Termodynamika

Stanowi wprowadzenie i wyjaśnienie niezbędnego minimum wiadomości z termodynamiki w oparciu o formalistykę fenomenologiczną. Laboratoria umożliwiają zdobycie praktycznych umiejętności w czasie wykonywania pomiarów.

Treści kształcenia

- Podstawy termodynamiki fenomenologicznej: Energia, formy energii, przekształcenia energii; Substancja, ilość substancji, liczba Avogadra; Zamknięty i otwarty system termodynamiczny; Stan termodynamiczny, znamiona termodynamiczne, ciśnienie, temperatura, funkcje stanu, równowaga, Zerowa Zasada Termodynamiki; Przemiana, zjawiska quasi-statyczne, proces, funkcje przemiany i obieg termodynamiczny.

- System substancji czystej: substancja czysta, faza; Oddziaływania molekuł, stany skupienia, analiza zjawiska izobarycznego, stan nasycenia, stopień suchości, punkt krytyczny, punkt potrójny, wykresy T-v, P-v, P-T, P-T-v; Opis stanu - para mokra, para przegrzana, gaz, gaz rzeczywisty – gaz doskonały; Równanie stanu, równanie Clapeyrona, prawo Awogadro, indywidualna i uniwersalna stała gazowa, współczynnik ściśliwości, równanie van der Waalsa, parametry zredukowane, prawo stanów odpowiednich, inne równania stanu, stała Boltzmanna.

- Zasada Zachowania Energii: Działania termiczne, ciepło, system adiabatyczny, wymiana ciepła, przewodzenie, konwekcja, promieniowanie, wewnętrzne źródła ciepła; Działania mechaniczne, praca mechaniczna, praca granicy systemu, niemechaniczne formy pracy; I Zasada Termodynamiki; Bilans energetyczny układu przepływowego, entalpia, praca techniczna.

- Energia cieplna i entalpia: Ciepło właściwe gazów - rzeczywistych, półdoskonałych i doskonałych; związek miedzy ciepłami właściwymi; ciepło molowe gazów wg teorii kinetycznej; Przemiany gazów: przemiana politropowa, politropa techniczna, charakterystyczne przemiany gazowe, ich wykresy w układzie P-v, stan termodynamiczny w przemianach, praca i ciepło przemian charakterystycznych; Obiegi: praca i ciepło obiegu, obiegi lewo i prawobrzeżne - właściwości i funkcje, silniki cieplne, pompy ciepła, sprawność i współczynnik wydajności obiegu.

- Procesy odwracalne i nieodwracalne, źródła nieodwracalności, praca w procesach odwracalnych i nieodwracalnych, odwracalny cykl Carnota, sprawność i współczynnik wydajności obiegów nieodwracalnych, jakość źródeł energii, termodynamiczna skala temperatury; II Zasada Termodynamiki: silniki cieplne – sformułowanie Kelvina-Plancka, pompy cieplne – sformułowanie Clausiusa, perpetuum mobile; Entropia i jej właściwości: nierówność Clausiusa, definicja entropii, zmiana entropii systemu, bilans entropii - przenoszenie i generowanie entropii, układ T-s, zasada wzrostu entropii, fizyczny sens entropii, zastosowania pojęcia entropii; Układ T-s dla gazów doskonałych: entropia gazów doskonałych, przemiany charakterystyczne, przemiana izentropowa.

- Gazowe urządzenia energetyczne: obiegi porównawcze, techniczne znaczenie obiegu Carnota; Silniki: silniki tłokowe – obiegi: Otto–Beau de Rochas, Diesla, Seiligera–Sabathe, silniki przepływowe – obiegi: Braytona-Joule`a, Humphreya, regeneracja i carnotyzacja obiegów – obiegi: Braytona-Joule`a, Ericsona, Stirlinga; Pompy cieplne - obieg Joule`a.

- Wymiana ciepła: Konwekcja wymuszona: mechanizm konwekcji wymuszonej, równanie Newtona, hydrauliczna warstwa przyścienna, przepływ laminarny i turbulentny, liczba Reynoldsa, termiczna warstwa przyścienna, liczba Prandtla, liczba Nusselta, równania kryterialne; Intensyfikacja wymiany ciepła; Konwekcja swobodna: mechanizm konwekcji swobodnej, liczba Grashofa i Rayleigha, konwekcja swobodna na powierzchni i w przestrzeniach zamkniętych; Przewodzenie: prawo Fouriera, przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna, wpływ budowy materiału, ustalone przewodzenie przez płaską płytę, przenikanie ciepła, opory cieplne, ściana wielowarstwowa; Wymienniki ciepła; Promieniowanie: mechanizm wymiany ciepła przez promieniowanie; ciało doskonale czarne, prawo Stefana-Bltzmanna, prawo Plancka; właściwości ciał, emisyjność, absorbcyjność, refleksyjność, przepuszczalność, wymiana ciepła przez promieniowanie.

- Wprowadzenie, BHP, analiza błędu pomiaru i szacowanie niepewności pomiarowej.

- Pomiar ciśnienia – sprawdzanie manometrów, cechowanie mikromanometrów.

- Pomiar temperatury – przyrządy do pomiaru temperatury, cechowanie termometrów.

- Pomiar ilości substancji - masa, objętość, objętość właściwa.

- Wyznaczanie zależności temperatury parowania wody od ciśnienia.

- Wyznaczanie wykładnika adiabaty gazów półdoskonałych.

- Pomiar przewodności cieplnej ciał stałych aparatem płytowym.

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych

Cengel, Yunus A. - Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer - McGraw-Hil, New York. - 1997

Szargut J. - Termodynamika techniczna - PWN, Warszawa. - 2005

Pudlik W. - Termodynamika - Skrypt Politechniki Gdańskiej w wersji elektronicznej, Gdańsk. - 2011

Çengel Y. A. - Heat and mass transfer : a practical approach - Boston : McGraw-Hill. - 2007

Wiśniewski S., Wiśniewski T. - Wymiana ciepła - Warszawa : Wydaw. WNT,. - 2014

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych

Praca zbior. pod red. B. Bieniasza - Termodynamika. Laboratorium - Ofic. Wyd. Pol. Rz.. - 2011

Praca zbior. pod red. T.R. Fodemskiego - Pomiary cieplne. Cz. I - WNT. - 2000

Praca zbior. pod red. B. Bieniasza - Wymiana ciepła. Laboratorium - Ofic. Wyd. Pol. Rz.. - 2014

Literatura do samodzielnego studiowania

Charun - Podstawy Termodynamiki Technicznej. Wykłady dla nieenergetyków. - Politechnika Koszalińska. - 2008

R. Smusz, J. Wilk, F. Wolańczyk - Termodynamika. Repetytorium - Ofic. Wyd. P.Rz.. - 2014

Madejski J. - Termodynamika techniczna - Oficyna Wydawnicza PRz. - 2000

Literatura uzupełniająca

Wiśniewski S. - Termodynamika techniczna - WNT. - 2012

F. Wolańczyk - Termodynamika. Przykłady i zadania - Ofic. Wyd. P.Rz.. - 2015

R. Fodemski - red. - Podstawowe pomiary cieplne - WNT Warszawa. - 2000

Szymański W., Wolańczyk F. - Termodynamika powietrza wilgotnego - Oficyna Wyd. Pol. Rzeszowskiej. - 2008

S. Ocheduszko - Termodynamika stosowana - WNT Warszawa. - 1974