بخشی از پاورپوینت
--- پاورپوینت شامل تصاویر میباشد ----
اسلاید 1 :
سیستم: قسمتی از محیط که روی آن مطالعه می کنیم.
سیستم بسته: سیستمی که جریان مادی ورودی یا خروجی نداشته باشد.
سیستم بازیا جریانی: سیستمی که جریان ورودی ویا خروجی مادی داشته باشد.
خاصیت یک ماده: مشخصه ای است که یا مختص آن ماده است مثل دمای ماده و دمای سیستم یا فشار سیستم.
خاصیت دو نوع است: مقداری و شدتی،مقداری خاصیتی است که به مقدار ماده درون سیستم بستگی دارد مثل حجم،مول و... ولی شدتی خاصیتی است که به مقدار ماده درون سیستم بستگی ندارد مثل فشار و جز مولی و...
اسلاید 2 :
حالت ماده: اگر تعدادی از خواص ماده مشخص شود بقیه ی خواص را می توان محاسبه و بدست آورد در این صورت می گوییم حالت سیستم معلوم است.
مثلا آب در 15C و فشار 1atm کاملا حالت مشخص دارد.
قانون اول ترمودینامیک: رابطه بین انرژی درونی کار انجام شده و حرارت منتقل شده را بیان می کند.
Δ(U+K+P) = Q + W
انرژی درونی(U): مجموع انرژی هایی که یک سیستم یا یک ماده داراست.
انرژی جنبشی K انرژی پتانسیل P
موازنه انرژی برای سیستم های جریانی
Δ(H+K+P) = Q + W
H=U+PV
اسلاید 3 :
مثال: یک گاز ایده آل در300K و200kPa در یک سیلندر قرار دارد. این گاز پیستون سیلندر را به آرامی حرکت می دهد، طوری که حجم گاز از 0.1m3 به 0.2m3 می رسد. مطلوب است محاسبه کار انجام شده اگر از حالت اول به حالت دوم از دو مسیر مختلف حرکت کنیم.
الف) انبساط در فشار ثابت انجام می شود.
ب) انبساط در دمای ثابت انجام می شود.
حل: الف)
اسلاید 4 :
وقتی دو مسیر مختلف طی می شود کار انجام شده فرق می کند پس کار تابعی از مسیر انجام کار است. گرمای منتقل شده نیزتابعی ازمسیراست. ولی آنتالپی تابعی از مسیر فرآیند نیست بلکه تابع حالت است.
مثال: هوا از 100kPa و255K (H=489kJ/kg) به فشار1000kPa و278K (H=509kJ/kg)کمپرس می شود. سرعت خروجی هوا از کمپرسور 60m/s است، اگر دبی جرمی هوا 100kg/hr باشد، توان کمپرسور را حساب کنید.
حل: در این مسئله چون سخنی از ارتفاع به میان نیامده پس تغییرانرژی پتانسیل صفرخواهد بود همچنین چون سرعت ورودی هم داده نشده است آن را هم صفر میگیریم و نیز حرارتی هم منتقل نشده است پس آن را هم صفر می گیریم پس:
اسلاید 5 :
مثال: آب از ته یک چاه به عمق 15ft با دبی 200gal/hr به یک مخزن در ارتفاع 165ft پمپ می شود. یک هیتر کوچک مقدار 30000Btu/hr گرما به آب منتقل می کند و آب نیز در طی انتقال 25000Btu/hr گرما از دست می دهد. دمای آب در ورودی به مخزن چقدر است؟ فرض کنید دمای آب چاه 35°F باشد و یک پمپ 2hp که راندمان آن 55% است آب را پمپ می کند.
حل: اختلاف ارتفاع کلی 15+165=180ft است برآیند گرمای منتقل شده به آب نیز 30000-25000=5000Btu/hr است. کار انجام شده روی آب نیز 0.55*2hp = 1.1hp است. پس داریم:
Δ(H+P)= Q+W è ΔH = Q+W- ΔP W=2*.55=1.1hp
Q = 5000 Btu/hr, W = 1.1hp * 2545 = 2799.5Btu/h
ΔP = mgh è m=200gal/hr*8.33lb/gal = 1666lb/hr
اسلاید 6 :
ΔP = mgh è 1666*32.174/32.174*180 = 299880ft.lbf/h 299880 ft.lbf /778 = 385.4Btu/hr
ΔH = 2799.5 + 5000 - 385.4 = 7414.1Btu/hr =mCpΔT
Cp water = 1Btu/lbm°F è ΔT=7414.1/1/1666 = 4.45°F
T water at tank = 35+4.45 = 39.45°F
مثال: از بخار آب برای گرم کردن لجن فعال استفاده می شود. بخار اشباع در دمای 250°C وارد کویل می شود و کاملا به صورت مایع اشباع درمی آید. از محفظه گرما با شدت 1.5kJ/s اتلاف می شود. لجن فعال را در20°C وارد محفظه می کنند و درنهایت بعد از یک ساعت در 100°C خارج می کنند. اگر جرم لجن فعال 150kg باشد و ظرفیت حرارتی متوسط مواد 3.26J/g°C باشد، چند کیلوگرم بخار به ازای هر کیلوگرم لجن فعال لازم است.
اسلاید 7 :
حل: در این مسئله کار انجام نمی شود پس ΔU = Q حال بایستی بدانیم سیستم را کجا بگیریم و مسئله را حل نمائیم. سیستم را لجن فعال می گیریم پس از یک طرف حرارت از طریق بخار به لجن منتقل می شود و از طرف دیگر لجن مقداری گرما از دست می دهد بنابراین گرمائی که از بخار منتقل می شود صرف اتلاف حرارت و نیز صرف گرم کردن لجن از 20 به 100 درجه می شود.
پس داریم:
ΔU= Q è ΔU = mCp ΔT = 150*3.26*(100-20)= 39120kJ/hr
1.5kJ/s * 3600 = 5400kJ/hr
Qtotal = 39120+5400 = 44520kJ/hr
ΔHlgsteam = 1717kJ/kg è m=44520/1717 = 25.92kg
اسلاید 8 :
موازنه انرژی برای سیستم های پیوسته:
برای سیستمهای جریانی یا پیوسته قانون اول ترمودینامیک که بوسیله آن موازنه انرژی برای سیستم نوشته می شود به شکل زیر در می آید:
Δ(H+K+P) = Q + W
که در آن H بنام آنتالپی خوانده می شود. ابتدا بایستی بدانیم چطور می شود آنتالپی را محاسبه کرد و برای این کار باید بدانیم در چه شرایطی و چگونه آنتالپی تغییر می کند. تغییر آنتالپی را می توان در موارد زیر مشاهده کرد:
* تغییر آنتالپی به علت تغییر دما
* تغییر آنتالپی به علت تغییر فاز
* تغییر آنتالپی به علت واکنش شیمیایی
* تغییر آنتالپی به علت حل شدن مواد
اسلاید 9 :
تغییر آنتالپی به علت تغییر دما
آنتالپی را محتوای انرژی ماده توصیف می کنند بنابراین با دادن انرژی به ماده محتوای انرژی آن تغییر می کند و این تغییر به صورت تغییر دما دیده می شود.
که در آن CP بنام ظرفیت حرارتی در فشار ثابت است. ظرفیت حرارتی خود تابعی از دما است و بنابراین با آزمایشات در دماهای گوناگون این تابعیت را پیدا کرده و بصورت جدولهائی در کتابهای مرجع آورده اند. البته گاهی برای ساده کردن محاسبات از ظرفیت حرارتی متوسط در یک دامنه دمائی استفاده می شود:
مثال: اختلاف آنتالپی برای گاز CO2 اگر از دمای 127°C به 327°C برسد به ازای1gmol چقدر است؟
اسلاید 10 :
حل:
برای مخلوطها نیز ابتدا بایستی ظرفیت حرارتی مخلوط را بدست آورده و سپس آنتالپی مخلوط را محاسبه نمائیم:
