Motorer och kylskp

Motorer och kylskåp

Föreläsning 3/3, 2010

http://www.aircraftbanking.com/ http://sv.wikipedia.org

Repetition: De tre tillstånden

McMurry Chemistry, http://wps.prenhall.com

Gas Vätska Solid

Plasma – det fjärde tillståndet

Fysiken bakom motorer och

kylskåp -

Termodynamik

Värmeöverföring

VARMT

_KALLT

Värme

Värmeöverföring genom ledning

VARMT

KALLT

Värmeöverföring genom ledning

Olika ledningsförmåga

… pga varierande molekylstruktur:

material som leder el leder också värme

http://www.firewalking.com.au

Konvektion

Ändringar i densitet orsakar strömning.

Exempel på konvektion

Konvektion i jordskorpan

www.dstu.univ-montp2.fr

Vilken färg har värmestrålning?

UV IR Wien’s strålningslag

Absorption och reflektion av strålning

• Blir varm snabbare • Svalnar snabbare

• Blir varm långsammare • Svalnar långsammare

Växthuseffekten

www.wilson.wnyric.org

Fasövergångar

Övergångar från olika tillstånd

Vätskan står i jämvikt med molekylerna i gasfas. Fördelningen mellan vätska och gas beror på temperaturen och tryck.

Avdunstning = kyleffekt

Energi tas från ytan, dvs avkylning!

Svettning = avdunstning

Kondensation = uppvärmning

Energi ges till ytan, dvs uppvärmning!

Varför känns ångbastu varmare

än torrbastu?

Vad händer sedan?

Ingen kylning pga avdunstning!

Kastrullen smälter!

Smältning

Så länge isen smälter tas värme från vätskan och temperaturen hålls vid 0°C

Frysning

www.rodjenas.com

När vatten fryser avges värme till vätskan och temperaturen hålls vid 0°C.

Temperaturen på vattnet i olika steg

Tillförd värme Temp °C 0 100 Smältning/frysning Förångning/kondensation Is Vat ten Ång a Vid fasövergångar är temperaturen konstant!

Regelation = Återfrysning

Isen smälter p g a trycket. Vattnet på ovansidan fryser när trycket minskar och värme avges.

Värmen är tillräcklig att fortsätta smälta isen under tråden.

Den drickande fågeln

Vattnets avdunstning ger kyleffekt, minskat tryck i huvudet. Avdunstning av eter i

kroppen ökar trycket Etern stiger i halsen och ändrar tyngdpunkten så att fågeln doppar näbben

Etern kan rinna tillbaka till kroppen och trycket utjämnas.

Tillbaks i upprätt tillstånd.

Termodynamik

”Värmekraft”

0:te huvudsatsen

Om två system förs i kontakt med varandra kommer de att utbyta energi eller materia tills de är i jämviktsläge.

VARMT

KALLT

0:te huvudsatsen

Om två system förs i kontakt med varandra kommer de att utbyta energi eller materia tills de är i jämviktsläge.

Inre energi

Tillförd

värme Bortförd _värme

Tillfört arbete Utfört arbete Systemets inre energi

Adiabatisk kompression

Adiabatisk expansion

1:a huvudsatsen

Energiprincipen: Värme som flödar in till ett system är lika med summan av ändringen i inre energi plus arbete som uträttas av systemet.

värme = ändring i inre energi + uträttat arbete

2:a huvudsatsen

Entropiprincipen: Värme flödar från varmt till kallt.

X

VARMT

KALLT

VARMT

KALLT

Värmemotorer

VARMT

KALLT

Carnotcykeln 1 →

→

→

→

₂

Värme (Q1) tillförs för att hålla temperaturen konstant vid expansionen

Carnotcykeln 2 →

→

→

→

₃

VARMT

KALLT

Adiabatisk expansion, dvs ingen värme tillförs från omgivningen.

Carnotcykeln 3 →

→

→

→

₄

VARMT

KALLT

Q2

Carnotcykeln 4 →

→

→

→

₁

VARMT

KALLT

Adiabatisk kompression, dvs ingen värme avges från systemet. Temperaturen ökar.

Uträttat arbete

VARMT

KALLT

Arbete = tillförd värme (Q1) – bortförd värme (Q2)

Stirlingmotorn

Arbete ut!

Kompression pga hjulets vridmoment. Uppvärmning

Kylning

Otto-motorn, förbränningsmotorer

Men ett hur fungerar ett kylskåp?

VARMT

KALLT

X

Bör inte fungera enligt 2:a huvudsatsen?

Kör Stirlingcykeln baklänges …

Värme tillförs systemet vid låg temperatur Kompression, energi tillförs Värme avges vid hög temperatur Expansion, arbete ut

Värmepump

VARMT

KALLT

Värmepump med kylmedium

Värme tas från omgivningen: -Avdunstning, -lågt tryck

Värme avges till omgivningen: - Kondensation - högt tryck Pump, kompressor ökar trycket Expansionsventil minskar trycket Arbete Insida kylskåp Baksida kylskåp

Värmepumpar i vardagen

3:e huvudsatsen

Alla processer upphör vid absoluta nollpunkten.

Entropi

Ett mått på oordning!