2 - thermodynamics

15
 Thermodynamics 1

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Thermodynamics

1

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• To tell us the relationshi   between the  ressure, tem erature and 

density of  a gas as it moves. 

• Altogether there are 6 variables we need to describe the state of  a 

gas…• p pressure (Pa)

•   density (kg/m3), or specific volume v =1/  

• T  temperature (K)

 

• h enthalpy (  ), he+ p/  

• s entropy (  )

•  

1. The Kinetic Theory  of  Gases, 

2. The 1st  Law  of  Thermodynamics, 3. S eci ic Heats 

4. The 2nd  Law  of  Thermodynamics

2

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• Gas is

 a collection

 of 

 molecules

 in

 random

 motion

• Molecules bounce of  each other like hard spheres

• Gives two sets of  relations… Neglects forces 

between molecules

 

Gas constant 

R = 287 J/kg/K 

for air

• Gases that obey these relations are called “Thermally 

3Perfect”

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•  

class, but

 this

 isn’t

 always

 true…

Ceases 

to 

be 

valid 

Why?

4

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st. 

“Energy is Conserved”W 

E  QChange in 

Amount of  work 

W Q E 

Collection of  identified 

gas molecules

 (System)

energymoun  o 

heat addedone  y pressure 

and viscous forces

Work =

 p V  (<0)

Surface area S

5

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 …

 pdvdedq

6

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• Specific heat  – amount of  heat needed to raise the 

temperature of  1kg by 1 Kelvin

• Two kinds:  T 

q

q

• Specific heat at constant volume 

• Specific heat at constant pressure 

vv q

 p p

T qC  ) / (

7Pratt and

 Whitney

 JT58

 Test

 (Powered

 SR71)

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vdpdhdq  pdvdedq

 …

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dT 

dhC  p

dT 

deC v

 

A gas that is thermally perfect and for which the…

…   ,  …

• We will assume calorically perfect gases in this class, but…

9

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nd.  Shock in a Converging Diverging Nozzle

10Bourgoing &

 Benay

 (2005),

 ONERA,

 France Schlieren

 visualization

Sensitive to in‐plane index of  ref. gradient

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• ‐  .

• Reversible Process

  – no

 dissipative

 phenomena

 occur.

• – 

•nd  –

Constant entropy. 

Entropy  – measure of  disorder in the gas molecules.

 

increase entropy, but adding or removing heat may 

increase or decrease entropy by an amount Q/T 

• So…

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 …

dqTds For a reversible process…

 pdvdedq 1st Law

e v

v RT  p / 

T erma y 

perfect 

gas

12

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v p C C  R v p C C  /  

… 

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 1

1212

 

  T ss

 21  T C 

e

v

  2 –  1   …

14

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SummaryAll gases Thermally perfect  

perfect

)(T ee

• 1st Law pdvdedq )(T hh

Specific 

dT deC v / vv

T eC  ) / ( T C e v

• 2nd Law

 p p p p

 

 

1

1212 log

 

  T sse

• 2nd Law 

21v

1

1

22       T  1

22    

 

T  p 

15

11     T  11  T  p