Warmteleer

Week

3

Warmteleer

Toestandsveranderingen

Een Toestandsverandering is een Proces.

Warmteleer

Toestandsveranderingen

Er is sprake van een proces indien tenminste één van de eigenschappen (of toestandsparameters) van een systeem een verandering onder gaat.

Warmteleer

Toestandsveranderingen

Elk proces heeft een begin- en eindtoestand en doorloopt een

procespad.

Warmteleer

Procespad

Warmteleer

Processen kunnen zijn:Dynamisch of Quasistatisch Reversibel of Irreversibel

Warmteleer

Een dynamisch proces is een toestandsverandering van A-B waarbij de parameters in het systeem geen uniforme waarde hebben tijdens het proces.

 

Warmteleer

Een quasistatisch proces is een toestandsverandering van A-B waarbij de parameters in het systeem steeds een uniforme (of bijbenadering uniforme) waarde hebben tijdens het proces.

 

Warmteleer

Een reversibel proces is een toestandsverandering van A-B waarbij langs de zelfde weg van B naar A terug gegaan kan worden zonder dat de omgeving daardoor een verandering ondergaat.

 

Warmteleer

Een reversibel proces is altijd

quasistatisch!

 

Warmteleer

Een irreversibele proces is een toestandsverandering van A-B waarbij niet langs de zelfde weg van B naar A terug gegaan kan worden zonder dat de omgeving een verandering ondergaat.

 

Warmteleer

Een irreversibel proces kan

zowel quasistatisch als

dynamisch zijn!

 

Warmteleer

In de techniek is het de bedoeling de optredende veranderingen te kunnen analyseren en aan deze te kunnen rekenen.

 

Warmteleer

In de techniek gaat het om processen die het gevolg zijn van toevoer of afvoer van warmte en arbeid.

Deze processen zijn quasistatisch!!!

 

Warmteleer

Kenmerken van een

Quasistatisch proces zijn:

 

Warmteleer

Er kan aan gerekend worden

 

Warmteleer

Bestaat uit een serie van infinitesimale thermo-

dynamische evenwichtsveranderingen

 

Warmteleer

Alle toestanden waardoor het proces gaat van begin- tot en met

de eindtoestand mogen als evenwichtstoestanden worden

beschouwd.

 

Warmteleer

Quasistatische processen zijn geïdealiseerde processen die de werkelijkheid benaderen en daarom ook gebruikt worden als model om aan de werkelijke processen te rekenen.

 

Warmteleer

Eerste Hoofdwet:

In een proces blijft de totale hoeveelheid energie behouden!

 

Warmteleer

Is het proces quasistatisch dan kan de relatie in een toestands-vergelijking worden gegeven, dit is een wiskundige relatie.

Bij voorbeeld PV = nRT.

 

Warmteleer

Een quasistatisch proces kan in een diagram (bij voorbeeld het P-V diagram) worden weergegeven, waarbij langs de assen de toestand parameters worden uitgezet. Niet elk diagram geeft dezelfde informatie.

 

Warmteleer

 

Warmteleer

Eerste Hoofdwet

voor

Gesloten Systemen

 

Warmteleer

Wordt aan een gesloten systeem thermische energie (Q) toegevoerd, dan wordt deze energie terug gevonden in de stijging van de Temperatuur van het systeem en als Verplaatsing van de omgeving.

 

Warmteleer

 

Warmteleer

De temperatuur stijging heeft te maken met de toename van de inwendige energie (ΔU) en de verplaatsing met de arbeids-verrichting op de omgeving (W).

 

Warmteleer

De Eerste Hoofdwet voor

Gesloten Systemen is dan:

Q = ΔU + W. 

Warmteleer

Afspraken voor toevoer aan een systeem:

Qtoe > 0 is positief

 

Wtoe < 0 is negeatief

 

 

Warmteleer

Afspraken voor afvoer van een systeem:

 Qafv < 0 is negatief

 

Wafv > 0 is positief

 

 

Warmteleer

De Eerste Hoofdwet voor Gesloten Systemen in

differentiaal vorm is dan:

δQ = dU + δW

 

Warmteleer

De infinitesimale warmte toevoer en arbeidsverrichting worden geschreven als δQ en δW, vanwege het feit dat zij geen exacte differentiaal zijn.

 

Warmteleer

Dit betekent dat δQ en δW

afhankelijk zijn van het proces!!!

 

Warmteleer

 

Warmte en Arbeid zijn energie-overdrachten over een systeembegrenzing heen. 

 

Warmteleer

Warmte is energie die enkel en alleen tengevolge van een temperatuurs-verschil tussen lichamen wordt overgedragen.

Dit kan via geleiding, convectie en straling.

 

 

Warmteleer

Elke energie uitwisseling die geen gevolg is van een temperatuursverschil is het gevolg van een of andere vorm van Arbeid.

 

 

Warmteleer

Volume arbeid is het gevolg van de verandering van de systeem-begrenzing tengevolge van een krachtwerking.

 

 

Warmteleer

Volume Arbeid bij Gassystemen

 

 

Warmteleer

Indien een systeembegrenzing of een deel daarvan tegen een druk P over een afstand dr in beweegt, dan zal het systeem een infinite-simale hoeveelheid arbeid verrichten.

 

 

Warmteleer

De grootte van deze hoeveelheid arbeid is:

δWv = P.Abegr. dr = P.dV

 

 

Warmteleer

In het Algemeen geldt:

 

 

Warmteleer

Volume arbeid bij een isobaar proces van een ideaal gas:

 

Warmteleer

Volume arbeid bij een isotherm proces van een ideaal gas: