7/26/2019 Curs 2 Cif

1/9

Principiile termodinamicii i aplicaiile lor n tehnica frigului artificial

Aspecte generale

- principiul zero introduce noiunea de temperatur (T);

- principiul I noiunea de energie intern (U);

- principiul II noiunea de entropie (S);

- principiul III nu introduce o mrime de stare, ci face o referire la entropia S i

este considerat de unii specialiti ca o teorem sau un postulat

Principiul I al termodinamicii formulat !n "#$% de ctre &ulius 'oert on *a+er

(legea general a conserrii energiei aplicat !n cazul particular al termodinamicii, la

fenomenele termice) ntr-un sistem izolat, energia se conserv indiferent de

transformrile care au loc n sistem

- energia !nmagazinat de sistem este diferit de energia scimat de acesta cu

mediul amiant

.nergia !nmagazinat !n sistem este

. / U 0 .c0 .p %"

!n care U energia intern, .c energia cinetic; .p energia potenial

Energia intern (U) a unui sistem

- este o mrime de stare care reprezint energia termic a unui corp !ntr-o stare

termodinamic oarecare;

- se noteaz cu Ui se msoar !n 1&2;

- !n calcule este util s raportm energia intern la unitatea de masm

Uu = , mrimea u

energia intern specific, 1&34g2

"

7/26/2019 Curs 2 Cif

2/9

.c energia corespunztoare itezei de deplasare fa de sistemul de referin;

.p energia de poziiefa de sistemul de referin

- sistemul de referin se refer la maina frigorific i deci nu e5ist o itezrelati nu e5ist ariaii de .c i .p i prin urmare,energia nmagazinat!n sistem

!ntr-o transformare !n cadrul unei maini frigorifice se poate modifica doar datorit

energiei interne

Energia schimbat cu mediul

Un sistem termodinamic poate scima prin limitele sale energie su form de

- cldur c6nd starea unui sistem termodinamic se modific datorit

contactului termic al acestuia cu sistemele !ncon7urtoare; sistemul poate primi cldur

(0) sau poate ceda cldur (-);

- lucru mecanic c6nd starea unui sistem termodinamic se modific

datorita ariaiei parametrilor e5terni i apare ca efect a ariaiei olumului; lucrumecanic reprezint energia schimbat ntre sistem i mediul exterior n cursul unei

interaciuni mecanice 8ucru mecanic cedat de sistem mediului !ncon7urtor este

considerat poziti, iar cel primit negati

9 i 8 - mrimi de procesi depind de starea iniial i final i natura transformrii

Principiul I al termodinamicii ariaia energiei interne a unui sistem termodinamic este

egala cu suma dintre lucrul mecanic i cantitatea de cldur scimate de sistem cu

e5teriorul

U / 8 0 9 %%

%

7/26/2019 Curs 2 Cif

3/9

Lucrul mecanic, L

se e5prim prin produsul dintre componenta forei, , pe direcia de deplasare i

distanaxpe care se deplaseaz punctul de aplicaie al forei

- pentru o deplasare elementar, dx, lucrul mecanic elementar scimat cu mediul

a fi d5:8 = %

a) )

:igura %" d5 ariaia elementar a olumului de gaz

.c %$ deine d

7/26/2019 Curs 2 Cif

4/9

8 C D cazul compresiunii; 8 >D cazul destinderii

- !n cazul destinderii sau !n cel al compresiei, procesul poate fi considerat reersiil

dac se negli7eaz frecarea !ntre piston i gaz; inersarea sensului de micare a

pistonului conduce la reenirea sistemului !n starea iniial

- !n cazul sistemului din fig %%, gazul din interiorul cilindrului primete energie

su form de lucru mecanic din e5terior datorit interaciunii mecanice dintre gaz i

paletele care se rotesc; presiunea pe paletele elicei este diferit de cea a gazului

:igura %% 8ucru mecanic efectuat de elice se transform ireersiil !n cldur

- lucrul mecanic primit de sistem este de frecare i se transform ireersiil !n

cldur;

- prin inersarea sensului procesului, adic prin inersarea sensului de rotire a

paletelor, sistemul nu mai poate fi adus !n starea iniial

Lucru mecanic n transformrile de stare re!ersibile

- se consider cazul unui gaz !ncis !ntr-un cilindru cu a7utorul unui piston moil;

- gazul trece dintr-o stare termodinamic iniial "!ntr-o stare final #;

- la un moment dat, !ntr-o stare intermediar a acestei transformri, gazul are presiunea

pi ocup un olum $

- pentru o deplasare infinitenzimal a pistonului, pe distana d5, !n cursul creia se poate

negli7a ariaia presiunii, olumul se mrete cu d

7/26/2019 Curs 2 Cif

5/9

- lucru mecanic efectuat de gaz prin deplasarea sistemului pe distana xla trecerea dintr-

o stare iniial "!ntr-o stare final #este dat de relaia %E

%E

:igura % Fiagrama lucrului mecanic !ntr-o transformare de stare reersiil

- lucru mecanic efectuat de " Bg de gaz, l"% este reprezentat de aria cuprins su cura"-%, adic aria aurat ""G%%G

- lucru mecanic specific este dat de relaia %#

%#

- dac sistemul nu are suprafee delimitatoare moile, d< / D i 8 "-% / D, sistemul nu

scim cu e5teriorul lucru mecanic

?

7/26/2019 Curs 2 Cif

6/9

"ldura

- !ntre un sistem termodinamic i mediul e5terior se poate realiza un scim de

energie, pus !n eiden prin modificarea temperaturii sistemului;

- acest scim energetic !nceteaz dac temperatura mediului i a sistemuluidein egale

- energia transmis !n acest mod se numete cldur

Hldura scimat de un sistem (corp) cu mediul e5terior, !ntr-un proces

termodinamic elementar, !n cursul cruia temperatura sistemului sufer o ariaie infinitmic ecuaia caloric,rel %

dTcm9 = %

unde m masa corpului, 1Bg2; dT ariaia elementar a temperaturii, 142;

c cldura specific (cldura masic), 1&3Bg 42

- cldura specific depinde de natura corpului i de starea sa termodinamic

Hldura %"-#primit sau cedat de un sistem !ntr-un proces termodinamic "-%, !n

cursul cruia temperatura sistemului ariaz de la &"la a fi, ec %"D

%"D

Scimul de energie !ntre corpuri, su form de cldur, depinde de natura

procesului termodinamic Jentru masa unitar, m / " Bg ec %"", %"%

%""

%"%

Entalpia

A

7/26/2019 Curs 2 Cif

7/9

- este o mrime de stare ce caracterizeaz nielul energetic al unui sistem termodinamic;

se noteaz cu'i se msoar !n 1(2 sau, dac se raporteaz la unitatea de mas, entalpia

specific se noteaz cu hi se msoar !n 1()*g2

- este definit prin rel %"

' + U p $ sau h + u p v %"

- din pd analitic, entalpia este suma dintre energia intern i lucru mecanic de

deplasare;

- relaia de legtur !ntre entalpie i entalpie specific, rel %"$

' + m h %"$

E#primarea matematic a primului principiu al termodinamicii

a$ %isteme nchise

considerm un sistem termodinamic !ncis care primete de la mediul e5terior

cldura ."-#i cedeaz lucru mecanic l"-#;

- dac energia intern iniial a sistemului este u", datorit scimului de energie

cu mediul e5terior, sistemul a aea !n final energia intern u#

Jrimul principiu al termodinamicii spune c ariaia energiei interne a fi, rel %"?

u#/ u"+ ." / # - l" / # 1&3Bg2 %"?

- !ntr-un proces termodinamic elementar suferit de o unitate de mas (m / " Bg), fig%$

e5ist

du +. - pdv %"A

.nun cantitatea de cldur, introdus din exterior ntr-un gaz oarecare, se regsete

n variaia energiei interne i n lucru mecanic efectuat de acest gaz n exterior

E

7/26/2019 Curs 2 Cif

8/9

:igura %$ Ilustrarea primului principiu al termodinamicii aplicat unui sistem !ncis

b$ %isteme deschise

- se consider o main termic !n care, de e5, agentul termic primete cldur i

produce lucru mecanic, fig %? - sistemul este descis deoarece prin main trece !n

permanen fluid de lucru

- agentul are energia0"la intrarea !n sistem i0#la ieire;

- suma energiilor scimate cu mediul e5terior (0s) se poate scrie pentru masa m de

agent, astfel

%"E

unde

%"#

#

7/26/2019 Curs 2 Cif

9/9

:igura %? *aina termic priit ca un sistem descis

Jarametrii termici ai seciunii de intrare sunt notai cu indice " iar cei ai seciunii de

ieire, cu indice %

0nergia totala agentului !ntr-un punct oarecare este compus din energia cinetic,energia potenial de poziie i energia intern, rel %"

%"

Knlocuind !n ecuaia de ilan energetic, rel %"#

%%De5presia matematic a primului principiu pentru sisteme descise, rel %"

%%"

Jentru o mas unitar de agent termic relaia %" deine %%D

%%%