Thermodynamische Processen.

Fysica 5IW.
Hoofdstuk 3 . Thermodynamische processen .
Arbeid geleverd door een gas .
𝐹=𝑝 ∙ 𝐴
𝑊 = 𝐹 ∙ ∆𝑥 = 𝑝 ∙ 𝐴 ∙ ∆𝑥
↔ 𝑊 = 𝑝 ∙ ∆𝑉
F
A
P
x
s
V
Q
U
Kracht
Doorsnede
Druk
Elementaire afstand
Afstand van de verplaatsing van het
systeem ten gevolge van de kracht F
volume
(toegevoerde) warmte
De potentiële energie .
De totale inwendige energie
CV
cv de soortelijke warmte van het gas bij
gelijkblijvend volume
m
k
De massa van het gas
Een constante die afhankelijk is van het quotiënt
van de soortelijke warmte bij respectievelijk
gelijkblijvende druk en gelijkblijvende volume
Volume van de damp
Volume van de vloeistof
De soortelijke verdampingswarmte
Vd
VV
Lv
R
U
S
W
Inwendige energie
Entropie: de afname van bruikbare energie
arbeid
Isobaar proces.
Tijdens het uitzetten van het gas blijft , de druk constant.
𝑊 = 𝐹 ∙ (𝑥2 − 𝑥1)
= 𝑝 ∙ 𝐴 ( 𝑥2 − 𝑥1)
𝑊 = 𝑝 ∙ (𝑉2 − 𝑉1 )
Isotherm proces.
Is een proces waarbij de temperatuur constant blijft .
m
m³
J/kg
J
Bij dezelfde teperatuur zal een volumevergroting samengaan met een drukverlaging .
De druk uit dit proces blijft dus niet constant.
𝑊 = 𝑝1 ∙ ∆𝑉1 + 𝑝2 ∙ ∆𝑉2 + 𝑝3 ∙ ∆𝑉3 + ⋯
Isochoor proces .
Bij dit proces blijft de volume constant, er wordt dus geen arbeid geleverd.
De eerste hoofdwet van de thermodynamica.
De formulering.
De eerste hoofdwet van de thermodynamica.
𝑄 = ∆𝑈 + 𝑊
𝑄 = 𝑈2 − 𝑈1 + 𝑊
U1 = de inwendige energie van het lichaam bij het begin van het proces .
U2 = de inwendige energie van het lichaam bij het einde van het proces .
Het begrip inwendige energie .
Is de energie die in een systeem aanwezig is, onder de vorm van :

Kinetische energie van de moleculen
o Potentiële energie van de moleculen ten gevolge van de cohesiekrachten
(intermoleculaire energie)
o
Potentiële energie ten gevolge van de krachten binnnenin de
moleculen(intramoleculaire energie)
Ideaal gas : U is enkel afhankelijk van de temperatuur .
𝑈 = 𝑓(𝑇)
Reëel gas : Volume speelt een rol .
𝑈 = 𝑓(𝑉, 𝑇)
Meting van U is NIET mogelijk .
Enkel U nagaan  of de inwendige energie toeneemt of afneemt .
De inwendige energie U is afhankelijk van de toestand (p, V, T) van het systeem .
Terminologie .
Een systeem is een afgebakend deel van de werkelijkheid (dat we willen bestuderen) . Alles wat niet
tot dat systeem behoort noemen we dan de omgeving .
Een gesloten systeem is een systeem waarbij geen massatransport van en naar de omgeing mogelijk
is .
Bij een open systeem is nu wel massatransport met de omgeving mogelijk .
Omgeving
open
systeem
gesloten
systeem
Geëisoleerd systeem.
Isotherme processen.
systeem
Isothore processen.
Isobare processen .
𝑊 = 𝑝 ∙ (𝑉𝑑 − 𝑉𝑣 )
De hoeveelheid warmte die nodig is voor de verdamping:
𝑄 = 𝐿𝑣 ∙ 𝑚
En uit de eerste hoofdwet volgt dan ∶
𝑄 = ∆𝑈 + 𝑊
𝑄 = 𝑈2 − 𝑈1 + 𝑊
𝐿𝑣 ∙ 𝑚 = 𝑈𝑑 − 𝑈𝑣 + 𝑝 ∙ (𝑉𝑑 − 𝑉𝑣 )
Adiabatische processen .
Een proces waarbij er geen warmte wordt uitgeleverd met de omgeving noemen we een adiabatisch
proces .
Q=0
Het systeem kan zelf wel arbeid op zijn omgeving leveren en omgekeerd (ontvangen) .
𝑈2 − 𝑈1 + 𝑊 = 0
Bij adiabatische processen zal de geleverde arbeid uitsluitend afkomstig zijn van de vermindering van
de inwendige energie .
Zet een lichaam uit :
𝑊 > 0 => 𝑈2 − 𝑈1 < 0
De inwendige energie van het lichaam daalt .
Wordt het lichaam samen gedrukt :
𝑊 < 0 => 𝑈2 − 𝑈1 > 0
De inwendige energie stijgt .
Kringprocessen .
Arbeid bij een kringproces .
Bij een kringproces is de eindtoestand van een systeem dezelfde als zijn begintoestand .
𝑈𝑒𝑖𝑛𝑑 − 𝑈𝑏𝑒𝑔𝑖𝑛 = 0
Toepassingen .
De benzine-viertaktmotor .
https://www.youtube.com/watch?v=uMX3_gigcRU




Inlaattakt
Compressietakt
Arbeidstakt
uitlaattakt
verhit bij constant volume
adiabatisch geëxpandeerd
afgekoeld bij constant
volume
aanzuigen van het explosief
mengsel
verbrandingsgassen
worden uitgedreven
De compressieverhouding is de verhouding tussen de max. en minimumvolume . (bij moderne
motoren in de grootte-orde 6 a 10)