Energia si formele ei

ENERGIA SI FORMELE EI

1. Formelele de maninstalatii frigorificeestare a energiei. Conservarea si transformarea ei. Unitatile de masura ale energiei si puteri

In natura energia se prezinta sub dinstalatii frigorificeerite forme: termica, mecanica, electrica.

Aceste forme de energie pot trece dintr-o stare in alta fenomen denumit conversia energiei.

Legea conservarii si transformarii energiei stabileste ca rezervele de energie existente in natura nu poate fi nici distruse nici create. Energia poate trece dintr-o forma in alta insa cantitatea totala de energie ramane constanta(se conserva). Energia mecanica expl. – energia hidraulica eoliana de miscare a obiectelor. Expl de energie termica: energia de radiatie solara energia chimica a combustibililor eliberati prin ardere.

Energia se maninstalatii frigorificeesta sub dinstalatii frigorificeerite forme: caldura, lucru mecanic, energie interna. Lucru mecanic se refera la energia mecanica, caldura la energie termica, cantitatea de energie produsa sau consumata raportata la intervalul de timp in care se desfasoara procesul se numeste putere (mecanica, electrica, termica)

W= P∙t sau P = W/t

W- energie, P – putere t- timp

Unitatea de masura pentru energie sunt joule kilocal kg fm cal putere KWh

1kg∙m=1kgf∙1m=F∙d = Lm

P->W;Kcal/h;CP;Kgm/s ; KWelec

Relatii:pentru energie:1J=0, 102Kg fm=0, 239cal=10 la minus 6/3, 6KWh

1Kgm=2, 34cal=9, 81J=10 la minus 5/3, 672KWh

1cal=4, 186J=0, 427Kgm

Pentru putere:1W=0, 102Kg fm/s=1, 36∙10 la minus 3 CP

1CP=75kg fm/s=735, 5W

K calorie este cantitatea de caldura necesara pentru ca o masa de 1 Kg aflata la temperature 19, 5 grade celsius sa se incalzesca cu 1 grad C pana la 20, 5 grade C la presiunea de o atmosfera(p=101 325 Pa) Pat=10 la a 5 a Pa

Caloria respectiv K cal este unitatea de masura a caldurii(energie calorica). Energia mecanica se masoara de obicei in acealesi unitati ca si L. mec:J kg

2 MARIMI TERMODINAMICE DE BAZA

Energia interna caldura L mec entalpie

1. Energia interna(U) este o marime de stare care reprezinta energia unui corp aflat intr-o stare termodinamica oarecare.

U=Ucin + Upot +U0[J]

Ucinetic este suma energiei cinetice moleculare de translatie rotatie si vibratie

U potentiala este suma energiilor potentiale datorata fortelor de interactiune dintre molecule

U0 este suma energiilor din interiorul moleculelor sau atomilor

Energia interna este o marime de stare extensiva care depinde de parametri de stare ai sistemului termodinamic. In calculele termotehnice nu intereseaza valoarea absoluta a energiei interne ci numai variatia sac and sistemul termodinamic trece dintr-o stare in alta.

DU=U2-U1[J]

DU- variatia de energie interna;U2-starea finala;U1-energia interna in stare initiala

La trecerea din starea 1 in starea 2 variaza numai energia interna sensibila formata din energia cinetica si cea potentiala moleculara.

DU=DUcin + DUpot=DUsensibil[J]

2. Lucrul mecanic este marimea ce caracterizeaza din punct de vedere al schimbului energetic o interactiune mecanica, el reprezentand energia schimbata de sisteme(ST) cu mediul exterior in cursul interactiunii mecanice respective. In general lucrul mecanic se noteaza cu L si se exprima in produsul dintre forta F si distanta Dx pe care are loc deplasarea unui punct de aplicatie al fortei(pe directia ei)

L=F∙Dx=pA∙Dx=p(ADx)=pDv

Dv-variatia de volum

Se considera p constant pentru deplasari lente fara frecare

Tipuri de intereactiuni mecanice intre un sistem termodinamic si mediu

L. mec si energia interna sunt marimi echivalente L ≈ DU

Conventia de semen pentru L. mec: Daca sistemul termodinamic primeste L. mec din exterior atunci L. mec respectiv se considera negativ;daca sistemul termodinamic cedeaza energie mecanica mediului atunci L. mec este considerat pozitiv. In general L. mec efectuat prin deplasarea pistonului pe distanta Dx se exprima sub forma L12=FDx=pDv=∫ de la 1 la 2 δ L=∫ de la 1 la 2 p dV[J]

Daca se reprezinta graphic variatia presiuni gazului din cilindru in functie de volumul ocupat de aceasta intr-o diagrama p-V. Se observa ca L. mec efectuat de gaz este reprezentat de aria cuprinsa sub curba 1, 2. Deoarece diagrama pV permite reprezentarea grafica a L. mec ea se numeste diagrama mecanica

3. Caldura(Q) este energia schimbata de sistemul termodinamic cu mediul, pus in evidenta de modinstalatii frigorificeicarea temperaturi din sistemul termodinamic. Ea este independenta de intereractiunile mecanice ale sistemului termodinamic si devine 0(nula) cand temperatura mediului si a sistemului termodinamic devin egale. Experimental sa constatat ca energia transferata astfel(Q) depinde de masa sistemului termodinamic si variatia temperaturi sale fiind direct proportionale cu aceasta. Deci caldura schimbata de un corp cu mediul exterior este:Q=m DT=CDT[J sau k cal]

m- masa corpului

c-caldura specinstalatii frigorificeica

C-capacitatea calorica a corpului

DT=T2-T1 – variatia temperaturii intre starea finala si initiala

Caldura specinstalatii frigorificeica reprezinta consumarea de caldura necesara pentru a incalzi 1 kg pe masa unui corp cu un grad C; se masoara in Kcal / Kg C sau J/Kg K; c apa = 1 K cal / Kg grad C

Cap. Calorica(C)  C=mc se exprima in J/K sau K cal pe grad

Pentru m=1Kg -> C=c

Pentru un proces termodinamic 1->2 in care temp. variaza de la I1 – I21 se obtine prin integrare Q12 = ∫ de la 1 la 2 δQ = ∫ de la 1 la 2 mc dF[j]

Conventia de semene pentru caldura : caldura primita de un corp in proces termodinamic se considera pozitiva(Q primit > 0) deoarece conduce la cresterea temperaturii (DT>0) iar caldura cedata in cadrul procesului se considera negativa deoarece conduce la scaderea sistemului termodinamic(Q cededat <0 deoarece DT < 0)

Atat L. mec cat si caldura sunt marimi de proces care depind de natura procesului 1-2 si nu numai de starile initiale si finale 1, 2 ale sistemului termodinamic ca in cazul energiei interne.

4. Entalpia este o marime de stare ce caracterizeaza nivelul energetic al unui sistem termodinamic. Energia se noteaza cu H, I si se masoara [J]. Se defineste prin relatia H[I] = U+pV[J]. Nu are sens fizic dar in anumite conditii e o marime egala cu Q deci echivalenta cu Q se foloseste mult in calculele termodinamice.

Ecuatia calorimetrica este ecuatia de echilibru(egalitate) intre caldurile schimbate de dinstalatii frigorificeerite corpuri intr-un proces termodinamic si e data de relatia: Q absorbit= Q cedat.

Daca caldura primita e insotita si de transformarea de faza a corpului respectiv, expresia lui Qabs revine Qabs = mc DT +mλ

λ-caldura specinstalatii frigorificeica de transformare de faza[J/Kg]