10. Transzportfolyamatok folytonos közegben. dt dx. = λ. j Q. x l. termodinamika. mechanika. Onsager. jóslás: F a v x(t) magyarázat: x(t) v a F



Hasonló dokumentumok
10. Transzportfolyamatok folytonos közegben

TERMOELEM-HİMÉRİK (Elméleti összefoglaló)

ELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan 15. (XII.14) Irreverzibilis termodinamika Diffúzió

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

Elektrokémia 03. Cellareakció potenciálja, elektródreakció potenciálja, Nernst-egyenlet. Láng Győző

Peltier-elemek vizsgálata

Transzportjelenségek

Hőmérséklet mérése. Sarkadi Tamás

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Fizika II. (Termosztatika, termodinamika)

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Transzportfolyamatok. Alapfogalmak. Lokális mérlegegyenlet. Transzportfolyamatok 15/11/2015

Fázisátalakulások vizsgálata

Bevezetés a kémiai termodinamikába

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Az entrópia statisztikus értelmezése

KISÉRLETI FIZIKA Elektrodinamika 4. (III. 4-8.) I + dq /dt = 0

A mechanika alapjai. A pontszerű testek dinamikája

HŐMÉRSÉKLET MÉRÉS I. Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás. 2010/2011.BSc.II.évf.

,...,q 3N és 3N impulzuskoordinátával: p 1,

VÁLASZOK A FIZKÉM I ALAPKÉRDÉSEKRE, KERESZTÉVFOLYAM 2006

ELEKTROKÉMIA. Alapmennyiségek. I: áramersség, mértékegysége (SI alapegység): A:

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Statisztika I. 3. előadás. Előadó: Dr. Ertsey Imre

Elektromos áramerősség

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

a természet logikája

Elektrotechnika. Ballagi Áron

Villamosságtan. Dr. Radács László főiskolai docens A3 épület, II. emelet, 7. ajtó Telefon:

Fizika II. (hőtan, termosztatika, termodinamika) előadási jegyzet Élelmiszermérnök, Biomérnök és Szőlész-borász mérnök hallgatóknak

Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Euleri és Lagrange szemlélet, avagy a meteorológia deriváltjai

VIII. ELEKTROMOS ÁRAM FOLYADÉKOKBAN ÉS GÁZOKBAN

1. SI mértékegységrendszer

Összetett hálózat számítása_1

2 Wigner Fizikai Kutatóintézet augusztus / 17

MÉRÉSI UTASÍTÁS. A jelenségek egyértelmű leírásához, a hőmérsékleti skálán fix pontokat kellett kijelölni. Ilyenek a jégpont, ill. a gőzpont.

{ } x x x y 1. MATEMATIKAI ÖSSZEFOGLALÓ. ( ) ( ) ( ) (a szorzás eredménye:vektor) 1.1. Vektorok közötti műveletek

Érzékelők és beavatkozók

v i = v i V. (1) m i m i (v i V) = i P = i m i V = m i v i i A V = P M

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Fizika 1 Elektrodinamika beugró/kis kérdések

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

Fázisátalakulások vizsgálata

A mechanika alapjai. A pontszerű testek kinematikája. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

Vezetékek. Fizikai alapok

ELEKTROKÉMIA GALVÁNCELLÁK ELEKTRÓDOK

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

mérlegegyenlet. ϕ - valamely SKALÁR additív (extenzív) mennyiség térfogati

Fizika labor zh szept. 29.

Elektromos áram, egyenáram

Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény

d(f(x), f(y)) q d(x, y), ahol 0 q < 1.

ELLENÁLLÁSOK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE. Az ellenállások, de általában minden villamos vezetőanyag fajlagos ellenállása 20 o

Integrált rendszerek n é v; dátum

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK február 13.

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Termodinamikai bevezető

Az Ohm törvény. Ellenállás karakterisztikája. A feszültség és az áramerősség egymással egyenesen arányos, tehát hányadosuk állandó.

4. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELEM

A töltőfolyadék térfogatváltozása alapján, egy viszonyítási skála segítségével határozható meg a hőmérséklet.

+ - kondenzátor. Elektromos áram

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

A hőterjedés dinamikája vékony szilikon rétegekben. Gambár Katalin, Márkus Ferenc. Tudomány Napja 2012 Gábor Dénes Főiskola

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Elektromos áram, áramkör, kapcsolások

Meghatározás: Olyan egyenlet, amely a független változók mellett tartalmaz egy vagy több függvényt és azok deriváltjait.

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

5. Laboratóriumi gyakorlat. A p-n ÁTMENET HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

KLASSZIKUS TERMODINAMIKA

63/2004. (VII. 26.) ESzCsM rendelet

A MOLEKULADINAMIKAI MÓDSZEREK SZISZTEMATIKUS TÁRGYALÁSA: KLASSZIKUS DINAMIKA A POSTERIORI KORREKCIÓJA

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport

- az egyik kiemelked fontosságú állapotjelz a TD-ban

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

Egyenáram. Áramkörök jellemzése Fogyasztók és áramforrások kapcsolása Az áramvezetés típusai

Szárítás során kialakuló hővezetés számítása Excel VBA makróval

Egyenáramú szervomotor modellezése

Alapvető elektrokémiai definíciók

AZ IONKONCENTRÁCIÓ POTENCIOMETRIÁS MEGHATÁROZÁSA IONSZELEKTÍV ELEKTRÓDOK ALKALMAZÁSÁVAL

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Az elektromágneses indukció jelensége

Félvezetős hűtés Peltier-cellával

Komplex természettudomány 3.

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

5. Pontrendszerek mechanikája. A kontinuumok Euler-féle leírása. Tömegmérleg. Bernoulli-egyenlet. Hidrosztatika. Felhajtóerő és Arhimédesz törvénye.

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

Műszaki folyamatok közgazdasági elemzése. Kevert stratégiák és evolúciós játékok

Átírás:

10. Transzportfolyamatok folytonos közegben Erőtörvény dff-egyenlet: Mérleg mechanka Newton jóslás: F a v x(t) magyarázat: x(t) v a F pl. rugó: mat. nga: F = m & x m & x = D x x m & x mg l energa-, mpulzus megmaradás termodnamka Onsager j = M dt dµ pl. a hővezetésre: T & = a T Általános mérlegegyenlet Tömegmérleg Energamérleg

Tárgyalt kölcsönhatások: hővezetés dffúzó elektromos vezetés tömegáram dt

1. Hővezetés Függvénytáblában (homogén, staconer): I Q = λ A T x Fourer: általánosítás, 1 dmenzóra: dt áram = vezetés eh * erő Általánosítva: = λ ( I = L X dt ) I L X td áram (áramsűrűség) vezetés együttható td erő (mínusz dervált)

2. Dffúzó Fck: I = D A c x Általánosítás, 1 dmenzóra: j = D dc j = M dµ

3. Elektromos áram 1 dmenzóra: = σ du Ohm törvény: Ellenállás: U I A = σ U l l = I σ A l R = σ A

4. Tömegáram 1 dmenzóra: = L dp Hagen-Poseulle: I V = π 8 1 η p l r 4 A π 1 = r 4 ρ 8 η dp ρ π 1 4 = ( r ) A 8 η dp

Onsager elmélet: folytonos közegek transzport jelenségenek leírása lneárs erőtörvény: TD áram = vezetés eh. * TD erő pl. a hővezetésre I = L X Főhatások: = λ ( dt ) áramsűrűség = vezetés eh * hőmérséklet-esés

síkvezetésre a tárgyalt főhatások tehát: Hővezetés Dffúzó Elektromos áram Tömegáram j dt dµ = M du = σ dp = L Folytatás a 2. dnamka előadáson Köszönöm a fgyelmet

A lneárs erőtörvény elmélet alapja Írjuk fel 2 egymással csak hő-kapcsolatban lévő alrendszer entrópa-mérlegét ds ds ds2 ds1 du1 ds2 du 2 = 1 + = dt dt dt du dt + du dt du = TdS hőközlésből ds 1 1 ds = 2 1 = 1 T1 du 2 T2 du Az entrópa megváltozása poztív (2.FT) ds dt T termodnamka erő és áram egyszerre poztív. S& 1 2 Egy kölcsönhatás van, a hőáram: du dt 1 1 1 1 T = IQ + IQ = ( ) IQ = IQ T T T T T T 1 = X I Q Q 0 2 I termodnamka áram és X erő között függvény monoton növekvő átmegy az orgón Első közelítés a lneárs: 2 1 I ( X ) := L 1 X 2 1 = I Q 0 du 2 = dt I Q

síkvezetésre a tárgyalt főhatások: Hővezetés Dffúzó Elektromos áram Tömegáram j dt dµ = M du = σ dp = L Térben: derékszögű x-y-z koordnátarendszerben az rányok egymástól függetlenek, ahogy a Newton erőtörvénynél, 3 skalár egyenletből 1 vektoregyenletet kapunk: F x = m & x F y = m & y F = ma F z = m & z

úgy például a hővezetésre s: 3 skalár egyenletből 1 vektoregyenletet kapunk j x j y j z dt dt dy dt dz T [ x Gradens operátor írja le adott skalár mennység hely szernt megváltozását:, T y, T z ] skalárból vektort képez: A hővezetés térbel erőtörvénye (Fourer): T T gradt =,, x y T z gradt

Gradens a növekedés rányába mutat: Termodnamka erő: dt T T gradt =,, x y T z

Példák 3 dmenzóra sajt hűtőben: bent meleg gradt befele-, erő kfele mutat lead hőt szárítás: knt meleg gradt kfele-, erő befele mutat felvesz hőt Főhatások síkvezetésre és térben: 1. Hővezetés 2. Dffúzó 3. Elektromos áram 4. Tömegáram j dt dµ = M du = σ dp = L j = M gradµ = σ gradt gradu = L gradp

Térelmélet: Az Onsager-elmélet a fzka különböző területenek transzport-jelenséget próbálja hasonló erőtörvényekkel leírn. Példa tovább főhatásokra: 5. Impulzus-áram vektor-mennység áramsűrűségét írja le. v = η dv dy Vsszavezethető a Newton-féle folyadék-törvényre: mdv Adt F = η = η A dv dy dv dy Hasonlóan írható le más skalár- és vektor-extenzívek árama s lneárs erőtörvényekkel, de m a továbbakban csak a 4 hatással számolunk.

T µ / c U p hővezetés Fourer gradt j dffúzó Fck j = M gradµ elektromos áram Ohm = σ gradu tömegáram Hagen-Poseulle = L gradp

Mellékhatások (mnden mndennel összefügg?): Termodffúzó (duálsok): T µ / c U p hővezetés Fourer gradt termodffúzó Dufour L D j termodffúzó Soret L S hűtés, szárítás dffúzó Fck j = M gradµ elektromos áram Ohm = σ gradu tömegáram Hagen-Poseulle = L gradp

Termodffúzós hatások (duálsok): a.) Soret ( thermal-dffuson effect ) hőmérséklet-különbség hatására dffúzó -Szárításkor, amíg a gyümölcs felmelegszk, közben nem szárad ( száradás befagyása ) -Hűtőbe tett sajt lehűl, közben szárad, fóla csomagoláson vízcseppek jelennek meg b.) Dufour ( dffuson-thermo effect ): dffúzó hatására hőmérséklet-különbség kevés ckk: -kéma alkalmazásokról, -porózus mátrxban való folyadékáramnál -együttható függése vszkoztástól, hőmérséklettől

Termoelektromos: T µ / c U p hővezetés Fourer gradt termodffúzó Dufour L D termoelektromos Pelter L P hőszvattyú j termodffúzó Soret L S hűtés, szárítás dffúzó Fck j = M gradµ termoelektromos Seebeck L Th termoelem elektromos áram Ohm = σ gradu tömegáram Hagen-Poseulle = L gradp

Seebeck termoelektromos hatás: Hőmérséklet-különbséggel arányos elektromotoros erő L Th vezetés együttható: Az áramkörben létrejövő áram hatása, az un. Thomson-hő alapján kapta ndexét.

Termoelem: termopotencáls sor Megnevezés Jel ll. összetétel Termoelektromos feszültség [mv/100 C] Alkalmazás hőm [ C] tartós rövd Olvadás-pont [ C] Alumínum Al +0,40 658 Alumel 95% N+5% (Al, S, Mg) -1,02-1,38 1000 1250 1450 Irdum Ir +0,65 1200 1800 2350 Kadmum Cd +0,90 321 Kobalt Co -1,68-1,76 1490 Konstantán 60%Cu+40%N -3,5 600 800 1250 Kopel 56%Cu+44%N -4,0 600 800 1250 Kromel 90%N+10%Cr -2,71-3,13 1000 1250 1450 Mangann 84%Cu+13%Mn+ +0,8 910 2%N+1%Fe Nkkel N -1,50-1,54 800 1100 1452 Nkróm 80%N+20%Cr +1,5 +2,5 1000 1100 1500 Platna Pt 0,000 1300 1600 1770 Platnardum 90%Pt+10%Ir +1,3 1000 1200 Platnaródum 90%Pt+10%Rh +0,64 1300 1600 Réz (tszta) Cu +0,76 350 500 1083 Réz Cu +0,75 350 500 Ródum Rh +0,64 1967 Szén (graft) C +0,25 2000 2500 3570 Szlcum S +44,8 1420 Tellur Te +50,0 350 Vas (tszta) Fe +1,80 600 800 1530 Vas Fe +1,87 600 800 1400 Wolfram W +0,79 2000 2500 3400

Néhány termoelem anyagpárosítása és jelölésük TIPUS TERMOELEM ALKALMAZÁSI TARTOMÁNY C TERMOFESZÜLTSÉG ΔT=100 C-ra [mv] T Cu-Ko -200...600 4,25 J Fe-Ko -200...900 5,37 K NCr-N -200...1200 4,04 S PtRh-Pt 0...1500 0,64

Pelter termoelektromos hatás: Elektromos áram hatására a termoelem-kör egyk érntkezése melegszk, másk hűl. Elektromos ellenállás nélkül, tökéletes Carnot hűtőkörfolyamat valósulna meg mozgó alkatrész nélkül. Megvalósítás félvezetők sorba-kapcsolásával:

Alkalmazások:

Elektroozmotkus: T µ / c U p hővezetés Fourer gradt termodffúzó Dufour L D termoelektromos Pelter L P hőszvattyú j termodffúzó Soret L S hűtés, szárítás dffúzó Fck j = M gradµ elektroozmotkus Faraday L elektrolízs,-forézs termoelektromos Seebeck L Th termoelem elektroozmotkus Dorn L ülepedés potenc. elektromos áram Ohm = σ gradu tömegáram Hagen-Poseulle = L gradp

Elektrolízs: 1850- fzka-kéma alapok: onvándorlás Elektroforézs: 1937- Tselus: elektroforézs fehérjékre 1950- papír-, géllap elektroforézs: fehérjék, nuklensavak 1983- kapllárs elektroforézs CE system for food ndustry

Elektroknetkus: T µ / c U p hővezetés Fourer gradt termodffúzó Dufour L D termoelektromos Pelter L P hőszvattyú j termodffúzó Soret L S hűtés, szárítás dffúzó Fck j = M gradµ elektroozmotkus Faraday L elektrolízs,-forézs termoelektromos Seebeck L Th termoelem elektroozmotkus Dorn L ülepedés potencál elektromos áram Ohm = σ gradu elektroknetkus áramlás potencál elektroknetkus falszgetelés, beton,cserzőanyag tömegáram Hagen-Poseulle = L gradp

Elektroknetkus falszgetelés

Ozmotkus: T µ / c U p hővezetés Fourer gradt termodffúzó Dufour L D termoelektromos Pelter L P hőszvattyú j termodffúzó Soret L S hűtés, szárítás dffúzó Fck j = M gradµ elektroozmotkus Faraday L elektrolízs,-forézs ozmotkus termoelektromos Seebeck L Th termoelem elektroozmotkus Dorn L ülepedés potencál elektromos áram Ohm = σ gradu elektroozmotkus áramlás potencál ozmotkus π= ρrt/m A x B Van't Hoff: πv = nrt állat:8bar,növény:20bar elektroozmotkus falszgetelés, beton, cserzőanyag tömegáram Hagen-Poseulle = L gradp

Ozmózs Fordított ozmózs

Termodnamka: T µ / c U p hővezetés Fourer gradt termodffúzó Dufour L D termoelektromos Pelter L P hőszvattyú termodnamka j termodffúzó Soret L S hűtés, szárítás dffúzó Fck j = M gradµ elektroozmotkus Faraday L elektrolízs,-forézs ozmotkus szűrés termoelektromos Seebeck L Th termoelem elektroozmotkus Dorn L ülepedés potencál elektromos áram Ohm = σ gradu elektroknetkus áramlás potencál termodnamka olyan, mnt a termodffúzó ozmotkus π= ρrt/m A x B Van't Hoff: πv = nrt állat:8bar,növény:20bar elektroknetkus falszgetelés, beton, cserzőanyag tömegáram Hagen-Poseulle = L gradp

Onsager elmélet összefoglalása 1. Egyenes arányosságot feltételez termodnamka erők és áramok között. I = L X 2. A főhatások mellett jelentkezhetnek gyengébb, un. mellékhatások s. Adott termodnamka erő (ntenzív nhomogentása) különböző áramokat okozhat. Több erő együttesen határoz meg egy vzsgált transzportot. I = Lj X j 3. Cure-elv: Csak azonos tenzor rangú erők és áramok kombnálódnak egymással. Az mpulzus (vektor) áramára nncs hatással a hőáramot (skalár) okozó hőmérséklet-esés. 4. Onsager-Casmr recproctás relácók: A vezetés együtthatókat leíró mátrx szmmetrkus, azaz hatás és duálsának vezetés együtthatója egyenlő. A fzka mennységek az dő-tükrözés (vdeó fordítva) szempontjából α vagy β típusúak, azaz nvaránsak (x,a,φ,β,m,e) vagy előjelet váltanak (v,i,ω,n,f,m). Ha két áram azonos típusú, az előjel poztív, ha különböző, akkor negatív. L j = ± L j

Transzportok: főhatások és mellékhatások: T µ / c U p hővezetés Fourer gradt termodffúzó Dufour L D termoelektromos Pelter L P hőszvattyú termodnamka j termodffúzó Soret L S hűtés, szárítás dffúzó Fck j = M gradµ elektroozmotkus Faraday L elektrolízs,-forézs ozmotkus szűrés termoelektromos Seebeck L Th termoelem elektroozmotkus Dorn L ülepedés potencál elektromos áram Ohm = σ gradu elektroknetkus áramlás potencál termodnamka olyan, mnt a termodffúzó ozmotkus π= ρrt/m A x B Van't Hoff: πv = nrt állat:8bar,növény:20bar elektroknetkus falszgetelés, beton, cserzőanyag tömegáram Hagen-Poseulle = L gradp Elég szmmetrkus?

Δc -> ΔT Δp -> ΔT Folytatás: hővezetés alapok számgyakhoz