الديناميكا الحرارية 3

السلام عليكم ورحمه الله وبركاته 

.

.

.

الحمد لله رب العالمين شارفنا على الإنتهاء من دروس الديناميكا الحرارية واليوم الدرس الاخير

سنتطرق فيه لموضوعين 

اولاً:حساب الضغط والحجم ودرجة الحرارة بإستخدام قوانين الغازات ؟

ثانياً:تطبيق قوانين الديناميكا الحرارية في أنظمه مختلفه ؟

 " وبسم الله نبدأ "

: حساب الضغط والحجم ودرجة الحرارة بإستخدام قوانين الغازات 

يعتبر قانون الغاز المثالي أكثر نفعاً فيمكن من خلاله حساب الضغط والحجم ودرجة الحرارة وعدد الجزئيات إذا كانت جميع الكميات معلومة عدا واحدة فقط

: معلومة :قانون الغاز المثالي

PV=nRT 

: وسنأخذ عدد من الأمثله تبين ذلك

مثال1 : أغلق برميل فارغ عند درجة حرارة 20C ، وضع بعد ذلك البرميل في الشمس وترك حتى أرتفعت درجة حرارته إلى 200C فإذا كان الضغط الإبتدائي 1.0atm  فماهو الضغط النهائي في البرميل ؟

نكتب قانون الغاز المثالي مرتين :

P1v=nRT1                            p2v=nRT2

حيث:

V/الحجم الثابت للبرميل

n/عدد الجزئيات الجرامية من الغاز في البرميل

وبقسمه أحدى المعادلتين على الاخرى نحصل على :

P1/p2=T1/T2

    حيث T1,T2هما درجتي الحرارة المطلقة

وp1=1.0atm /p2=?

T1=20+273=293 K  ,  T2=200+273=473 K

.:p2=(1.0atm)X(473/293 K) = 1.61 atm

مثال 2 : ضغط الغاز الموجود في كباس محرك ديزل فجأة عندما كانت درجة حرارتة 27C  وضغطه 74cm Hg في البداية ، فإذا كان الضغط النهائي للغاز 3700cm Hg  ودرجة حرارتة النهائية  547C  ، فماهو الحجم النهائي للغاز بدلالة الحجم الإبتدائي ؟

P1v1=nRT1                      p2v2=nRT2

بالقسمة نحصل على :

P1v1/p2v2=T1/T2

وبالتعويض نجد أن :

(V1/V2)(74/3700)=273+27/273+547

ومنه :

V2=0.058v1

تطبيق قوانين الديناميكا الحرارية في أنظمه مختلفه

 القانون الأول في الديناميكا الحرارية :

القانون الأول بمثابة صيغه حول ماهية الطاقه الحرارية وكيفية إنتقالها ... ونعرف بأنه يمكن تسخين مسمار بوضعه فوق لهب أو طرقه بمطرقه ، أي أنك تستطيع زيادة الطاقه الحرارية للمسمار إما بإضافه حرارة أو ببذل شغل عليه .

ويُعد القانون الأول للديناميكا الحرارية إعادة صياغه أخرى لقانون حفظ الطاقة والذي ينص على "أن الطاقة لاتفنى ولاتستحدث ، وإنما تتغير من شكل إلى آخر"

وينص القانون الأول للديناميكا الحرارية : أن التغير في الطاقة الحرارية ΔU لجسم ما يساوي كمية الحرارة Q المضافه إلى الجسم مطروحاً منها الشغل W الذي يبذله الجسم .

رياضياً: ΔU=Q-W     

تطبيقات في القانون الأول في الديناميكا الحرارية

اولاً:أنظمه حرارية فقط :

1-المبرد (الرادياتير)تنتقل الحرارة إلى مياة التبريد في الرادياتير ومن ثم إلى الهواء 

يطبق القانون الأول على الماء والهواء كالتالي :

بالنسبه للماء :

ولكن طاقة الحركة تساوى صفراً وطاقة الوضع تساوى صفراً كما أنه لا يوجد شغل

Q =  Dh

Q_w = (h_w2 – h_w1)

بالنسبة للهواء

أيضاً يمكن استنتاج أن

Q_a =  (h_a2 – h_a1)

حيث :

هى الحرارة المكتسبة للهواء Q_a

هى الحرارة المفقودة من الماء Q_w

الحرارة المفقودة من الماء تساوى الحرارة المكتسبة للهواء عليه فإن :    Q_a = Q_w                 

 

 

المكثف والمبخر Condenser & Evaporator

فى دورة التبريد المعروفة والموضحة فى الشكل (3-8) يمكن تطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية على المكثف والمبخر كنظامين حراريين لا شغل ميكانيكى عليهما .

القانون الأول للديناميكا الحرارية .

 

نستطيع أن نفترض أنه وهى هذين الجهازين لا يوجد شغل ولا تغير فى طاقة الحركة ولا تغير فى طاقة الوضع .

Q =  (h₂ – h₁)

أى الحرارة تساوى التغير فى الانثالبيا بين مخرج ومدخل أى من المكثف أو المبخر ففى حالة المكثف :

Q =  (h₃ – h₂)

وفى حالة المبخر :

Q =  (h₁ – h₄)

المبادل الحرارى : Heat Exchanger

فيه تنتقل الحرارة بين مائعين غير مختلطين

نطبق القانون الأول للديناميكا الحرارية على كل مائع على حدة (لا يوجد شغل ويمكن إهمال التغير فى الطاقة الحركية وطاقة الوضع) :

Q₁ =  (h₂ – h₁)

للمائع الثانى :

Q₂ =  (h_a – h_b)

لابد من ملاحظة أن الحرارة المكتسبة لأحد المائعين تساوى الحرارة المفقودة من المائع لآخر أى أن Q₁  تساوى Q₂ .

ثانياً أنظمة بها شغل :

التوربين: Turbine

تستخدم التوربينات البخارية والغازية فى توليد الطاقة الكهربية وتعزل التوربينات بصورة جيدة (تهمل الحرارة المكتسبة أو المزالة) حتى تزيد من الشغل الذى تعمله .

بتطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية وبإهمال التغير فى طاقة الحركة وطاقة الوضع:

وحيث إن h₁  أكبر من h₂  عليه فإن الشغل المعمول بواسطة التوربينات هو شغل موجب لأنه مبذول بواسطة النظام على البيئة حوله عليه فإن :

w = h₁ – h₂

الضاغط: Compressor

الضاغط عكس التوربين حيث الانثالبيا عند الخروج h₂  تكون أكبر من الانثالبيا عند الدخول h₁  وبما أنه لا توجد حرارة مكتسبة أو مضافة فإن القانون الأول للديناميكا الحرارية بين دخول وخروج المائع.

(وسيط تبريد أو هواء) مع إهمال التغير فى طاقة الحركة وطاقة الوضع يعطى المعادلة التالية :

-W =  (h₂ – h₁)

w = -(h₂ – h₁)

علامة السالب تدل على أن الشغل معمول بواسطة البيئة على النظام 

المضخة : Pump 

تطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية كما فى حالة الضاغط نصل إلى :

W = -  (h₂ – h₁)

W =  (h₁ – h₂)

وبالتالى فإن الشغل يكون سالباً وهو شغل عمل بواسطة البيئة على النظام .

أنظمة لا يوجد للحرارة والشغل فيها.

الفونية أو الرشاش أو الحاقن:Nozzle

هذا نظام مفتوح ومستقر ويستخدم لزيادة سرعة الموائع كما يتضح من شكل (3-14) بتطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية وبإهمال الحرارة والشغل يكون:

صمام التمدد وظيفة صمام التمدد هو خفض ضغط الموائع حيث يدخل المائع بضغط مرتفع ويخرج بضغط منخفض ،يصاحب ذلك ارتفاع لحظى فى سرعة المائع عند عنصر الخنق فى الصمام وسرعان ما تنخفض لتعود لنفس قيمتها عند المدخل

بتطبيق القانون الأول بين مدخل ومخرج الصمام 

وحيث إنه لا يوجد شغل والحرارة مهملة والسرعة ثابتة .

h₂ = h₁

أى أن الإنثالبى ثابتة قبل وبعد الصام 

مثال :

يدخل بخار إلى صمام تمدد بإنثالبى 100kJ  أوجد الإنثالبى عند مخرج الصمام .

الحل /

حيث إن الإنثالبى ثابتة خلال الصمام

\h₂ = h₁ = 100kJ

القانون الثاني في الديناميكا الحرارية :

 

 القانون الأول يعتبر حالة خاصة من قانون بقاء الطاقة وهو يؤكد أن الحرارة يمكن تحويلها إلى شغل وبالعكس يمكن تحويل الشغل إلى حرارة ، ولكن القانون الأول لايبحث في اتجاه العمليات الحرارية ، وبالتالي فهو غير مناسب لتعيين طبيعة ونتائج تلك العمليات مما يستلزم وجود قانون آخر يعالج هذه المشاكل وهو القانون الثاني .

يُعالج القانون الثاني للديناميكا الحرارية تحويل الطاقة الحرارية إلى شغل (طاقة مميكانيكية أو طاقة كهربية) وذلك بإستخدام الآله الحرارية ، ويبين القانون الثاني اتجاه إنتقال الحرارة ويوضح الحد الأقصى المحتمل لتحول الحرارة إلى شغل في الآلآت الحرارية ... وسنبدأ دراسة القانون الثاني بتعريف الآله الحراية :

الآله الحرارية :

كل آله تعمل على تحويل الحرارة إلى شغل خارجي تسمى آله حرارية .

والقانون الثاني يشمل على داله من دوال الحالة وهي دالة الأنتروبي (S) وأول من أدخل دالة الأنتروبي في علم الديناميكا الحرارية هو كلازيوس .

والانتروبي : كمية الحرارة المضافة إلى جسم مقسومة على درجة حرارة الجسم بالكلفن .

 ΔS=Q/T

: وينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية

 إن العمليات الطبيعية تجري في إتجاه المحافظة على الانتروبي الكلي للكون أو زيادته . أي أن الأشياء كلّها ستصبح أكثر عشوائية وأقل إنتظاماً مالم يتخذ إجراء معين يحافظ على إنتظامها وترتيبها .

والنتائج التي حصلنا عليها من قانون الديناميكا الحرارية الثاني هي :

*لايمكن بناء أي آله تعمل بحركة ابدية.

*لايوجد تغير تلقائي ينقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن أو الجسم البارد يصبح ساخن بشكل تلقائي .

*جميع العمليات التي تحدث فيها خلط بين نظامين أو أكثر تكون غير معكوسة ، أي الأنتروبي للخليط يكون بإزدياد بشكل دائم ، وكذلك أي عملية يوجد فيها ضياع لطاقة نتاج من الاحتكاك أيضاً عملية غير معكوسة .

نلقاكم بخير ♥

أي الإنتروبي للخليط يكون بازدياد بشكل دائم، وكذلك أي عملية يوجد فيها ضياع لطاقة نتاج من الاحتكاك أيضاً عملية غير معكوسة.

إقرأ المزيد على موضوع.كوم: http://mawdoo3.com/%D8%A7%D9%84%D9%82%D8%A7%D9%86%D9%88%D9%86_%D8%A7%D9%84%D8%AB%D8%A7%D9%86%D9%8A_%D9%84%D9%84%D8%AF%D9%8A%D9%86%D8%A7%D9%85%D9%8A%D9%83%D8%A7_%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9

أي الإنتروبي للخليط يكون بازدياد بشكل دائم، وكذلك أي عملية يوجد فيها ضياع لطاقة نتاج من الاحتكاك أيضاً عملية غير معكوسة.

إقرأ المزيد على موضوع.كوم: http://mawdoo3.com/%D8%A7%D9%84%D9%82%D8%A7%D9%86%D9%88%D9%86_%D8%A7%D9%84%D8%AB%D8%A7%D9%86%D9%8A_%D9%84%D9%84%D8%AF%D9%8A%D9%86%D8%A7%D9%85%D9%8A%D9%83%D8%A7_%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9