Wielkości fizyczne i bilanse masowe. Podstawy obliczeń inżynierskich

Zestaw fiszek ze słownictwem obejmujący jednostki układu SI, klasyfikację wielkości fizycznych, bilansowanie masowe oraz układy termodynamiczne z wykładu dra hab. inż. Jakuba Gaca.

Układ SI (1960)

Międzynarodowy układ jednostek miar wprowadzony w 1960 roku.

Kraje z innymi układami miar

Trzy państwa wymienione w notatkach, które stosują inne układy miar niż SI: USA, Liberia oraz Birma.

Siedem podstawowych wielkości i jednostek SI

Natężenie prądu ($\text{A}$, ładunek elementarny), liczność materii ($\text{mol}$, stała Avogadro), temperatura ($\text{K}$, definiowana przez stałą Boltzmanna), światłość ($\text{cd}$, kandela), masa ($\text{kg}$, definiowana przez stałą Plancka), czas ($\text{s}$) oraz długość ($\text{m}$, definiowana przez prędkość światła).

Jednostki spoza układu SI

Przykłady jednostek nienależących do SI podane w notatkach: doba, minuta, godzina, lata, litr, tona, elektronowolt.

Układ CGS

Układ jednostek fizycznych, w którym jednostkami podstawowymi są: centymetr, gram oraz sekunda.

Wielkości intensywne

Wielkości fizyczne, które nie dodają się dla większości układów (np. temperatura, ciśnienie).

Wielkości ekstensywne

Wielkości fizyczne, które dodają się w podukładach i można je bilansować (np. masa, objętość, mol).

Masa

Wielkość fizyczna określająca bezwładność ciała.

Zasada zachowania masy

Zasada mówiąca, że w układzie zamkniętym masa jest stała; wyjątkiem od tej reguły są m.in. reakcje jądrowe.

Kontrakcja objętości

Zjawisko zmniejszenia objętości przy zmieszaniu cieczy (np. alkoholu z wodą opisane przez Mendelejewa), w wyniku którego objętość końcowa nie równa się sumie objętości składników ($\text{Obj}_{\text{koń}} \neq \text{Obj}_1 + \text{Obj}_2$).

Ogólne równanie bilansowe

Podstawowe równanie bilansu o postaci: $\text{Wlot} - \text{Wylot} + \text{Produkcja} - \text{Konsumpcja} = \text{Akumulacja}$.

Układ zamknięty

Układ, w którym proces przebiega okresowo (reakcja: $M + N \rightarrow P$, a następnie usuwanie produktu $P$), a w bilansie akumulacja wynosi zero ($\text{Akumulacja} = 0$).

Układ otwarty

Układ, w którym zachodzi proces ciągły z udziałem strumienia masy ($m_N = \frac{\Delta m}{\Delta t}$)

, a równanie bilansowe ma postać: $\text{Wlot} - \text{Wylot} = \text{Akumulacja}$ ($m_{\text{wl}} - m_{\text{wyl}} = \frac{\Delta m_{\text{zb}}}{\Delta t}$).

Układ ustalony

Układ, którego parametry nie zmieniają się w czasie, dzięki czemu nie ma w nim akumulacji (podobnie jak w bilansie układu zamkniętego), co prowadzi do równań: $m_{\text{wlot}} - m_{\text{wylot}} = 0$ oraz $n_{\text{wl}} - n_{\text{wyl}} = 0$.

Stężenie procentowe ($c_{p, s}$)

Udział masowy składnika w mieszaninie wyrażony w procentach: $c_{p, s} = \frac{m_s}{m_m} \cdot 100\%$.

Ułamek masowy ($w_s$)

Stosunek masy danego składnika do całkowitej masy mieszaniny: $w_s = \frac{m_s}{m_m}$.

Ułamek molowy ($x_s$)

Stosunek liczby moli danego składnika do całkowitej liczby moli mieszaniny: $x_s = \frac{n_s}{n_m}$.

Stężenie molowe ($c_{m, s}$)

Stosunek liczby moli substancji do objętości roztworu: $c_{m, s} = \frac{n_s}{V}$.