Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική Ενότητα 6: Β’ Θερμοδυναμικός Νόμος Γεώργιος Αλέξης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σκοποί Ενότητας Η ενότητα αυτή στοχεύει στην εισαγωγή των φοιτητών στη σημασία και τις εφαρμογές του Β’ Θερμοδυναμικού Νόμου τόσο για τα ιδανικά αέρια όσο και για τις καθαρές ουσίες. Με την εμπέδωση των εννοιών αυτών και την επιλογή των κατάλληλων εξισώσεων εκ μέρους των φοιτητών επιλύονται προβλήματα της ειδικότητας του μηχανολόγου μηχανικού. Τέλος, στόχος της ενότητας αυτής αποτελεί η κατανόηση από τους φοιτητές της σημασίας των εν λόγω εννοιών στην μελέτη αφενός και στην επίλυση αφετέρου ενεργειακών προβλημάτων.

Περιεχόμενα Ενότητας Β’ Θερμoδυναμικός Νόμος Θερμική Μηχανή Ψυκτική Μηχανή Πρόταση των Kelvin – Plank Πρόταση Clausius Κύκλος Carnot

B’ Θερμοδυναμικός Νόμος Α’ Θερμοδυναμικός Νόμος: Ισοδυναμία θερμότητας και έργου Β’ Θερμοδυναμικός Νόμος: Θέτει περιορισμούς στην κατεύθυνση μεταφοράς έργου και θερμότητας

Θερμική Μηχανή 𝜂=𝑊/𝑄𝐻=1−𝑄𝐿/𝑄𝐻 QH TH TL QL W=QH-QL

Ψυκτική Μηχανή Ψυκτική Μηχανή 𝐶𝑂𝑃=𝑄𝐿/𝑊 Αντλία Θερμότητας 𝐶𝑂𝑃’=𝑄𝐻/𝑊 𝐶𝑂𝑃’−𝐶𝑂𝑃=1

Πρόταση των Kelvin - Plank Δεν υπάρχει θερμική μηχανή όπου κατά την εκτέλεση μιας πλήρους κυκλικής διεργασίας η προσφερόμενη θερμότητα να μετατραπεί εξολοκλήρου σε μηχανικό έργο.

Πρόταση Clausius Δεν υπάρχει ψυκτική μηχανή όπου κατά την εκτέλεση μιας πλήρους κυκλικής διεργασίας η αντλούμενη θερμότητα από το ψυχροδοχείο να απορριφθεί εξολοκλήρου στο θερμοδοχείο χωρίς την εξωτερική προσφορά μηχανικού έργου.

𝑞 𝐿 = 𝑞 12 = 𝑤 12 =𝑅 𝑇 𝐿 𝑙𝑛 𝜐 2 𝜐 2 𝑞 𝐿 <0 Κύκλος Carnot - 1 1-2 Ισοθερμοκρασιακή: 𝑞 𝐿 = 𝑞 12 = 𝑤 12 =𝑅 𝑇 𝐿 𝑙𝑛 𝜐 2 𝜐 2 𝑞 𝐿 <0

𝑞 𝐻 = 𝑞 34 = 𝑤 34 =𝑅 𝑇 𝐻 𝑙𝑛 𝜐 4 𝜐 3 𝑞 𝐻 >0 Κύκλος Carnot - 2 2-3 Αδιαβατική: 𝑞 23 =0 𝑤 23 = 𝑅 𝛾−1 ( 𝑇 𝐿 − 𝑇 𝐻 ) 3-4 Ισοθερμοκρασιακή: 𝑞 𝐻 = 𝑞 34 = 𝑤 34 =𝑅 𝑇 𝐻 𝑙𝑛 𝜐 4 𝜐 3 𝑞 𝐻 >0 4-1 Αδιαβατική: 𝑞 41 =0 𝑤 41 = 𝑅 𝛾−1 ( 𝑇 𝐻 − 𝑇 𝐿 )

𝑛 𝑐 = 𝑤 𝑞 𝐻 = 𝑞 𝐻 − 𝑞 𝐿 𝑞 𝐻 =1− 𝑞 𝐿 𝑞 𝐻 Κύκλος Carnot - 3 𝑛 𝑐 = 𝑤 𝑞 𝐻 = 𝑞 𝐻 − 𝑞 𝐿 𝑞 𝐻 =1− 𝑞 𝐿 𝑞 𝐻 𝑛 𝑐 =1− 𝑅 𝑇 𝐿 𝑙𝑛 𝜐 2 𝜐 1 𝑅 𝑇 𝐻 𝑙𝑛 𝜐 4 𝜐 3 =1− 𝑇 𝐿 𝑙𝑛 𝜐 1 𝜐 2 𝑇 𝐻 𝑙𝑛 𝜐 4 𝜐 3 =1− 𝑇 𝐿 𝑇 𝐻 Διότι ισχύει: 2−3: 𝜐 3 𝜐 2 = 𝑇 𝐿 𝑇 𝐻 1 𝛾−1 4 −1: 𝜐 4 𝜐 1 = 𝑇 𝐿 𝑇 𝐻 1 𝛾−1 𝜐 3 𝜐 2 = 𝜐 4 𝜐 1 ή 𝜐 1 𝜐 2 = 𝜐 4 𝜐 3

Κύκλος Carnot - 4 𝑄 𝐿 𝑄 𝐻 = 𝑇 𝐿 𝑇 𝐻 𝑄 𝐿 𝑇 𝐿 = 𝑄 𝐻 𝑇 𝐻 𝜂 𝑄 L 𝑇 𝐿 + 𝑄 𝐻 𝑇 𝐻 =0 ή γενικά 𝑄 𝑖 𝑇 𝑖 =0 σε αντιστρεπτές διεργασίες

Τέλος Ενότητας