπέρασμα ότι η Θερμοδυναμική μπορεί να εξηγήσει περισσότερα πράγματα για τον κόσμο γύρω μας από όλες τις άλλες φυσικές θεωρίες που διδάσκονται συνολικά στα προγράμματα προπτυχιακών σπουδών Φυσικής. Οι εφαρμογές της Θερμοδυναμικής εμφανίζονται σε πληθώρα προβλημάτων, από τις μηχανές των αυτοκινήτων και τα ψυγεία, ως τις βιοχημικές αντιδράσεις και τη δομή των αστέρων. Για παράδειγμα, με τη Θερμοδυναμική μπορούμε να εξηγήσουμε γιατί η θερμότητα ρέει από θερμά προς ψυχρά σώματα, γιατί ο αέρας γίνεται λεπτότερος και ψυχρότερος στα μεγαλύτερα ύψη, γιατί ο Ήλιος φαίνεται κίτρινος, ενώ τα ψυχρότερα αστέρια φαίνονται κόκκινα και τα θερμότερα αστέρια εμφανίζονται γαλαζοάσπρα, γιατί είναι αδύνατο να μετρηθεί μια θερμοκρασία κάτω από τους -273 βαθμούς, γιατί υπάρχει μια μέγιστη θεωρητική αποδοτικότητα μιας μονάδας ηλεκτροπαραγωγής που δε μπορεί ποτέ να ξεπεραστεί, γιατί τα υψηλά μαζικά αστέρια πρέπει τελικά να καταρρεύσουν για να σχηματίσουν τις μαύρες-τρύπες και πολλά περισσότερα! 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Με τη θερμοκρασία περιγράφουμε ποσοτικά τις έννοιες του ζεστού και του κρύου. Θερμόμετρο είναι το όργανο με το οποίο μετράμε τη θερμοκρασία. Δύο σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία αν οι θερμοκρασίες τους είναι ίσες. Ροή θερμότητας μεταξύ σωμάτων παρατηρείται μόνον όταν οι θερμοκρασίες τους είναι διαφορετικές. 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Κλίμακα θερμοκρασιών Κελσίου Κλίμακα θερμοκρασιών Fahrenheit Απόλυτη κλίμακα θερμοκρασιών 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Σχέσεις μεταξύ των θερμοκρασιακών κλιμάκων Kelvin, Κελσίου και Fahrenheit K C F Υγροποίηση Υδρατμού 373 100ο 212ο Υγροποίηση Πάγου 273 0ο 32ο Στερεό CO2 195 -78ο -109ο Υγροποίηση Οξυγόνου 90 -183ο -298ο Απόλυτο μηδέν -273ο -460ο 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΘΕΡΜΙΚΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Συντελεστές Γραμμικής Διαστολής 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΟΓΚΟΥ 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Διμεταλλικό Έλασμα 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Συντελεστές Διαστολής Όγκου 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 1) Ένα γυάλινο δοχείο όγκου 200 cm3 είναι γεμάτο με υδράργυρο στους 20 °C. Πόσος υδράργυρος θα χυθεί αν η θερμοκρασία του συστήματος αυξηθεί στους 100 °C; Δίνονται οι συντελεστές διαστολής όγκου του γυαλιού 1,2×10– 5 Κ– 1 και του υδραργύρου 18 ×10– 5 Κ– 1. 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 2) Κύβος από αργίλιο (αλουμίνιο), πλευράς 0,100 m θερμαίνεται από τους 10 οC στους 60 οC. Ποια είναι η μεταβολή της πυκνότητάς του; 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 3) Υποθέστε ότι κατασκευάζετε ένα ατσάλινο στεφάνι που θα περιβάλλει τον Ισημερινό της Γης και θα ταιριάζει ίσα-ίσα στο μέγεθός του στους 20 οC. Αν η θερμοκρασία του στεφανιού αυξανόταν κατά 1 οC, πόσο θα απείχε η περίμετρος του στεφανιού από την επιφάνεια της Γης; 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ
ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Σας ευχαριστώ! 12/11/2018 ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ