W prostocie tkwi siła

Dowiedz się, jak:

• zrozumieć koncepcje i zasady termodynamiki
• nabyć umiejętności rozwiązywania problemów wykorzystywane przez profesjonalistów
• zabłysnąć na zajęciach z termodynamiki

Termodynamika nie jest aż tak skomplikowana

Sama myśl o termodynamice sprawia, że zaczynasz się pocić? Niepotrzebnie! Dzięki temu praktycznemu przewodnikowi zabłyśniesz na zajęciach ze statystyki za sprawą łatwych do zrozumienia i opisanych przystępnym językiem wyjaśnień sposobów wykorzystywania energii w takich urządzeniach, jak samochody, samoloty, klimatyzatory i elektrownie.

• Podstawy termodynamiki — przyjrzyj się przykładom zarówno naturalnych, jak i stworzonych przez człowieka układów termodynamicznych i poznaj zasady wykorzystywania energii do wykonywania pracy.
• Podkręć ogrzewanie — dowiedz się, w jaki sposób należy wykorzystywać pierwszą i drugą zasadę termodynamiki do określania efektywności różnorodnych urządzeń (i jej poprawiania).
• Zachowuj się! — poznaj zasady zachowania i wzajemne oddziaływania gazów doskonałych i rzeczywistych w różnych sytuacjach.
• Zapłoń z pożądania — dowiedz się wszystkiego o zachowaniu masy i energii w procesach spalania.

W książce znajdziesz:

• zasady termodynamiki
• istotne parametry i ich relacje
• informacje o substancjach stałych, cieczach i gazach
• zasady współdziałania pracy i ciepła
• cykle zasilające procesy termodynamiczne
• związki i reakcje chemiczne
• pionierów termodynamiki
• rzeczywiste zastosowania zasad i koncepcji termodynamicznych

Rozdziały:

O autorze (13)

Podziękowania od autora (15)

Wstęp (17)

• O książce (17)
• Konwencje zastosowane w książce (18)
• Czego nie czytać (18)
• Naiwne założenia (19)
• Jak podzielona jest książka (19)
  • Część I: Podstawy termodynamiki (19)
  • Część II: Stosowanie zasad termodynamiki (19)
  • Część III: Samoloty, pociągi i samochody - niech ciepło dla nas pracuje (20)
  • Część IV: Relacje, reakcje i mieszaniny termodynamiczne (20)
  • Część V: Dekalogi (21)
  • Ikony użyte w książce (21)
• Co dalej (21)

CZĘŚĆ I: PODSTAWY TERMODYNAMIKI (23)

Rozdział 1: Termodynamika w codziennym życiu (25)

• Jak rozumieć termodynamikę (26)
• Badanie form energii (26)
  • Energia kinetyczna (27)
  • Energia potencjalna (27)
  • Energia wewnętrzna (28)
• Energia i praca w akcji (28)
  • Silniki - umożliwianie energii wykonywania pracy (28)
  • Chłodzenie - umożliwienie pracy odprowadzania ciepła (29)
• Gazy rzeczywiste, mieszaniny gazów i reakcje spalania (29)
• Wielkie nazwiska i nowe sposoby oszczędzania energii (30)

Rozdział 2: Fundamenty termodynamiki (31)

• Definiowanie najważniejszych parametrów stanu (32)
  • Ogólne podstawy pomiarów (32)
  • Masa (33)
  • Ciśnienie (33)
  • Temperatura (34)
  • Gęstość (36)
  • Energia (37)
  • Entalpia (41)
  • Ciepło właściwe (41)
  • Entropia (42)
• Procesy termodynamiczne (43)
  • Tworzenie ścieżki procesu (44)
  • Ustalanie stanu na każdym z końców ścieżki - postulat stanu (45)
  • Łączenie procesów w celu stworzenia cyklu (46)
• Prawa natury dotyczące temperatury, energii i entropii (47)
  • Zasada zerowa dotycząca temperatury (47)
  • Pierwsza zasada dotycząca zachowania energii (48)
  • Druga zasada dotycząca entropii (49)
  • Trzecia zasada dotycząca zera bezwzględnego (50)

Rozdział 3: Praca z fazami i parametrami substancji (51)

• To tylko faza - opis ciał stałych, cieczy i gazów (51)
  • Wykres fazowy (53)
  • Wykres T-V (53)
  • Wykres p-V (55)
• Przebieg przemian fazowych (56)
  • Od cieczy sprężonej do cieczy nasyconej (57)
  • Od nasyconej cieczy do nasyconej pary (58)
  • Od pary nasyconej do pary przegrzanej (60)
• Znajdowanie parametrów termodynamicznych za pomocą tablic (61)
  • Interpolacja liniowa (61)
  • Interpolacja z wykorzystaniem dwóch zmiennych (62)
• Grzeczne gazy zachowują się doskonale (64)

Rozdział 4: Praca i ciepło pasują do siebie jak dwie połówki jabłka (67)

• Praca może dokonać wielkich rzeczy (68)
  • Praca ze sprężynami (69)
  • Obracanie wału (70)
  • Przyspieszanie samochodu (71)
  • Ruch tłoków (72)
  • Określanie pracy objętościowej (75)
• Ogrzewanie i chłodzenie (76)
  • Podgrzewanie w kotłach (77)
  • Chłodzenie za pomocą skraplaczy (79)
  • Schładzanie z wykorzystaniem parowników (80)

CZĘŚĆ II: STOSOWANIE ZASAD TERMODYNAMIKI (83)

Rozdział 5: Stosowanie pierwszej zasady w układach zamkniętych (85)

• Zachowanie masy w układzie zamkniętym (85)
• Bilansowanie energii w układzie zamkniętym (86)
• Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do przemian gazu doskonałego (88)
  • Praca z układami o stałej objętości (89)
  • Praca z procesami o stałym ciśnieniu (90)
  • Praca z procesami o stałej temperaturze (92)
  • Praca z procesami adiabatycznymi (94)
• Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do przemian cieczy i ciał stałych (96)

Rozdział 6: Zastosowanie pierwszej zasady w układach otwartych (99)

• Zachowanie masy w układzie otwartym (99)
  • Masowe i objętościowe natężenie przepływu (100)
  • Stosowanie zasady zachowania masy w układzie (100)
• Bilansowanie masy i energii w układzie (102)
• Gdy czas nie biegnie - proces w stanie ustalonym (103)
• Stosowanie pierwszej zasady w odniesieniu do czterech typowych procesów przebiegających w układach otwartych (105)
  • Przepływ przez dysze i dyfuzory (105)
  • Praca z pompami, sprężarkami i turbinami (107)
  • Przepływ energii w wymiennikach ciepła (109)
  • Zmniejszanie ciśnienia za pomocą zaworów dławiących (111)
• Gdy liczy się czas - procesy przejściowe (113)
  • Założenia bilansu energetycznego (114)
  • Analiza procesu niestacjonarnego (115)

Rozdział 7: Analiza silników cieplnych i chłodziarek z wykorzystaniem drugiej zasady termodynamiki (117)

• Konsekwencje drugiej zasady termodynamiki (118)
• Definiowanie zbiorników energii cieplnej (119)
  • Parametry buforu ciepła (119)
  • Uwzględnianie różnicy poziomów jakości (120)
• Druga zasada termodynamiki - sformułowanie Kelvina-Plancka dotyczące silników cieplnych (121)
  • Charakterystyki silników cieplnych (121)
  • Określanie sprawności cieplnej (123)
• Chłodzenie z wykorzystaniem sformułowania Clausiusa (124)
  • Charakterystyki chłodziarek (124)
  • Określanie współczynnika wydajności (126)

Rozdział 8: Entropia, czyli koniec Wszechświata (129)

• Entropia - co to takiego? (129)
  • Entropia w skali mikroskopowej (130)
  • Entropia na poziomie makroskopowym (130)
• Zasada wzrostu entropii (132)
• Praca z wykresami T-s (134)
  • Wykorzystywanie zależności T-ds (135)
• Obliczanie zmiany entropii (136)
  • Substancje czyste (136)
  • Ciecze i ciała stałe (139)
  • Gazy doskonałe (140)
• Analiza procesów izentropowych (143)
  • Wykorzystywanie stałego ciepła właściwego (143)
  • Wykorzystywanie ciśnienia względnego i objętości względnej (145)
• Bilansowanie entropii w układzie (147)

Rozdział 9: Analiza układów z wykorzystaniem drugiej zasady termodynamiki (149)

• Pomiar potencjału pracy z wykorzystaniem dostępności energii (150)
• Określanie zmiany poziomu dostępności (151)
  • Obliczanie poziomu dostępności w układach zamkniętych (151)
  • Obliczanie dostępności w układach otwartych o przepływie stacjonarnym (155)
  • Obliczanie dostępności w układach otwartych o przepływie niestacjonarnym (158)
• Bilansowanie dostępności układu (160)
  • Transfer dostępności za pomocą procesów pracy (161)
  • Transfer dostępności za pomocą procesów transferu ciepła (161)
  • Transfer dostępności za pośrednictwem przepływu masy (162)
• Zasada spadku dostępności (162)
• Praca odwracalna i nieodwracalność (163)
• Obliczanie wydajności układu z punktu widzenia drugiej zasady termodynamiki (165)

CZĘŚĆ III: SAMOLOTY, POCIĄGI I SAMOCHODY - NIECH CIEPŁO DLA NAS PRACUJE (169)

Rozdział 10: Praca z cyklami Carnota i Braytona (171)

• Analiza idealnego silnika cieplnego - cykl Carnota (172)
  • Badanie czterech procesów w cyklu Carnota (173)
  • Obliczanie sprawności cyklu Carnota (174)
• Idealny silnik z turbiną gazową - cykl Braytona (175)
  • Badanie czterech procesów w cyklu Braytona (176)
  • Analiza cyklu Braytona (178)
  • Określanie sprawności cyklu Braytona (184)
  • Obliczanie nieodwracalności cyklu Braytona (184)
• Zwiększanie sprawności cyklu Braytona za pomocą regeneracji (186)
• Dodawanie do cyklu Braytona chłodzenia międzystopniowego i przegrzewu wtórnego (188)
  • Wpływ chłodzenia międzystopniowego i przegrzewu wtórnego na cykl Braytona (188)
  • Analiza skutków chłodzenia międzystopniowego i przegrzewu wtórnego (190)
• Zachowanie nieidealne - sprawność rzeczywistego cyklu Braytona (192)
• Cykl Braytona w locie - napęd odrzutowy (193)
  • Działanie idealnego cyklu turboodrzutowego (194)
  • Analiza cyklu silnika odrzutowego (196)

Rozdział 11: Praca z cyklami Otta i Diesla (199)

• Podstawowe informacje o silnikach tłokowych (199)
• Idealny silnik z zapłonem iskrowym - cykl Otta (203)
  • Analiza cyklu Otta (203)
  • Obliczanie sprawności cyklu Otta (209)
  • Obliczanie nieodwracalności cyklu Otta (210)
• Praca z silnikiem o zapłonie sprężeniowym - cykl Diesla (212)
  • Badanie czterech procesów cyklu Diesla (212)
  • Analiza cyklu Diesla (214)
  • Obliczanie sprawności cyklu Diesla (219)
  • Obliczanie nieodwracalności cyklu Diesla (220)

Rozdział 12: Praca z cyklami Rankine'a (221)

• Podstawy cyklu Rankine'a (221)
• Badanie czterech procesów cyklu Rankine'a (223)
• Analiza cyklu z wykorzystaniem tablic parametrów pary (225)
  • Obliczanie sprawności cyklu Rankine'a (227)
  • Obliczanie nieodwracalności cyklu Rankine'a (228)
• Usprawnianie cyklu Rankine'a za pomocą przegrzewu wtórnego (229)
• Modyfikacja cyklu Rankine'a za pomocą regeneracji (233)
• Zachowania odbiegające od idealnego - przebieg rzeczywistego cyklu Rankine'a (237)

Rozdział 13: Obniżanie temperatury - cykle chłodnicze (241)

• Podstawy cykli chłodniczych (242)
• Chłodzenie za pomocą odwrotnego cyklu Braytona (242)
  • Badanie czterech procesów w odwrotnym cyklu Braytona (243)
  • Analiza cyklu przy stałej wartości ciepła właściwego (245)
  • Obliczanie współczynnika wydajności odwrotnego cyklu Braytona (247)
  • Obliczanie nieodwracalności dla chłodziarki cyklu Braytona (247)
• Chłodzenie za pomocą chłodziarki sprężarkowej (249)
  • Badanie czterech procesów w chłodziarce sprężarkowej (250)
  • Analiza cyklu za pomocą tablic parametrów termodynamicznych czynnika chłodniczego (252)
  • Obliczanie współczynnika wydajności chłodziarki sprężarkowej (254)
  • Obliczanie nieodwracalności chłodziarki sprężarkowej (255)
• Rozgrzewka z pompami ciepła (256)
  • Badanie czterech procesów przebiegających w pompie ciepła (256)
  • Analiza pompy ciepła (258)
  • Obliczanie współczynnika wydajności pompy ciepła (258)
  • Obliczanie nieodwracalności pompy ciepła (259)

CZĘŚĆ IV: RELACJE, REAKCJE I MIESZANINY TERMODYNAMICZNE (261)

Rozdział 14: Zachowania gazów rzeczywistych (263)

• Zachowanie odbiegające od doskonałego - gaz rzeczywisty (264)
• Określanie parametrów za pomocą współczynnika ściśliwości (266)
  • Wykorzystywanie zredukowanej temperatury i ciśnienia (268)
  • Wykorzystywanie objętości pseudozredukowanej (269)
• Ustalanie ciśnienia za pomocą równania van der Waalsa (270)

Rozdział 15: Mieszanie gazów obojętnych (273)

• Określanie parametrów termodynamicznych mieszaniny gazów (274)
  • Wykorzystywanie ułamków masowych i molowych mieszanin gazów (274)
  • Określanie parametrów mieszaniny gazów (276)
• Współczynnik ściśliwości mieszanin gazów rzeczywistych (277)
  • Założenia dotyczące współczynników ściśliwości mieszanin (278)
  • Ustalanie współczynników ściśliwości za pomocą prawa Amagata (279)
  • Ustalanie współczynników ściśliwości za pomocą prawa Daltona (281)
  • Obliczanie współczynnika ściśliwości za pomocą reguły Kaya (282)
• Psychrometria - mieszaniny powietrza i pary wodnej (284)
  • Ustalanie temperatury termometru wilgotnego za pomocą psychrometru obrotowego (284)
  • Jest duszno - obliczanie wilgotności właściwej i względnej (285)
  • Zaparowane okulary - punkt rosy (287)
  • Rozwiązywanie problemów związanych z temperaturą i wilgotnością (288)
  • Korzystanie z wykresu psychrometrycznego (289)
• Komfort dzięki klimatyzacji (292)
  • Ogrzewanie i nawilżanie powietrza (292)
  • Chłodzenie i osuszanie powietrza (294)

Rozdział 16: Procesy spalania (299)

• Równania reakcji spalania (300)
  • Ile potrzeba powietrza - stechiometryczne równania reakcji (301)
  • Nadmiar powietrza w procesie spalania (301)
• Definiowanie parametrów termodynamicznych związanych ze spalaniem (303)
  • Entalpia tworzenia (303)
  • Entalpia spalania (305)
• Wykorzystywanie pierwszej zasady termodynamiki w układach spalania o przepływie stacjonarnym (309)
• Analiza przykładowego układu o przepływie stacjonarnym (310)
• Wykorzystywanie pierwszej zasady termodynamiki w zamkniętych układach spalania (312)
• Analiza przykładowego układu zamkniętego (312)
• Uch, jak gorąco! Określanie adiabatycznej temperatury płomienia (314)
• Przykład obliczania adiabatycznej temperatury płomienia (315)

CZĘŚĆ V: DEKALOGI (319)

Rozdział 17: Dziesięciu słynnych badaczy zagadnień termodynamiki (321)

• George Brayton (321)
• Nicolas Léonard Sadi Carnot (322)
• Anders Celsius (322)
• Rudolf Diesel (322)
• Daniel Gabriel Fahrenheit (322)
• James Prescott Joule (323)
• Nikolaus August Otto (323)
• William Rankine (323)
• William Thomson, czyli lord Kelvin (324)
• James Watt (324)

Rozdział 18: Dziesięć innych cykli wartych uwagi (325)

• Silniki dwusuwowe (325)
• Silniki Wankla (326)
• Cykl Stirlinga (327)
• Cykl Ericssona (328)
• Cykl Atkinsona (328)
• Cykl Millera (329)
• Cykl absorpcji (330)
• Cykl Einsteina (330)
• Silniki o układzie gazowo-parowym (331)
• Cykle binarne (332)