Termodinamika 1

Termodinamika

pdVpSdxsdFdW

p

V

W

V1 V2

P1

p2

Termodinamika 2

Termodinamika

Termodinamika proučava vezu između topline i drugih oblika energije, posebno

uvjete pretvaranja topline u mehanički rad. Termodinamika proučava rad toplinskih

strojeva, a pri tome ne ulazi u mikroskopski opis pojava u sistemu, već proučava

samo makroskopske veličine kao što su tlak, temperatura, toplina, entalpija i dr.

Termodinamika 3

Zakoni termodinamike

Različiti izvori – različit broj

Ono što ih sve povezuje je zakon očuvanja energije, tj. ne postojanje perpetuma mobile prve vrste, pretvaranje topline u rad, tj. ne postojanje perpetuma mobile druge vrste te uvođenje entropije!

• Nulti zakon* Ako su dva sustava odvojeno u toplinskoj ravnoteži s trećim sustavom, onda su i oni međusobno u toplinskoj ravnoteži.

• Prvi zakon Zakon očuvanja energije: kada sistemu dovedemo toplinu Q, jedan njen dio se troši na povećanje unutrašnje energije, a ostatak se pretvara u rad.

• Drugi zakon Nemoguće je napraviti toplinski stroj koji bi, ponavljajući kružni proces, svu toplinu iz jednog spremnika pretvorio u rad.

• Treći zakon* Na apsolutnoj nuli entropija svih homogenih tvari u kristalnom obliku jednaka je nuli.

Termodinamika 4

Prvi zakon termodinamike

dUWdQd

UWQ

''

Q i W ovise o načinu kako je došlo do promjena, te promjene nisu samo funkcije stanja već su funkcije procesa!

V=konst. dW=0 dQ=dU

T=konst. dU=0 dQ=dW

Q=0 (adijabatski proces) dW=dU

Termodinamika 5

Prvi zakon termodinamike

2

1 1

2

1211

2

1

2

1

ln.

)(.

V

V

V

V

V

VnRT

V

dVnRTpdVWkonstT

VVpdVpWkonstpW

p

V

p

V

W

Termodinamika 6

Adijabatski procesi

Q=0 (adijabatski proces) - dW=dU

Kada sistem vrši rad (ekspanzija), njegova se unutrašnja energija smanjuje, i on se hladi; kada se plin adijabatski komprimira on se grije.

Proces će biti adijabatski ako je sistem dobro toplinski izoliran. Prijenos topline je spor, stoga su brzi procesi adijabatski.

MRcc

RCC

nRdTpdVdTCCn

dWdUdQ

C

CdT

dQ

nC

dT

dU

nC

vp

Vp

Vp

v

p

p

V

/

)(

1

1

Termodinamika 7

Poissonove jednadžbe

.

.

.

1

1

konstpT

konstpV

konstTV

Termodinamika 8

ENTALPIJAFunkcja stanja, kao i unutrašnja energija. Definirana je izrazom: H=U+pV

Za infintezmalni proces, prelazi u:

dH=dU+d(pV)

Za izobarni proces slijedi: d(pV)=pdV+Vdp=pdV dH=dU+pdV dQ=dU+pdV dH=dQ

dH=dQ=mcpdT

Termodinamika 9

Drugi zakon termodinamikeDrugi zakon termodinamike govori o uvjetima u kojima se iz topline može dobiti mehanički rad.Iz iskustva znamo da je nemoguće napraviti toplinski stroj koji bi neprekidno, nizom kružnih procesa, obavljao rad crpeći toplinsku energiju iz jednog spremnika topline potpuno je pretvarajući u rad.Takav stroj bi imao efikasnost jedan!Najpoznatiji kružni proces jest Carnotov proces u kojem se sistem sa idealnim plinom nakon dva izotermna i dva adijabatska procesa vraća u početno stanje, te tako dovedenu toplinu djelomično pretvara u mehanički rad.

p

V

1

2

34

http://www.youtube.com/watch?v=s3N_QJVucF8

Termodinamika 10

Drugi zakon termodinamikeUkupni rad jednak je sumi četiri rada, 1-2, 2-3, 3-4 i 4-1, te je proporcionalan površini unutar lika 1-2-3-4.Rad dobiven adijabatskom ekspanzijom jednak je radu utrošenom pri adijabatskoj kompresiji, stoga je ukupni rad jednak razlici rada pri izotermnoj ekspanziji i kompresiji.Adijabatska ekspanzija – sistem vrši rad te se njegova unutrašnja energija i temperatura smanjuju i on se hladi. [http://www.youtube.com/watch?v=dQeCEqkE9eE&feature=related]

Adijabatska kompresija – unutrašnja energija i temperatura se povećavaju.

Koeficijent korisnog djelovanja jest omjer izvršenog rada i utrošene topline:

!!!1

1

0

1

2

1

21

1

2

1

21

3412

plinavrstioovisineefikasnostT

T

T

TT

Q

Q

Q

W

QQW

U

WWW

Termodinamika 11

ENTROPIJA

1

1

'

12

'

,T

QdSS

T

QddS

Količina topline nije totalni diferencijal, jer nije funkcija stanja već ovisi o procesu kojim je sistem došao iz početnog u konačno stanje.

Pri reverzibilnom procesu dQ/T je totalni diferencijal funkcije koja se zove ENTROPIJA.

Entropija je funkcija stanja:

Npr. za Carnotov kružni proces, ukupna promjena entropije je NULA.

Za svaki reverzibilni kružni proces vrijedi:

Za ireverzibilne kružne procese vrijedi Clausiusova nejednakost:

0

0

'

'

T

Qd

T

Qd

ir

rev

Termodinamika 12

ENTROPIJA

U prirodi se događaju procesi u smjeru rastuće entropije, S>0.

Procesi pri kojim se ukupna entropija smanjuje nisu mogući.

Treći zakon termodinamike (S na T=OK) Statističko objašnjenje entropije, S=klnB

Termodinamika 13