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Chapter Equations

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Equations
1-2 Importance of Dimensions and Units
๐น = ๐‘š๐‘Ž
1-1
๐‘Š = ๐‘š๐‘”
1-2
1J = 1Nโˆ™m
1-3
1-5 Density and Specific Gravity
๐œŒ=
๐‘š
1-4
๐‘‰
๐‘‰
1
๐‘ฃ=๐‘š=๐œŒ
๐‘†๐บ = ๐œŒ
๐œŒ
๐ป2 ๐‘‚
๐›พ๐‘  = ๐œŒ๐‘”
1-5
1-6
1-7
1-8 Temperature and the Zeroth Law of Thermodynamics
๐‘‡ = ๐‘Ž + ๐‘๐‘ƒ
1-8
๐‘‡(K) = ๐‘‡(โ„ƒ) + 273.15
1-9
๐‘‡(๐‘…) = ๐‘‡(โ„‰) + 459.67
1-10
๐‘‡(๐‘…) = 1.8 โˆ™ ๐‘‡ (๐พ)
1-11
๐‘‡(โ„‰) = 1.8 โˆ™ ๐‘‡(โ„ƒ) + 32
1-12
โˆ†๐‘‡ (๐พ) = โˆ†๐‘‡(โ„ƒ)
1-13
โˆ†๐‘‡ (๐‘…) = โˆ†๐‘‡(โ„‰)
1-14
1-9 Pressure
๐‘ƒ๐‘”๐‘Ž๐‘”๐‘’ = ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘๐‘  − ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘ก๐‘š
1-15
๐‘ƒ๐‘ฃ๐‘Ž๐‘ = ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘ก๐‘š − ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘๐‘ 
1-16
โˆ†๐‘ƒ = ๐‘ƒ2 − ๐‘ƒ1 = −๐œŒ๐‘”โˆ†๐‘ง = −๐›พ๐‘  โˆ†๐‘ง
1-17
๐‘ƒ๐‘๐‘’๐‘™๐‘œ๐‘ค = ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘๐‘œ๐‘ฃ๐‘’ + ๐œŒ๐‘”|โˆ†๐‘ง| = ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘๐‘œ๐‘ฃ๐‘’ + ๐›พ๐‘  |โˆ†๐‘ง|
1-18
๐‘ƒ = ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘ก๐‘š + ๐œŒ๐‘”โ„Ž or ๐‘ƒ๐‘”๐‘Ž๐‘”๐‘’ = ๐œŒ๐‘”โ„Ž
1-19
๐‘‘๐‘ƒ
๐‘‘๐‘ง
= −๐œŒ๐‘”
1-20
2
โˆ†๐‘ƒ = ๐‘ƒ2 − ๐‘ƒ1 = − ∫1 ๐œŒ๐‘” ๐‘‘๐‘ง
๐‘ƒ1 = ๐‘ƒ2 →
๐น1
๐ด1
=
๐น2
๐ด2
→
๐น2
๐น1
=
1-21
๐ด2
1-22
๐ด1
1-10 Pressure Measurement Devices
๐‘ƒ๐‘Ž๐‘ก๐‘š = ๐œŒ๐‘”โ„Ž
1-23
๐‘ƒ2 = ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘ก๐‘š + ๐œŒ๐‘”โ„Ž
1-24
๐‘ƒ1 + ๐œŒ1 ๐‘”(๐‘Ž + โ„Ž ) − ๐œŒ2 ๐‘”โ„Ž − ๐œŒ1 ๐‘”๐‘Ž = ๐‘ƒ2
1-25
๐‘ƒ1 − ๐‘ƒ2 = (๐œŒ2 − ๐œŒ1 )๐‘”โ„Ž
1-26
2-2 Forms of Energy
๐‘’=
๐ธ
2-1
๐‘š
๐พ๐ธ = ๐‘š
๐‘˜๐‘’ =
๐‘‰2
2-2
2
๐‘‰2
2-3
2
๐‘ƒ๐ธ = ๐‘š๐‘”๐‘ง
2-4
๐‘๐‘’ = ๐‘”๐‘ง
2-5
๐ธ = ๐‘ˆ + ๐พ๐ธ + ๐‘ƒ๐ธ = ๐‘ˆ + ๐‘š
๐‘’ = ๐‘ข + ๐‘˜๐‘’ + ๐‘๐‘’ = ๐‘ข +
๐‘‰2
2
๐‘‰2
2
+ ๐‘š๐‘”๐‘ง
2-6
+ ๐‘”๐‘ง
2-7
๐‘šฬ‡ = ๐œŒ๐‘‰ฬ‡ = ๐œŒ๐ด๐‘ ๐‘‰๐‘Ž๐‘ฃ๐‘”
2-8
๐ธฬ‡ = ๐‘šฬ‡ ๐‘’
2-9
๐‘ƒ
๐‘’๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž = ๐œŒ +
๐‘‰2
2
+ ๐‘”๐‘ง
2-10
2
๐‘ƒ
๐‘‰
๐ธฬ‡๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž = ๐‘šฬ‡ ๐‘’๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž = ๐‘šฬ‡ (๐œŒ + 2 + ๐‘”๐‘ง)
โˆ†๐‘’๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž =
๐‘ƒ2 −๐‘ƒ1
๐œŒ
+
๐‘‰22−๐‘‰12
2
2-11
+ ๐‘”(๐‘ง2 − ๐‘ง1 )
2
2-12
2
๐‘ƒ −๐‘ƒ
๐‘‰ −๐‘‰
โˆ†๐ธฬ‡๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž = ๐‘šฬ‡ โˆ†๐‘’๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž = ๐‘šฬ‡ ( 2 1 + 2 1 + ๐‘”(๐‘ง2 − ๐‘ง1 ))
๐œŒ
2
2-13
2-3 Energy Transfer by Heat
๐‘ž=
๐‘„
๐‘š
2-14
๐‘ก
๐‘„ = ∫๐‘ก 2 ๐‘„ฬ‡ ๐‘‘๐‘ก
2-15
๐‘„ = ๐‘„ฬ‡โˆ†๐‘ก
2-16
1
2-4 Energy Transfer by Work
๐‘Š
๐‘ค=๐‘š
2-17
๐‘Šฬ‡๐‘’ = ๐•๐ผ
2-18
2
๐‘Š๐‘’ = ∫1 ๐•๐ผ ๐‘‘๐‘ก
2-19
๐‘Š๐‘’ = ๐•๐ผโˆ†๐‘ก
2-20
2-5 Mechanical Forms of Work
๐‘Š = ๐น๐‘ 
2-21
2
๐‘Š = ∫1 ๐น ๐‘‘๐‘ 
2-22
๐‘‡ = ๐น๐‘Ÿ → ๐น =
๐‘‡
2-23
๐‘Ÿ
๐‘  = (2๐œ‹๐‘Ÿ)๐‘›
2-24
๐‘‡
๐‘Š๐‘ โ„Ž = ๐น๐‘  = ( ) (2๐œ‹๐‘Ÿ๐‘›) = 2๐œ‹๐‘›๐‘‡
2-25
๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž = 2๐œ‹๐‘›ฬ‡ ๐‘‡
2-26
๐›ฟ๐‘Š๐‘ ๐‘๐‘Ÿ๐‘–๐‘›๐‘” = ๐น ๐‘‘๐‘ฅ
2-27
๐น = ๐‘˜๐‘ฅ
2-28
๐‘Ÿ
1
๐‘Š๐‘ ๐‘๐‘Ÿ๐‘–๐‘›๐‘” = 2 ๐‘˜(๐‘ฅ22 − ๐‘ฅ12 )
2
2
๐‘Š๐‘’๐‘™๐‘Ž๐‘ ๐‘ก๐‘–๐‘ = ∫1 ๐น ๐‘‘๐‘ฅ = ∫1 ๐œŽ๐‘› ๐ด ๐‘‘๐‘ฅ
2
๐‘Š๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘“๐‘Ž๐‘๐‘’ = ∫1 ๐œŽ๐‘  ๐‘‘๐ด
2-29
2-30
2-31
2-6 The First Law of Thermodynamics
โˆ†๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š = ๐ธ๐‘“๐‘–๐‘›๐‘Ž๐‘™ − ๐ธ๐‘–๐‘›๐‘–๐‘ก๐‘–๐‘Ž๐‘™ = ๐ธ2 − ๐ธ1
2-32
โˆ†๐ธ = โˆ†๐‘ˆ + โˆ†๐พ๐ธ + โˆ†๐‘ƒ๐ธ
2-33
๐ธ๐‘–๐‘› − ๐ธ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = (๐‘„๐‘–๐‘› − ๐‘„๐‘œ๐‘ข๐‘ก ) + (๐‘Š๐‘–๐‘› − ๐‘Š๐‘œ๐‘ข๐‘ก ) + (๐ธ๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘ ,๐‘–๐‘› − ๐ธ๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘ ,๐‘œ๐‘ข๐‘ก ) = โˆ†๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
2-34
๐ธ๐‘–๐‘› − ๐ธ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = โˆ†๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
2-35
๐‘‘๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
๐ธฬ‡๐‘–๐‘› − ๐ธฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก
2-36
๐‘‘๐ธ
๐‘„ = ๐‘„ฬ‡โˆ†๐‘ก, ๐‘Š = ๐‘Šฬ‡ โˆ†๐‘ก, ๐‘Ž๐‘›๐‘‘ โˆ†๐ธ = ( ๐‘‘๐‘ก ) โˆ†๐‘ก
2-37
๐‘’๐‘–๐‘› − ๐‘’๐‘œ๐‘ข๐‘ก = โˆ†๐‘’๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
2-38
๐›ฟ๐ธ๐‘–๐‘› − ๐›ฟ๐ธ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š or ๐›ฟ๐‘’๐‘–๐‘› − ๐›ฟ๐‘’๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘’๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
2-39
๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘„๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› ๐‘œ๐‘Ÿ ๐‘Šฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘„ฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘›
2-40
2-7 Energy Conversion Efficiencies
๐ท๐‘’๐‘ ๐‘–๐‘Ÿ๐‘’๐‘‘ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก๐‘๐‘ข๐‘ก
๐ธ๐‘“๐‘“๐‘–๐‘๐‘–๐‘’๐‘›๐‘๐‘ฆ = ๐‘…๐‘’๐‘ž๐‘ข๐‘–๐‘Ÿ๐‘’๐‘‘ ๐‘–๐‘›๐‘๐‘ข๐‘ก
๐œ‚๐‘๐‘œ๐‘š๐‘.๐‘’๐‘ž๐‘ข๐‘–๐‘. =
๐‘„๐‘ข๐‘ ๐‘’๐‘“๐‘ข๐‘™
๐ป๐‘‰
=
2-41
๐‘ˆ๐‘ ๐‘’๐‘“๐‘ข๐‘™ โ„Ž๐‘’๐‘Ž๐‘ก ๐‘‘๐‘’๐‘™๐‘–๐‘ฃ๐‘’๐‘Ÿ๐‘’๐‘‘ ๐‘๐‘ฆ ๐‘กโ„Ž๐‘’ ๐‘๐‘œ๐‘š๐‘๐‘ข๐‘ ๐‘ก๐‘–๐‘œ๐‘› ๐‘’๐‘ž๐‘ข๐‘–๐‘๐‘š๐‘’๐‘›๐‘ก
๐ป๐‘’๐‘Ž๐‘ก๐‘–๐‘›๐‘” ๐‘ฃ๐‘Ž๐‘™๐‘ข๐‘’ ๐‘œ๐‘“ ๐‘กโ„Ž๐‘’ ๐‘“๐‘ข๐‘’๐‘™ ๐‘๐‘ข๐‘Ÿ๐‘›๐‘’๐‘‘
๐‘Šฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก๐‘Ÿ๐‘–๐‘
๐œ‚๐‘œ๐‘ฃ๐‘’๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘™๐‘™ = ๐œ‚๐‘๐‘œ๐‘š๐‘.๐‘’๐‘ž๐‘ข๐‘–๐‘. ๐œ‚๐‘กโ„Ž๐‘’๐‘Ÿ๐‘š๐‘Ž๐‘™ ๐œ‚๐‘”๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ =
๐œ‚๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž =
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก๐‘๐‘ข๐‘ก
๐œ‚๐‘๐‘ข๐‘š๐‘ =
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘–๐‘›๐‘๐‘ข๐‘ก
๐ธ๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž,๐‘œ๐‘ข๐‘ก
๐ธ๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž,๐‘–๐‘›
=1−
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘–๐‘›๐‘๐‘ข๐‘ก
=
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘‘๐‘’๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘Ž๐‘ ๐‘’ ๐‘œ๐‘“ ๐‘กโ„Ž๐‘’ ๐‘“๐‘™๐‘ข๐‘–๐‘‘
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘๐‘œ๐‘ค๐‘’๐‘Ÿ ๐‘–๐‘›๐‘๐‘ข๐‘ก
๐œ‚๐‘”๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ =
=
๐ธ๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก๐‘Ÿ๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘๐‘œ๐‘ค๐‘’๐‘Ÿ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก๐‘๐‘ข๐‘ก
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘๐‘œ๐‘ค๐‘’๐‘Ÿ ๐‘–๐‘›๐‘๐‘ข๐‘ก
๐œ‚๐‘๐‘ข๐‘š๐‘−๐‘š๐‘œ๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ = ๐œ‚๐‘๐‘ข๐‘š๐‘ ๐œ‚๐‘š๐‘œ๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ =
๐ธ๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž,๐‘™๐‘œ๐‘ ๐‘ 
2-44
๐ธ๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž,๐‘–๐‘›
Δ๐ธฬ‡๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž,๐‘“๐‘™๐‘ข๐‘–๐‘‘
๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘–๐‘›
=
๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก๐‘๐‘ข๐‘ก
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘๐‘œ๐‘ค๐‘’๐‘Ÿ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก๐‘๐‘ข๐‘ก
2-43
๐ป๐ป๐‘‰×๐‘šฬ‡๐‘“๐‘ข๐‘’๐‘™
๐‘€๐‘’๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘›๐‘–๐‘๐‘Ž๐‘™ ๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘–๐‘›๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘Ž๐‘ ๐‘’ ๐‘œ๐‘“ ๐‘กโ„Ž๐‘’ ๐‘“๐‘™๐‘ข๐‘–๐‘‘
๐œ‚๐‘ก๐‘ข๐‘Ÿ๐‘๐‘–๐‘›๐‘’ =
๐œ‚๐‘š๐‘œ๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ =
=
= |Δ๐ธฬ‡
๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž,๐‘“๐‘™๐‘ข๐‘–๐‘‘ |
๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก
๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก,๐‘–๐‘›
=
=
๐‘Šฬ‡
๐œ‚๐‘ก๐‘ข๐‘Ÿ๐‘๐‘–๐‘›๐‘’−๐‘”๐‘’๐‘› = ๐œ‚๐‘ก๐‘ข๐‘Ÿ๐‘๐‘–๐‘›๐‘’ ๐œ‚๐‘”๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ = ๐‘Šฬ‡ ๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = |Δ๐ธฬ‡ ๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก
๐‘ก๐‘ข๐‘Ÿ๐‘๐‘–๐‘›๐‘’,๐‘’
=
๐‘Šฬ‡๐‘ก๐‘ข๐‘Ÿ๐‘๐‘–๐‘›๐‘’
๐‘Šฬ‡๐‘ก๐‘ข๐‘Ÿ๐‘๐‘–๐‘›๐‘’,๐‘’
2-45
2-46
2-48
Δ๐ธฬ‡๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž,๐‘“๐‘™๐‘ข๐‘–๐‘‘
๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก,๐‘–๐‘›
๐‘Šฬ‡
๐‘Šฬ‡๐‘๐‘ข๐‘š๐‘,๐‘ข
๐‘Šฬ‡๐‘๐‘ข๐‘š๐‘
2-47
๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก
๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘–๐‘›
๐‘Šฬ‡๐‘๐‘ข๐‘š๐‘,๐‘ข
๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก,๐‘–๐‘›
2-42
๐‘š๐‘’๐‘โ„Ž,๐‘“๐‘™๐‘ข๐‘–๐‘‘ |
2-49
2-50
Mechanisms of Heat Transfer
Δ๐‘‡
๐‘„ฬ‡๐‘๐‘œ๐‘›๐‘‘ = ๐‘˜๐ด Δ๐‘ฅ
2-51
๐‘‘๐‘‡
๐‘„ฬ‡๐‘๐‘œ๐‘›๐‘‘ = −๐‘˜๐ด
2-52
๐‘„ฬ‡๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ฃ = โ„Ž๐ด(๐‘‡๐‘  − ๐‘‡๐‘“ )
2-53
๐‘„ฬ‡๐‘’๐‘š๐‘–๐‘ก,๐‘š๐‘Ž๐‘ฅ = ๐œŽ๐ด๐‘‡๐‘ 4
2-54
๐‘‘๐‘ฅ
๐‘„ฬ‡๐‘’๐‘š๐‘–๐‘ก = ๐œ€๐œŽ๐ด๐‘‡๐‘ 4
2-55
๐‘„ฬ‡๐‘Ž๐‘๐‘  = ๐›ผ๐‘„ฬ‡๐‘–๐‘›๐‘๐‘–๐‘‘๐‘’๐‘›๐‘ก
2-56
4 )
๐‘„ฬ‡๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘‘ = ๐œ€๐œŽ๐ด(๐‘‡๐‘ 4 − ๐‘‡๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘Ÿ
2-57
3-5 Property Tables
โ„Ž = ๐‘ข + ๐‘ƒ๐‘ฃ
3-1
๐ป = ๐‘ˆ + ๐‘ƒ๐‘‰
3-2
๐‘ฅ=
๐‘š๐‘ฃ๐‘Ž๐‘๐‘œ๐‘Ÿ
3-3
๐‘š๐‘ก๐‘œ๐‘ก๐‘Ž๐‘™
๐‘ฃ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” = ๐‘ฃ๐‘“ + ๐‘ฅ๐‘ฃ๐‘“๐‘”
๐‘ฅ=
3-4
๐‘ฃ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” −๐‘ฃ๐‘“
3-5
๐‘ฃ๐‘“๐‘”
๐‘ข๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” = ๐‘ข๐‘“ + ๐‘ฅ๐‘ข๐‘“๐‘”
3-6
โ„Ž๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” = โ„Ž๐‘“ + ๐‘ฅโ„Ž๐‘“๐‘”
3-7
๐‘ฆ ≅ ๐‘ฆ๐‘“@๐‘‡
3-8
โ„Ž ≅ โ„Ž๐‘“@๐‘‡ + ๐‘ฃ๐‘“@๐‘‡ (๐‘ƒ − ๐‘ƒ๐‘ ๐‘Ž๐‘ก@๐‘‡ )
3-9
3-6 The Ideal-Gas Equation of State
๐‘ƒ๐‘ฃ = ๐‘…๐‘‡
3-10
kJ
8.31447 kmolโˆ™K
8.31447
kPaโˆ™m3
kmolโˆ™K
barโˆ™m3
0.0831447
๐‘…๐‘ข =
kmolโˆ™K
Btu
1.98588 lbmolโˆ™R
10.7316
{ 1545.37
3-11
psiaโˆ™ft3
lbmolโˆ™R
ftโˆ™lbf
lbmolโˆ™R
๐‘š = ๐‘€๐‘
3-12
๐‘‰ = ๐‘š๐‘ฃ → ๐‘ƒ๐‘‰ = ๐‘š๐‘…๐‘‡
3-13
๐‘š๐‘… = (๐‘€๐‘)๐‘… = ๐‘๐‘…๐‘ข → ๐‘ƒ๐‘‰ = ๐‘๐‘…๐‘ข ๐‘‡
3-14
๐‘‰ = ๐‘๐‘ฃ → ๐‘ƒ๐‘ฃ = ๐‘…๐‘ข ๐‘‡
3-15
๐‘ƒ1 ๐‘‰1
๐‘‡1
=
๐‘ƒ2 ๐‘‰2
๐‘‡2
3-16
3-7 Compressibility Factor – A Measure of Deviation from Ideal-Gas Behavior
๐‘=
๐‘ƒ๐‘ฃ
3-17
๐‘…๐‘‡
๐‘ƒ๐‘ฃ = ๐‘๐‘…๐‘‡
๐‘=
3-18
๐‘ฃ๐‘Ž๐‘๐‘ก๐‘ข๐‘Ž๐‘™
3-19
๐‘ฃ๐‘–๐‘‘๐‘’๐‘Ž๐‘™
๐‘ƒ๐‘… =
๐‘ƒ
and ๐‘‡๐‘… =
๐‘ƒ๐‘๐‘Ÿ
๐‘‡
3-20
๐‘‡๐‘๐‘Ÿ
๐‘ฃ
๐‘ฃ๐‘… = ๐‘…๐‘‡๐‘Ž๐‘๐‘ก๐‘ข๐‘Ž๐‘™
⁄๐‘ƒ
๐‘๐‘Ÿ
3-21
๐‘๐‘Ÿ
3-8 Other Equations of State
(๐‘ƒ +
๐‘Ž=
๐‘ƒ=
๐‘Ž
๐‘ฃ2
) (๐‘ฃ − ๐‘) = ๐‘…๐‘‡
2
27๐‘… 2๐‘‡๐‘๐‘Ÿ
64๐‘ƒ๐‘๐‘Ÿ
๐‘…๐‘ข ๐‘‡
๐‘ฃ
2
๐‘…๐‘‡๐‘๐‘Ÿ
and ๐‘ =
(1 −
๐‘
๐‘ฃ๐‘‡3
3-22
3-23
8๐‘ƒ๐‘๐‘Ÿ
) (๐‘ฃ + ๐ต) −
๐ด
๐‘ฃ
3-24
2
๐‘Ž
๐‘
๐ด = ๐ด0 (1 − ๐‘ฃ ) and ๐ต = ๐ต0 (1 − ๐‘ฃ )
๐‘ƒ=
๐‘ƒ=
๐‘…๐‘ข ๐‘‡
๐‘ฃ
๐‘…๐‘‡
๐‘ฃ
๐ถ
+ (๐ต0 ๐‘…๐‘ข ๐‘‡ − ๐ด0 − ๐‘‡02 )
+
๐‘Ž(๐‘‡)
๐‘ฃ2
+
๐‘(๐‘‡)
๐‘ฃ3
+
๐‘(๐‘‡)
๐‘ฃ4
+
1
๐‘ฃ
+
2
๐‘‘(๐‘‡)
๐‘ฃ5
3-25
๐‘๐‘…๐‘ข ๐‘‡−๐‘Ž
๐‘ฃ
3
+
๐‘Ž๐›ผ
๐‘ฃ
6
+
๐‘
3
๐‘ฃ ๐‘‡2
(1 +
๐›พ
๐‘ฃ
2
) ๐‘’ −๐›พ ⁄๐‘ฃ
2
+โ‹ฏ
3-26
3-27
4-1 Moving Boundary Work
๐›ฟ๐‘Š๐‘ = ๐น ๐‘‘๐‘  = ๐‘ƒ๐ด ๐‘‘๐‘  = ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘‰
4-1
2
๐‘Š๐‘ = ∫1 ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘‰
4-2
2
2
๐ด๐‘Ÿ๐‘’๐‘Ž = ๐ด = ∫1 ๐‘‘๐ด = ∫1 ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘‰
4-3
2
๐‘Š๐‘ = ∫1 ๐‘ƒ๐‘– ๐‘‘๐‘‰
4-4
2
๐‘Š๐‘ = ๐‘Š๐‘“๐‘Ÿ๐‘–๐‘๐‘ก๐‘–๐‘œ๐‘› + ๐‘Š๐‘Ž๐‘ก๐‘š + ๐‘Š๐‘๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘›๐‘˜ = ∫1 (๐น๐‘“๐‘Ÿ๐‘–๐‘๐‘ก๐‘–๐‘œ๐‘› + ๐‘ƒ๐‘Ž๐‘ก๐‘š ๐ด + ๐น๐‘๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘›๐‘˜ ) ๐‘‘๐‘ฅ
2
2
๐‘Š๐‘ = ∫1 ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘‰ = ๐‘ƒ0 ∫1 ๐‘‘๐‘‰ = ๐‘ƒ0 (๐‘‰2 − ๐‘‰1 )
2
2๐ถ
๐‘Š๐‘ = ∫1 ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘‰ = ∫1
๐‘ƒ = ๐ถ๐‘‰ −๐‘›
๐‘‰
2 ๐‘‘๐‘‰
๐‘‘๐‘‰ = ๐ถ ∫1
๐‘‰
4-5
4-6
๐‘‰
๐‘‰
= ๐ถ ln ๐‘‰2 = ๐‘ƒ1 ๐‘‰1 ln ๐‘‰2
1
1
4-7
4-8
2
2
๐‘Š๐‘ = ∫1 ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘‰ = ∫1 ๐ถ๐‘‰ −๐‘› ๐‘‘๐‘‰ = ๐ถ
๐‘Š๐‘ =
๐‘š๐‘…(๐‘‡2 −๐‘‡1 )
1−๐‘›
๐‘‰2−๐‘›+1 −๐‘‰2−๐‘›+1
−๐‘›+1
=
๐‘ƒ2 ๐‘‰2−๐‘ƒ1 ๐‘‰1
1−๐‘›
๐‘›≠1
4-9
4-10
4-2 Energy Balance for Closed Systems
๐ธ๐‘–๐‘› − ๐ธ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = Δ๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
4-11
๐‘‘๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
๐ธฬ‡๐‘–๐‘› − ๐ธฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก
4-12
๐‘‘๐ธ
๐‘„ = ๐‘„ฬ‡Δ๐‘ก, ๐‘Š = ๐‘Šฬ‡ Δ๐‘ก, and Δ๐ธ = ( ) Δ๐‘ก
4-13
๐‘’๐‘–๐‘› − ๐‘’๐‘œ๐‘ข๐‘ก = Δ๐‘’๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
4-14
๐›ฟ๐ธ๐‘–๐‘› − ๐›ฟ๐ธ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š or ๐›ฟ๐‘’๐‘–๐‘› − ๐›ฟ๐‘’๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘’๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
4-15
๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘„๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› or ๐‘Šฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘„ฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘›
4-16
๐‘„๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› − ๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = Δ๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š or ๐‘„ − ๐‘Š = Δ๐ธ
4-17
๐‘„ − ๐‘Š๐‘œ๐‘กโ„Ž๐‘’๐‘Ÿ = ๐ป2 − ๐ป1
4-18
๐‘‘๐‘ก
4-3 Specific Heats
๐œ•๐‘ข
๐‘๐‘ฃ = (๐œ•๐‘‡ )
4-19
๐‘ฃ
๐œ•๐‘ข
๐‘๐‘ = (๐œ•๐‘‡ )
4-20
๐‘
4-4 Internal Energy, Enthalpy, and Specific Heats of Ideal Gases
๐‘ข = ๐‘ข (๐‘‡)
4-21
โ„Ž = โ„Ž(๐‘‡)
4-22
๐‘‘๐‘ข = ๐‘๐‘ฃ (๐‘‡) ๐‘‘๐‘‡
4-23
๐‘‘โ„Ž = ๐‘๐‘ (๐‘‡) ๐‘‘๐‘‡
4-24
2
Δ๐‘ข = ๐‘ข2 − ๐‘ข1 = ∫1 ๐‘๐‘ฃ (๐‘‡) ๐‘‘๐‘‡
2
4-25
Δโ„Ž = โ„Ž2 − โ„Ž1 = ∫1 ๐‘๐‘ (๐‘‡) ๐‘‘๐‘‡
4-26
๐‘ข2 − ๐‘ข1 = ๐‘๐‘ฃ,๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” (๐‘‡2 − ๐‘‡1 )
4-27
โ„Ž2 − โ„Ž1 = ๐‘๐‘,๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” (๐‘‡2 − ๐‘‡1 )
4-28
๐‘๐‘ = ๐‘๐‘ฃ + ๐‘…
4-29
๐‘๐‘ = ๐‘๐‘ฃ + ๐‘…๐‘ข
๐‘˜=
4-30
๐‘๐‘
4-31
๐‘๐‘ฃ
4-5 Internal Energy, Enthalpy, and Specific Heats of Solids and Liquids
๐‘๐‘ = ๐‘๐‘ฃ = ๐‘
4-32
๐‘‘๐‘ข = ๐‘๐‘ฃ ๐‘‘๐‘‡ = ๐‘ (๐‘‡) ๐‘‘๐‘‡
4-33
2
Δ๐‘ข = ๐‘ข2 − ๐‘ข1 = ∫1 ๐‘ (๐‘‡) ๐‘‘๐‘‡
4-34
Δ๐‘ข ≅ ๐‘๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” (๐‘‡2 − ๐‘‡1 )
4-35
๐‘‘โ„Ž = ๐‘‘๐‘ข + ๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ + ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘ฃ = ๐‘‘๐‘ข + ๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ
4-36
Δโ„Ž = Δ๐‘ข + ๐‘ฃΔ๐‘ƒ ≅ ๐‘๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” Δ๐‘‡ + ๐‘ฃΔ๐‘ƒ
4-37
โ„Ž@๐‘ƒ,๐‘‡ ≅ โ„Ž๐‘“@๐‘‡ + ๐‘ฃ๐‘“@๐‘‡ (๐‘ƒ − ๐‘ƒ๐‘ ๐‘Ž๐‘ก@๐‘‡ )
4-38
Thermodynamic Aspects of Biological Systems
๐‘Š(kg)
๐ต๐‘€๐ผ = ๐ป 2(m2)
4-39
5-1 Conservation of Mass
๐ธ = ๐‘š๐‘ 2
5-1
๐›ฟ๐‘šฬ‡ = ๐œŒ๐‘‰๐‘› ๐‘‘๐ด๐‘
5-2
๐‘šฬ‡ = ∫๐ด ๐›ฟ๐‘šฬ‡ = ∫๐ด ๐œŒ๐‘‰๐‘› ๐‘‘๐ด๐‘
5-3
1
∫ ๐‘‰ ๐‘‘๐ด๐‘
๐ด๐‘ ๐ด๐‘ ๐‘›
5-4
๐‘
๐‘‰๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” =
๐‘
๐‘šฬ‡ = ๐œŒ๐‘‰๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” ๐ด๐‘
5-5
๐‘‰ฬ‡ = ∫๐ด ๐‘‰๐‘› ๐‘‘๐ด๐‘ = ๐‘‰๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” ๐ด๐‘ = ๐‘‰๐ด๐‘
5-6
๐‘‰ฬ‡
๐‘šฬ‡ = ๐œŒ๐‘‰ฬ‡ = ๐‘ฃ
5-7
๐‘š๐‘–๐‘› − ๐‘š๐‘œ๐‘ข๐‘ก = Δ๐‘š๐ถ๐‘‰
5-8
๐‘
๐‘šฬ‡๐‘–๐‘› − ๐‘šฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก =
๐‘‘๐‘š๐ถ๐‘‰
๐‘‘๐‘ก
๐‘š๐ถ๐‘‰ = ∫๐ถ๐‘‰ ๐œŒ ๐‘‘๐‘‰
๐‘‘๐‘š๐ถ๐‘‰
๐‘‘๐‘ก
๐‘‘
= ๐‘‘๐‘ก ∫๐ถ๐‘‰ ๐œŒ ๐‘‘๐‘‰
5-9
5-10
5-11
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ—
๐‘‰๐‘› = ๐‘‰ cos ๐œƒ = ๐‘‰
5-12
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ—) ๐‘‘๐ด
๐›ฟ๐‘šฬ‡ = ๐œŒ๐‘‰๐‘› ๐‘‘๐ด = ๐œŒ(๐‘‰ cos ๐œƒ) ๐‘‘๐ด = ๐œŒ(๐‘‰
5-13
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ—) ๐‘‘๐ด
๐‘šฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก = ∫๐ถ๐‘† ๐›ฟ๐‘šฬ‡ = ∫๐ถ๐‘† ๐œŒ๐‘‰๐‘› ๐‘‘๐ด = ∫๐ถ๐‘† ๐œŒ(๐‘‰
5-14
๐‘‘
∫ ๐œŒ ๐‘‘๐‘‰
๐‘‘๐‘ก ๐ถ๐‘‰
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ— ) ๐‘‘๐ด = 0
+ ∫๐ถ๐‘† ๐œŒ(๐‘‰
5-15
๐‘‘
∫ ๐œŒ ๐‘‘๐‘‰
๐‘‘๐‘ก ๐ถ๐‘‰
+ ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐œŒ|๐‘‰๐‘› |๐ด − ∑๐‘–๐‘› ๐œŒ|๐‘‰๐‘› |๐ด = 0
5-16
๐‘‘
∫ ๐œŒ ๐‘‘๐‘‰
๐‘‘๐‘ก ๐ถ๐‘‰
+ ∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ − ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡ = 0 or
๐‘‘๐‘š๐ถ๐‘‰
๐‘‘๐‘ก
= ∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ − ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡
5-17
∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ = ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡
5-18
๐‘šฬ‡1 = ๐‘šฬ‡2 → ๐œŒ1 ๐‘‰1 ๐ด1 = ๐œŒ2 ๐‘‰2 ๐ด2
5-19
∑๐‘–๐‘› ๐‘‰ฬ‡ = ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘‰ฬ‡
5-20
๐‘‰ฬ‡1 = ๐‘‰ฬ‡2 → ๐‘‰1 ๐ด1 = ๐‘‰2 ๐ด2
5-21
5-2 Flow Work and The Energy of a Flowing Fluid
๐น = ๐‘ƒ๐ด
5-22
๐‘Š๐‘“๐‘™๐‘œ๐‘ค = ๐น๐ฟ = ๐‘ƒ๐ด๐ฟ = ๐‘ƒ๐‘‰
5-23
๐‘ค๐‘“๐‘™๐‘œ๐‘ค = ๐‘ƒ๐‘ฃ
5-24
๐‘’ = ๐‘ข + ๐‘˜๐‘’ + ๐‘๐‘’ = ๐‘ข +
๐‘‰2
2
+ ๐‘”๐‘ง
5-25
๐œƒ = ๐‘ƒ๐‘ฃ + ๐‘’ = ๐‘ƒ๐‘ฃ + (๐‘ข + ๐‘˜๐‘’ + ๐‘๐‘’)
๐œƒ = โ„Ž + ๐‘˜๐‘’ + ๐‘๐‘’ = โ„Ž +
๐‘‰2
5-26
+ ๐‘”๐‘ง
5-27
+ ๐‘”๐‘ง)
5-28
๐‘‰
๐ธฬ‡๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘  = ๐‘šฬ‡ ๐œƒ = ๐‘šฬ‡ (โ„Ž + 2 + ๐‘”๐‘ง)
5-29
๐ธ๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘  = ๐‘š๐œƒ = ๐‘š (โ„Ž +
2
๐‘‰2
2
2
๐ธ๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘ ,๐‘–๐‘› = ∫๐‘š ๐œƒ๐‘– ๐›ฟ๐‘š๐‘– = ∫๐‘š (โ„Ž๐‘– +
๐‘–
๐‘–
๐‘‰๐‘–2
2
+ ๐‘”๐‘ง๐‘– ) ๐œŽ๐‘š๐‘–
5-30
5-3 Energy Analysis of Steady-Flow Systems
∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ = ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡
5-31
๐‘šฬ‡1 = ๐‘šฬ‡2 → ๐œŒ1 ๐‘‰1 ๐ด1 = ๐œŒ2 ๐‘‰2 ๐ด2
5-32
๐‘‘๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
๐ธฬ‡๐‘–๐‘› − ๐ธฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก = 0
5-33
๐ธฬ‡๐‘–๐‘› = ๐ธฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก
5-34
๐‘„ฬ‡๐‘–๐‘› + ๐‘Šฬ‡๐‘–๐‘› + ∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ ๐œƒ = ๐‘„ฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ๐‘Šฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡ ๐œƒ
5-35
2
๐‘‰
๐‘„ฬ‡๐‘–๐‘› + ๐‘Šฬ‡๐‘–๐‘› + ∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ (โ„Ž + 2 + ๐‘”๐‘ง)
๐‘๐‘’๐‘Ÿ ๐‘–๐‘›๐‘™๐‘’๐‘ก
2
๐‘‰
๐‘„ฬ‡ − ๐‘Šฬ‡ = ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡ (โ„Ž + 2 + ๐‘”๐‘ง)
2
๐‘๐‘’๐‘Ÿ ๐‘’๐‘ฅ๐‘–๐‘ก
= ๐‘„ฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ๐‘Šฬ‡๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡ (โ„Ž +
− ∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ (โ„Ž +
๐‘‰2
2
+ ๐‘”๐‘ง)
๐‘‰2
2
+ ๐‘”๐‘ง)
๐‘๐‘’๐‘Ÿ ๐‘–๐‘›๐‘™๐‘’๐‘ก
2
๐‘‰ −๐‘‰
๐‘„ฬ‡ − ๐‘Šฬ‡ = ๐‘šฬ‡ [โ„Ž2 − โ„Ž1 + 2 1 + ๐‘”(๐‘ง2 − ๐‘ง1 )]
2
๐‘ž − ๐‘ค = โ„Ž2 − โ„Ž1 +
๐‘‰22−๐‘‰12
2
+ ๐‘”(๐‘ง2 − ๐‘ง1 )
๐‘ž − ๐‘ค = โ„Ž2 − โ„Ž1
๐‘๐‘’๐‘Ÿ ๐‘’๐‘ฅ๐‘–๐‘ก
5-36
5-37
5-38
5-39
5-40
5-4 Some Steady-Flow Engineering Devices
โ„Ž2 ≅ โ„Ž1
5-41
5-5 Energy Analysis of Unsteady-Flow Processes
๐‘š๐‘–๐‘› − ๐‘š๐‘œ๐‘ข๐‘ก = Δ๐‘š๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
5-42
๐‘š๐‘– − ๐‘š๐‘’ = (๐‘š2 − ๐‘š1 )๐ถ๐‘‰
5-43
๐ธ๐‘–๐‘› − ๐ธ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = Δ๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
5-44
(๐‘„๐‘–๐‘› + ๐‘Š๐‘–๐‘› + ∑๐‘–๐‘› ๐‘š๐œƒ) − (๐‘„๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ๐‘Š๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘š๐œƒ) = (๐‘š2 ๐‘’2 − ๐‘š1 ๐‘’1 )๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
5-45
๐‘„ − ๐‘Š = ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šโ„Ž − ∑๐‘–๐‘› ๐‘šโ„Ž + (๐‘š2 ๐‘ข2 − ๐‘š1 ๐‘ข1 )๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
5-46
General Energy Equation
๐‘‘๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ 
๐‘„ฬ‡ − ๐‘Šฬ‡ =
or ๐‘„ฬ‡ − ๐‘Šฬ‡ =
๐‘‘๐‘ก
๐‘’ = ๐‘ข + ๐‘˜๐‘’ + ๐‘๐‘’ = ๐‘ข +
๐‘‰2
2
๐‘‘
∫ ๐œŒ๐‘’ ๐‘‘๐‘‰
๐‘‘๐‘ก ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ 
+ ๐‘”๐‘ง
5-47
5-48
๐‘Š๐‘ก๐‘œ๐‘ก๐‘Ž๐‘™ = ๐‘Š๐‘ โ„Ž๐‘–๐‘“๐‘ก + ๐‘Š๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘ ๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘’ + ๐‘Š๐‘ฃ๐‘–๐‘ ๐‘๐‘œ๐‘ข๐‘  + ๐‘Š๐‘œ๐‘กโ„Ž๐‘’๐‘Ÿ
5-49
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ—)
๐›ฟ๐‘Šฬ‡๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘ ๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘’ = ๐‘ƒ ๐‘‘๐ด ๐‘‰๐‘› = ๐‘ƒ ๐‘‘๐ด (๐‘‰
5-50
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ—) ๐‘‘๐ด = ∫ ๐‘ƒ ๐œŒ(๐‘‰
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ—) ๐‘‘๐ด
๐‘Šฬ‡๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘ ๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘’,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ∫๐ด ๐‘ƒ(๐‘‰
๐ด๐œŒ
5-51
๐‘ƒ
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ—) ๐‘‘๐ด
๐‘Šฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ๐‘Šฬ‡๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘ ๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘’,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ∫๐ด ๐œŒ ๐œŒ(๐‘‰
5-52
๐‘‘๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ 
๐‘„ฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› − ๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก − ๐‘Šฬ‡๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘ ๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘’,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก
5-53
๐‘‘๐ธ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ 
๐‘‘๐‘ก
๐‘‘
โƒ— โˆ™ ๐‘›โƒ—) ๐‘‘๐ด
= ๐‘‘๐‘ก ∫๐ถ๐‘‰ ๐‘’๐œŒ ๐‘‘๐‘‰ + ∫๐ถ๐‘† ๐‘’๐œŒ(๐‘‰
5-54
๐‘‘
โƒ—โƒ—โƒ—๐‘Ÿ โˆ™ ๐‘›โƒ—) ๐‘‘๐ด
๐‘„ฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› − ๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก − ๐‘Šฬ‡๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘ ๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘’,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก ∫๐ถ๐‘‰ ๐‘’๐œŒ ๐‘‘๐‘‰ + ∫๐ถ๐‘† ๐‘’๐œŒ(๐‘‰
5-55
๐‘‘
๐‘ƒ
โƒ—โƒ—โƒ—๐‘Ÿ โˆ™ ๐‘›โƒ—) ๐‘‘๐ด
๐‘„ฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› − ๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก ∫๐ถ๐‘‰ ๐‘’๐œŒ ๐‘‘๐‘‰ + ∫๐ถ๐‘† (๐œŒ + ๐‘’) ๐œŒ(๐‘‰
5-56
๐‘‘
๐‘ƒ
๐‘ƒ
๐‘„ฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› − ๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก ∫๐ถ๐‘‰ ๐‘’๐œŒ ๐‘‘๐‘‰ + ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡ (๐œŒ + ๐‘’) − ∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ (๐œŒ + ๐‘’)
5-57
2
2
๐‘‘
๐‘ƒ
๐‘‰
๐‘ƒ
๐‘‰
๐‘„ฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› − ๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก ∫๐ถ๐‘‰ ๐‘’๐œŒ ๐‘‘๐‘‰ + ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡ (๐œŒ + ๐‘ข + 2 + ๐‘”๐‘ง) − ∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ (๐œŒ + ๐‘ข + 2 + ๐‘”๐‘ง) 5-58
2
2
๐‘‘
๐‘‰
๐‘‰
๐‘„ฬ‡๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› − ๐‘Šฬ‡๐‘ โ„Ž๐‘Ž๐‘“๐‘ก,๐‘›๐‘’๐‘ก ๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ก ∫๐ถ๐‘‰ ๐‘’๐œŒ ๐‘‘๐‘‰ + ∑๐‘œ๐‘ข๐‘ก ๐‘šฬ‡ (โ„Ž + 2 + ๐‘”๐‘ง) − ∑๐‘–๐‘› ๐‘šฬ‡ (โ„Ž + 2 + ๐‘”๐‘ง)
5-59
6-3 Heat Engines
๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘Š๐‘œ๐‘ข๐‘ก − ๐‘Š๐‘–๐‘›
6-1
๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘„๐‘–๐‘› − ๐‘„๐‘œ๐‘ข๐‘ก
6-2
๐‘‡โ„Ž๐‘’๐‘Ÿ๐‘š๐‘Ž๐‘™ ๐‘’๐‘“๐‘“๐‘–๐‘๐‘–๐‘’๐‘›๐‘ฆ =
๐œ‚๐‘กโ„Ž =
๐‘‡๐‘œ๐‘ก๐‘Ž๐‘™ โ„Ž๐‘’๐‘Ž๐‘ก ๐‘–๐‘›๐‘๐‘ข๐‘ก
๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก
๐‘„๐‘œ๐‘ข๐‘ก
6-5
๐‘„๐‘–๐‘›
๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘œ๐‘ข๐‘ก
๐‘„๐ป
6-3
6-4
๐‘„๐‘–๐‘›
๐œ‚๐‘กโ„Ž = 1 −
๐œ‚๐‘กโ„Ž =
๐‘๐‘’๐‘ก ๐‘ค๐‘œ๐‘Ÿ๐‘˜ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก๐‘๐‘ข๐‘ก
๐‘„
or ๐œ‚๐‘กโ„Ž = 1 − ๐‘„ ๐ฟ
๐ป
6-6
6-4 Refrigerators and Heat Pumps
๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐‘… =
๐ท๐‘’๐‘ ๐‘–๐‘Ÿ๐‘’๐‘‘ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก๐‘๐‘ข๐‘ก
๐‘…๐‘’๐‘ž๐‘ข๐‘–๐‘Ÿ๐‘’๐‘‘ ๐‘–๐‘›๐‘๐‘ข๐‘ก
=
๐‘„๐ฟ
๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘›
๐‘Š๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘› = ๐‘„๐ป − ๐‘„๐ฟ
๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐‘… = ๐‘„
๐‘„๐ฟ
๐ป −๐‘„๐ฟ
๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐ป๐‘ƒ =
6-8
1
⁄
๐ป ๐‘„๐ฟ −1
=๐‘„
๐ท๐‘’๐‘ ๐‘–๐‘Ÿ๐‘’๐‘‘ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก๐‘๐‘ข๐‘ก
๐‘…๐‘’๐‘ž๐‘–๐‘Ÿ๐‘’๐‘‘ ๐‘–๐‘›๐‘๐‘ข๐‘ก
๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐ป๐‘ƒ = ๐‘„
๐‘„๐ป
๐ป −๐‘„๐ฟ
6-7
6-9
=๐‘Š
๐‘„๐ป
๐‘›๐‘’๐‘ก,๐‘–๐‘›
1
= 1−๐‘„
๐ฟ ⁄๐‘„๐ป
๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐ป๐‘ƒ = ๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐‘… + 1
6-10
6-11
6-12
6-9 The Thermodynamic Temperature Scale
๐‘„๐ป
๐‘„๐ฟ
= ๐‘“(๐‘‡๐ป , ๐‘‡๐ฟ )
6-13
๐‘„1
๐‘„2
๐‘„๐ป
๐‘„๐ฟ
(
๐œ™(๐‘‡ )
= ๐‘“(๐‘‡1 , ๐‘‡3 ) = ๐œ™(๐‘‡1 )
6-14
3
=
๐‘„๐ป
๐œ™(๐‘‡๐ป )
๐œ™(๐‘‡๐ฟ )
)
๐‘„๐ฟ ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ
=
6-15
๐‘‡๐ป
6-16
๐‘‡๐ฟ
๐‘‡(โ„ƒ) = ๐‘‡ (๐พ) − 273.15
6-17
6-10 The Carnot Heat Engine
๐œ‚๐‘กโ„Ž,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = 1 −
๐‘‡๐ฟ
6-18
๐‘‡๐ป
< ๐œ‚๐‘กโ„Ž,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ irreversable heat engine
๐œ‚๐‘กโ„Ž { = ๐œ‚๐‘กโ„Ž,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ reversable heat engine
> ๐œ‚๐‘กโ„Ž,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ impossible heat engine
6-19
6-11 The Carnot Refrigerator and Heat Pump
๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐‘…,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ =
1
6-20
๐‘‡๐ป ⁄๐‘‡๐ฟ −1
๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐ป๐‘ƒ,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ =
1
6-21
1−๐‘‡๐ฟ ⁄๐‘‡๐ป
< ๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐‘…,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ irreversable refrigerator
๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐‘… { = ๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐‘…,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ reversable refrigerator
> ๐ถ๐‘‚๐‘ƒ๐‘…,๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ impossible refrigerator
6-22
7-1 Entropy
โˆฎ
๐›ฟ๐‘„
๐‘‡
≤0
7-1
๐›ฟ๐‘„
โˆฎ( ๐‘‡ )
๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ
=0
7-2
โˆฎ ๐‘‘๐‘‰ = 0
7-3
๐›ฟ๐‘„
๐‘‘๐‘† = ( ๐‘‡ )
7-4
๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ
2 ๐›ฟ๐‘„
Δ๐‘† = ๐‘†2 − ๐‘†1 = ∫1 ( )
๐‘‡
๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ
๐‘„
Δ๐‘† = ๐‘‡
7-5
7-6
0
7-2 The Increase of Entropy Principle
2 ๐›ฟ๐‘„
๐‘†2 − ๐‘†1 ≥ ∫1
๐‘‡
7-7
๐‘‘๐‘† ≥
๐›ฟ๐‘„
7-8
๐‘‡
2 ๐›ฟ๐‘„
Δ๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘  = ๐‘†2 − ๐‘†1 = ∫1
๐‘‡
+ ๐‘†๐‘”๐‘’๐‘›
7-9
Δ๐‘†๐‘–๐‘ ๐‘œ๐‘™๐‘Ž๐‘ก๐‘’๐‘‘ ≥ 0
7-10
๐‘†๐‘”๐‘’๐‘› = Δ๐‘†๐‘ก๐‘œ๐‘ก๐‘Ž๐‘™ = Δ๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘  + Δ๐‘†๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘Ÿ ≥ 0
7-11
7-3 Entropy Change of Pure Substances
Δ๐‘† = ๐‘šΔ๐‘  = ๐‘š(๐‘ 2 − ๐‘ 1 )
7-12
7-4 Isentropic Processes
Δ๐‘  = 0 or ๐‘ 2 = ๐‘ 1
7-13
7-5 Property Diagrams Involving Entropy
๐›ฟ๐‘„๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = ๐‘‡ ๐‘‘๐‘†
2
7-14
๐‘„๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = ∫1 ๐‘‡ ๐‘‘๐‘†
7-15
๐›ฟ๐‘ž๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = ๐‘‡ ๐‘‘๐‘ 
7-16
2
๐‘ž๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = ∫1 ๐‘‡ ๐‘‘๐‘ 
7-17
๐‘„๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = ๐‘‡0 Δ๐‘†
7-18
๐‘ž๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = ๐‘‡0 Δ๐‘ 
7-19
7-6 What is Entropy?
๐‘† = ๐‘˜ ln ๐‘Š
7-20a
๐‘† = −๐‘˜ ∑ ๐‘๐‘– log ๐‘๐‘–
7-20b
7-7 The ๐‘ป ๐’…๐’” Relations
๐›ฟ๐‘„๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ − ๐›ฟ๐‘Š๐‘–๐‘›๐‘ก ๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ,๐‘œ๐‘ข๐‘ก = ๐‘‘๐‘ˆ
7-21
๐‘‡ ๐‘‘๐‘† = ๐‘‘๐‘ˆ + ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘‰
7-22
๐‘‡ ๐‘‘๐‘  = ๐‘‘๐‘ข + ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘ฃ
7-23
โ„Ž = ๐‘ข + ๐‘ƒ๐‘ฃ → ๐‘‘โ„Ž = ๐‘‘๐‘ข + ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘ฃ + ๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ
} ๐‘‡ ๐‘‘๐‘  = ๐‘‘โ„Ž − ๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ
๐‘‡ ๐‘‘๐‘  = ๐‘‘๐‘ข + ๐‘ƒ ๐‘‘๐‘ฃ
๐‘‘๐‘  =
๐‘‘๐‘  =
๐‘‘๐‘ข
๐‘‡
๐‘‘โ„Ž
๐‘‡
+
−
๐‘ƒ ๐‘‘๐‘ฃ
๐‘‡
๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ
๐‘‡
7-24
7-25
7-26
7-8 Entropy Change of Liquids and Solids
๐‘‘๐‘  =
๐‘‘๐‘ข
=
๐‘‡
๐‘ ๐‘‘๐‘‡
7-27
๐‘‡
2
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ∫1 ๐‘(๐‘‡)
๐‘‘๐‘‡
๐‘‡
≅ ๐‘๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” ln
๐‘‡2
๐‘‡1
๐‘‡
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ๐‘๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” ln ๐‘‡2 = 0 → ๐‘‡2 = ๐‘‡1
1
7-28
7-29
7-9 The Entropy Change of Ideal Gases
๐‘‘๐‘  = ๐‘๐‘ฃ
๐‘‘๐‘‡
๐‘‡
+๐‘…
๐‘‘๐‘ฃ
7-30
๐‘ฃ
2
๐‘‘๐‘‡
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ∫1 ๐‘๐‘ฃ (๐‘‡)
๐‘‡
2
๐‘‘๐‘‡
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ∫1 ๐‘๐‘ (๐‘‡)
๐‘‡
+ ๐‘… ln
๐‘ฃ2
๐‘ฃ1
๐‘ƒ
− ๐‘… ln ๐‘ƒ2
1
๐‘‡
๐‘ฃ
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ๐‘๐‘ฃ,๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” ln ๐‘‡2 + ๐‘… ln ๐‘ฃ2
1
1
๐‘‡
๐‘ƒ
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ๐‘๐‘,๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” ln ๐‘‡2 − ๐‘… ln ๐‘ƒ2
1
1
๐‘‡
๐‘ฃ
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ๐‘๐‘ฃ,๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” ln ๐‘‡2 + ๐‘… ln ๐‘ฃ2
1
1
๐‘‡
๐‘ƒ
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ๐‘๐‘,๐‘Ž๐‘ฃ๐‘” ln ๐‘‡2 − ๐‘… ln ๐‘ƒ2
1
๐‘‡
๐‘ ° = ∫0 ๐‘๐‘ (๐‘‡)
2
∫1 ๐‘๐‘ (๐‘‡)
๐‘‘๐‘‡
1
๐‘‘๐‘‡
๐‘ƒ
๐‘ƒ
๐‘œ
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ๐‘ 2 − ๐‘ 1 − ๐‘…๐‘ข ln ๐‘ƒ2
๐‘‡1
๐‘ฃ
= ln ( 1)
๐‘… ⁄๐‘๐‘ฃ
๐‘ฃ
๐‘˜−1
( 2)
= (๐‘ฃ1)
( 2)
๐‘‡
= (๐‘ƒ2 )
๐‘ƒ
= ( 1)
๐‘‡1 ๐‘ =๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ ๐‘ก.
๐‘‡1 ๐‘ =๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ ๐‘ก.
( 2)
๐‘ƒ1 ๐‘ =๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ ๐‘ก.
7-36
7-41
๐‘ฃ2
๐‘‡
7-35
7-40
1
๐‘‡2
7-34
7-39
1
ln
7-33
7-38
๐‘ 2 − ๐‘ 1 = ๐‘ 2๐‘œ − ๐‘ 1๐‘œ − ๐‘… ln ๐‘ƒ2
๐‘œ
7-32
7-37
๐‘‡
= ๐‘ 2๐‘œ − ๐‘ 1๐‘œ
๐‘‡
7-31
(ideal gas)
2
๐‘ƒ
(๐‘˜−1) ⁄๐‘˜
(ideal gas)
1
๐‘ฃ
7-42
7-43
๐‘˜
๐‘ฃ2
๐‘‡๐‘ฃ ๐‘˜−1 = ๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ ๐‘ก๐‘Ž๐‘›๐‘ก
(ideal gas)
7-44
7-45
๐‘‡๐‘ƒ
1−๐‘˜
๐‘˜
= ๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ ๐‘ก๐‘Ž๐‘›๐‘ก
7-46
๐‘ƒ๐‘ฃ ๐‘˜ = ๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ ๐‘ก๐‘Ž๐‘›๐‘ก
7-47
๐‘ƒ
๐‘ 2๐‘œ − ๐‘ 1๐‘œ + ๐‘… ln ๐‘ƒ2
7-48
1
๐‘ƒ
๐‘ƒ
( 2)
= ๐‘ƒ๐‘Ÿ2
๐‘ฃ
= ๐‘ฃ๐‘Ÿ2
๐‘ƒ1 ๐‘ =๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ ๐‘ก.
7-49
๐‘Ÿ1
๐‘ฃ
( 2)
๐‘ฃ1 ๐‘ =๐‘๐‘œ๐‘›๐‘ ๐‘ก.
7-50
๐‘Ÿ1
7-10 Reversible Steady-Flow Work
2
๐‘ค๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = − ∫1 ๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ − Δ๐‘˜๐‘’ − Δ๐‘๐‘’
7-51
2
๐‘ค๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = − ∫1 ๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ
7-52
2
๐‘ค๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ,๐‘–๐‘› = ∫1 ๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ + Δ๐‘˜๐‘’ + Δ๐‘๐‘’
7-53
๐‘ค๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ = −๐‘ฃ(๐‘ƒ2 − ๐‘ƒ1 ) − Δ๐‘˜๐‘’ − Δ๐‘๐‘’
7-54
๐‘ฃ(๐‘ƒ2 − ๐‘ƒ1 ) +
V22 −V21
2
+ g(z2 − z1 ) = 0
7-55
7-11 Minimizing the Compressor Work
2
๐‘ค๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ,๐‘–๐‘› = ∫1 ๐‘ฃ ๐‘‘๐‘ƒ
๐‘ค๐‘๐‘œ๐‘š๐‘,๐‘–๐‘› =
๐‘ค๐‘๐‘œ๐‘š๐‘,๐‘–๐‘› =
7-56
๐‘˜๐‘…(๐‘‡2 −๐‘‡1 )
๐‘˜−1
๐‘›๐‘…(๐‘‡2 −๐‘‡1 )
๐‘›−1
=
=
๐‘˜๐‘…๐‘‡1
๐‘˜−1
๐‘›๐‘…๐‘‡1
๐‘›−1
๐‘ƒ
[( 2 )
(๐‘˜−1)⁄๐‘˜
๐‘ƒ1
๐‘ƒ
[( 2 )
(๐‘›−1)⁄๐‘›
๐‘ƒ1
− 1]
7-57a
− 1]
7-57b
๐‘ƒ
๐‘ค๐‘๐‘œ๐‘š๐‘,๐‘–๐‘› = ๐‘…๐‘‡ ln ๐‘ƒ2
7-57c
1
๐‘ค๐‘๐‘œ๐‘š๐‘,๐‘–๐‘› = ๐‘ค๐‘๐‘œ๐‘š๐‘ ๐ผ,๐‘–๐‘› + ๐‘ค๐‘๐‘œ๐‘š๐‘ ๐ผ๐ผ,๐‘–๐‘› =
๐‘ƒ๐‘ฅ = (๐‘ƒ1 ๐‘ƒ2 )1⁄2 or
๐‘ƒ๐‘ฅ
๐‘ƒ1
=
๐‘›๐‘…๐‘‡1
๐‘›−1
๐‘ƒ
[( ๐‘ฅ )
(๐‘›−1) ⁄๐‘›
๐‘ƒ1
๐‘ƒ2
− 1] +
๐‘›๐‘…๐‘‡1
๐‘›−1
๐‘ƒ
[( 2 )
๐‘ƒ๐‘ฅ
(๐‘›−1)⁄๐‘›
− 1]
7-58
7-59
๐‘ƒ๐‘ฅ
7-12 Isentropic Efficiencies of Steady-Flow Devices
๐ด๐‘๐‘ก๐‘ข๐‘Ž๐‘™ ๐‘ก๐‘ข๐‘Ÿ๐‘๐‘–๐‘›๐‘’ ๐‘ค๐‘œ๐‘Ÿ๐‘˜
๐œ‚ ๐‘‡ = ๐ผ๐‘ ๐‘’๐‘›๐‘ก๐‘Ÿ๐‘œ๐‘๐‘–๐‘ ๐‘ก๐‘ข๐‘Ÿ๐‘๐‘–๐‘›๐‘’ ๐‘ค๐‘œ๐‘Ÿ๐‘˜ =
๐œ‚๐‘‡ ≅
โ„Ž1−โ„Ž2๐‘Ž
โ„Ž1−โ„Ž2๐‘ 
๐‘ค๐‘Ž
๐‘ค๐‘ 
7-60
7-61
๐œ‚๐ถ =
๐ผ๐‘ ๐‘’๐‘›๐‘ก๐‘Ÿ๐‘œ๐‘๐‘–๐‘ ๐‘๐‘œ๐‘š๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘ ๐‘ ๐‘œ๐‘Ÿ ๐‘ค๐‘œ๐‘Ÿ๐‘˜
๐ด๐‘๐‘ก๐‘ข๐‘Ž๐‘™ ๐‘๐‘œ๐‘š๐‘๐‘Ÿ๐‘’๐‘ ๐‘ ๐‘œ๐‘Ÿ ๐‘ค๐‘œ๐‘Ÿ๐‘˜
๐‘ค
= ๐‘ค๐‘ 
7-62
๐‘Ž
โ„Ž −โ„Ž
๐œ‚๐ถ ≅ โ„Ž 2๐‘  −โ„Ž1
2๐‘Ž
7-63
1
๐‘ค
๐œ‚๐‘ƒ = ๐‘ค๐‘  =
๐‘ฃ(๐‘ƒ2 −๐‘ƒ1 )
7-64
โ„Ž2๐‘Ž−โ„Ž1
๐‘Ž
๐‘ค
๐œ‚๐ถ = ๐‘ค ๐‘ก
7-65
๐‘Ž
๐ด๐‘๐‘ก๐‘ข๐‘Ž๐‘™ ๐พ๐ธ ๐‘Ž๐‘ก ๐‘›๐‘œ๐‘ง๐‘ง๐‘™๐‘’ ๐‘’๐‘ฅ๐‘–๐‘ก
๐œ‚๐‘ = ๐ผ๐‘ ๐‘’๐‘›๐‘ก๐‘Ÿ๐‘œ๐‘๐‘–๐‘ ๐พ๐ธ ๐‘Ž๐‘ก ๐‘›๐‘œ๐‘ง๐‘ง๐‘™๐‘’ ๐‘’๐‘ฅ๐‘–๐‘ก =
๐œ‚๐‘ ≅
2
๐‘‰2๐‘Ž
2
๐‘‰2๐‘ 
โ„Ž1−โ„Ž2๐‘Ž
7-66
7-67
โ„Ž1−โ„Ž2๐‘ 
7-13 Entropy Balance
๐‘†๐‘–๐‘› − ๐‘†๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ๐‘†๐‘”๐‘’๐‘› = Δ๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
7-68
Δ๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š = ๐‘†๐‘“๐‘–๐‘›๐‘Ž๐‘™ − ๐‘†๐‘–๐‘›๐‘–๐‘ก๐‘–๐‘Ž๐‘™ = ๐‘†2 − ๐‘†1
7-69
๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š = ∫ ๐‘  ๐›ฟ๐‘š = ∫๐‘‰ ๐‘ ๐œŒ ๐‘‘๐‘‰
7-70
๐‘†โ„Ž๐‘’๐‘Ž๐‘ก =
๐‘„
(T=constant)
๐‘‡
2 ๐›ฟ๐‘„
๐‘†โ„Ž๐‘’๐‘Ž๐‘ก = ∫1
๐‘‡
7-71
๐‘„
≅ ∑ ๐‘‡๐‘˜
7-72
๐‘˜
๐‘†๐‘ค๐‘œ๐‘Ÿ๐‘˜ = 0
7-73
๐‘†๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘  = ๐‘š๐‘ 
7-74
ฬ‡
ฬ‡
๐‘†๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘ 
= ∫๐ด ๐‘ ๐œŒ๐‘‰๐‘› ๐‘‘๐ด๐‘ and ๐‘†๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘  = ∫ ๐‘  ๐›ฟ๐‘š = ∫Δ๐‘ก ๐‘†๐‘š๐‘Ž๐‘ ๐‘ 
๐‘‘๐‘ก
7-75
๐‘†๐‘–๐‘› − ๐‘†๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ๐‘†๐‘”๐‘’๐‘› = Δ๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
7-76
๐‘‘๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
ฬ‡ − ๐‘†๐‘œ๐‘ข๐‘ก
ฬ‡ + ๐‘†๐‘”๐‘’๐‘›
ฬ‡
๐‘†๐‘–๐‘›
= ๐‘‘๐‘ก
7-77
(๐‘ ๐‘–๐‘› − ๐‘ ๐‘œ๐‘ข๐‘ก ) + ๐‘ ๐‘”๐‘’๐‘› = Δ๐‘ ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
7-78
๐‘
∑
๐‘„๐‘˜
๐‘‡๐‘˜
+ ๐‘†๐‘”๐‘’๐‘› = Δ๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š = ๐‘†2 − ๐‘†1
7-79
๐‘†๐‘”๐‘’๐‘› = Δ๐‘†๐‘Ž๐‘‘๐‘–๐‘Ž๐‘๐‘Ž๐‘ก๐‘–๐‘ ๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š
7-80
๐‘†๐‘”๐‘’๐‘› = ∑ Δ๐‘† = Δ๐‘†๐‘ ๐‘ฆ๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘š + Δ๐‘†๐‘ ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘Ÿ๐‘œ๐‘ข๐‘›๐‘‘๐‘–๐‘›๐‘”๐‘ 
7-81
∑
∑
๐‘„๐‘˜
๐‘‡๐‘˜
๐‘„ฬ‡๐‘˜
๐‘‡๐‘˜
+ ∑ ๐‘š๐‘– ๐‘ ๐‘– − ∑ ๐‘š๐‘’ ๐‘ ๐‘’ + ๐‘†๐‘”๐‘’๐‘› = (๐‘†2 − ๐‘†1 )๐ถ๐‘‰
ฬ‡
+ ∑ ๐‘šฬ‡๐‘– ๐‘ ๐‘– − ∑ ๐‘šฬ‡๐‘’ ๐‘ ๐‘’ + ๐‘†๐‘”๐‘’๐‘›
=
๐‘‘๐‘†๐ถ๐‘‰
๐‘‘๐‘ก
7-82
7-83
ฬ‡
๐‘„
ฬ‡
๐‘†๐‘”๐‘’๐‘›
= ∑ ๐‘šฬ‡๐‘’ ๐‘ ๐‘’ − ∑ ๐‘šฬ‡๐‘– ๐‘ ๐‘– − ∑ ๐‘‡๐‘˜
7-84
๐‘˜
ฬ‡
๐‘„
ฬ‡
๐‘†๐‘”๐‘’๐‘›
= ๐‘šฬ‡ (๐‘ ๐‘’ − ๐‘ ๐‘– ) − ∑ ๐‘˜
7-85
ฬ‡
๐‘†๐‘”๐‘’๐‘›
= ๐‘šฬ‡ (๐‘ ๐‘’ − ๐‘ ๐‘– )
7-86
๐‘‡๐‘˜
Reducing the Cost of Compressed Air
๐ธ๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘ ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘–๐‘›๐‘”๐‘  =
(๐‘ƒ๐‘œ๐‘ค๐‘’๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘’๐‘‘)(๐‘‚๐‘๐‘’๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘ก๐‘–๐‘›๐‘” โ„Ž๐‘œ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘ )
7-87
๐œ‚๐‘š๐‘œ๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ
๐ถ๐‘œ๐‘ ๐‘ก ๐‘ ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘–๐‘›๐‘”๐‘  = (๐ธ๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘ ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘–๐‘›๐‘”๐‘ )(๐‘ˆ๐‘›๐‘–๐‘ก ๐‘๐‘œ๐‘ ๐‘ก ๐‘œ๐‘“ ๐‘’๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ)
๐‘ค๐‘๐‘œ๐‘š๐‘,๐‘–๐‘› =
๐‘ค๐‘Ÿ๐‘’๐‘ฃ๐‘’๐‘Ÿ๐‘ ๐‘–๐‘๐‘™๐‘’ ๐‘๐‘œ๐‘š๐‘,๐‘–๐‘›
๐œ‚๐‘๐‘œ๐‘š๐‘
2
=๐œ‚
๐‘›๐‘…๐‘‡1
๐‘ƒ
[( 2 )
(๐‘›−1)
๐‘ƒ1
๐‘๐‘œ๐‘š๐‘
๐‘˜ ⁄(๐‘˜−1) ๐‘ƒ
๐‘™๐‘–๐‘›๐‘’
๐‘šฬ‡๐‘Ž๐‘–๐‘Ÿ = ๐ถ๐‘‘๐‘–๐‘ ๐‘โ„Ž๐‘Ž๐‘Ÿ๐‘”๐‘’ (๐‘˜+1)
๐‘…๐‘‡๐‘™๐‘–๐‘›๐‘’
√๐‘˜๐‘… (
(๐‘›−1) ⁄๐‘›
2
๐‘˜+1
7-88
− 1]
7-89
) ๐‘‡๐‘™๐‘–๐‘›๐‘’
7-90
๐‘ƒ๐‘œ๐‘ค๐‘’๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘’๐‘‘ = ๐‘ƒ๐‘œ๐‘ค๐‘’๐‘Ÿ ๐‘ค๐‘Ž๐‘ ๐‘ก๐‘’๐‘‘ = ๐‘šฬ‡๐‘Ž๐‘–๐‘Ÿ ๐‘ค๐‘๐‘œ๐‘š๐‘,๐‘–๐‘›
7-91
ฬ‡
๐‘Š๐‘๐‘œ๐‘š๐‘
๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก๐‘Ÿ๐‘–๐‘ = ๐œ‚
7-92
๐‘š๐‘œ๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ
๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก๐‘Ÿ๐‘–๐‘,๐‘ ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘’๐‘‘ = ๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก๐‘Ÿ๐‘–๐‘,๐‘ ๐‘ก๐‘Ž๐‘›๐‘‘๐‘Ž๐‘Ÿ๐‘‘ − ๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก๐‘Ÿ๐‘–๐‘,๐‘’๐‘“๐‘“๐‘–๐‘๐‘–๐‘’๐‘›๐‘ก = ๐‘Šฬ‡๐‘๐‘œ๐‘š๐‘ (
(๐‘…๐‘Ž๐‘ก๐‘’๐‘‘ ๐‘๐‘œ๐‘ค๐‘’๐‘Ÿ)(๐ฟ๐‘œ๐‘Ž๐‘‘ ๐‘“๐‘Ž๐‘๐‘ก๐‘œ๐‘Ÿ) (
๐œ‚
1
๐‘ ๐‘ก๐‘Ž๐‘›๐‘‘๐‘Ž๐‘Ÿ๐‘‘
−๐œ‚
1
๐‘’๐‘“๐‘“๐‘–๐‘๐‘–๐‘’๐‘›๐‘ก
)
๐ธ๐‘›๐‘’๐‘Ÿ๐‘”๐‘ฆ ๐‘ ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘–๐‘›๐‘”๐‘  = ๐‘Šฬ‡๐‘’๐‘™๐‘’๐‘๐‘ก๐‘Ÿ๐‘–๐‘,๐‘ ๐‘Ž๐‘ฃ๐‘’๐‘‘ × ๐ด๐‘›๐‘›๐‘ข๐‘Ž๐‘™ ๐‘œ๐‘๐‘’๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘ก๐‘–๐‘›๐‘” โ„Ž๐‘œ๐‘ข๐‘Ÿ๐‘ 
1
๐œ‚๐‘ ๐‘ก๐‘Ž๐‘›๐‘‘๐‘Ž๐‘Ÿ๐‘‘
−
1
๐œ‚๐‘’๐‘“๐‘“๐‘–๐‘๐‘–๐‘’๐‘›๐‘ก
)=
7-93
7-94
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