2
KORIŠ
Ć
ENE OZNAKE
A
Površina (m
2
), Radni kapacitet (m
3
)
a
Van der Waalsova konstanta (kg m
5
/s
2
kmol
2
)
B
Konstanta
b
Kovolumen (m
3
/kmol)
C
Toplotni kapacitet (J/K), Konstanta
c
Specifi
č
an toplotni kapacitet (J/kg K), Brzina svetlosti u vakuumu (2,9979 10
8
m/s)
d
Dijametar (m)
E
Energija (J), Elektri
č
ni potencijal (V)
e
Specifi
č
na energija (J/kg)
F
Sila (N), Helmholtzova slobodna energija (J)
f
Specifi
č
na Helmholtzova slobodna energija (J/kg)
G
Gibbsova slobodna energija (J)
g
Maseni udeo (1), Specifi
č
na Gibbsova slobodna energija (J/kg), Gravitacija (m/s
2
)
H
Entalpija (H=U+PV) (J)
H
w
Sadržaj vlage u vazduhu (kg w/kg a)
h
Specifi
č
na entalpija (J/kg)
i
Ja
č
ina struje (A)
k
Konstanta, Konstanta opruge (N/m),
k
Izotermska kompresibilnost (1/Pa)
L
Dužina (m)
M
Momenat (N m), Molarna masa (kg/kmol)
m
Masa (kg), Masa jednog molekula (kg)
)
N
Avogadrov broj (0,6025 10
24
)
n
Broj molova (1), Broj obrtaja vratila (1), Eksponent politrope (1)
P
Pritisak (Pa)
p
Parcijalni pritisak (Pa), Verovatno
ć
a (1)
Q
Toplota (J), Koli
č
ina elektriciteta (C)
q
Toplota jedinice mase (J/kg)
R
Konstanta gasa (J/kg K)
r
Toplota isparavanja (J/kg), Zapreminski udeo (1), Radius (m), Kompresioni odnos (1)
S
Entropija (J/K), Neodre
đ
enost
s
Specifi
č
na entropija (J/kg K), Put (m)
T
Temperatura (K)
t
Temperatura (relativna) (
o
C)
U
Unutrašnja energija (J)
u
Specifi
č
na unutrašnja energija (J/kg)
V
Zapremina (m
3
)
v
Specifi
č
na zapremina (m
3
/kg)
W
Rad (J)
w
Rad jedinice mase (J/kg), Brzina (m/s)
X
Opšta koordinata, Generalizovani pomeraj (m)
x
Dužina (m), Stepen suvo
ć
e pare (1),
Y
Opšti koordinata, Generalizovana sila (N)
Z
Ukupna visina (m)
z
Visina (m)
4
S A D R Ž A J
1 DEFINISANJE OSNOVNIH POJMOVA
1.1. Uvod
1.2. Termodinami
č
ki sistem
1.3. Adijabatski i dijatermski materijali
1.4. Nulti zakon termodinamike
1.5. Empirijski koncept temperature
2 ENERGIJA
2.1. Koncept energije
2.2. Kineti
č
ka, potencijalna i unutrašnja energija
2.3. Održavanje energije
2.4. Rad i sila
2.5. Rad u generalizovanim koordinatama
2.6. Rad sabijanja opruge
2.7. Rad uvrtanja opruge
2.8. Rastezanje opne
2.9. Rad istezanja šipke
2.10. Rad promene zapremine
2.11.
Elektri
č
ni rad
2.12.
Kvazistati
č
ki procesi
2.13. Rad i disipacija
2.14.
Toplota
2.15.
Termi
č
ki i mehani
č
ki rezervoari energije
3 PRVI ZAKON TERMODINAMIKE
3.1. Prvi zakon termodinamike za kona
č
ne promene
3.2. Prvi zakon u infinitezimalnom obliku
3.3. Energetska analiza zatvorenih sistema
3.4. Energetska analiza zatvorenih sistema
3.5. Prvi zakon za otvoren sistem
3.6. Primena prvog zakona za otvoren sistem
3.7. Prvi zakon za kružni proces
4 DRUGI ZAKON TERMODINAMIKE
4.1. Drugi zakon termodinamike
4.2. Ekvivalentnost stavova Kelvin Plancka i Clausiusa
4.3. Carnotov ciklus
4.4. Termodinami
č
ka temperaturna skala
4.5. Rezime o temperaturnim skalama
4.6. Mogu
ć
e energetske konverzije
4.7. Koeficijent korisnog dejstva
4.8. Reverzibilnost i ireverzibilnost na bazi zakona termodianamike
5
5 ENTROPIJA
5.1. Clausiusov integral za ciklus
5.2. Entropija i drugi zakon
5.3. Entropija i termi
č
ka ravnoteža
5.4. Entropija i mehani
č
ka ravnoteža
5.5. Analiza termodinami
č
kog sistema primenom prvog i drugog zakona
5.6. Pojam ireverzibilnosti na bazi drugog zakona
5.7. Drugi zakon termodinamike za otvoren sistem
5.8. Maksimalan rad zatvorenog sistema
5.9. Maksimalan rad otvorenog sistema
5.10. Helmholtzova i Gibbsova slobodna energija
5.11.
Tre
ć
i zakon termodinamike
6 TERMODINAMI
Č
KA INFORMATIKA
6.1. Sistematizacija termodinami
č
kih podataka
6.2. Termodinami
č
ko stanje i termodinami
č
ke veli
č
ine
6.3. Stepen slobode termodinami
č
kog sistema
6.4. Jedna
č
ina stanja i njeni oblici
6.5. Fundamentalne jedna
č
ine stanja
6.6. Parcijalni izvodi termodinami
č
kih potencijala i Maxwellove jedna
č
ine
6.7. Toplotni kapaciteti i kompresibilnosti
6.8. TdS jedna
č
ine
6.9. Energijske jedna
č
ine
6.10.
Mnemoni
č
ka sistematizacija termodinami
č
kih relacija
7 JEDNOSTAVNE TERMODINAM
Č
KE SUPSTANCE
7.1.
Č
ista kompresiona supstanca
7.2. Jedna
č
ina stanja
č
iste supstance
7.3. Clausius Clapeyronova jedna
č
ina
7.4. Jedna
č
ina stanja te
č
nosti
7.5. Jedna
č
ina stanja idealnog gasa
7.6. Termodinami
č
ki parametri idealnog gasa
7.7. Termodinami
č
ki procesi idealnog gasa
7.8. Smeše idealnih gasova
7.9. Osnovi kineti
č
ke teorije idealnih gasova
7.10. Van der Waalsova jedna
č
ina
7.11. Joule Thomsonov efekat (prigušivanje)
8 OSNOVI TOPLOTNIH MAŠINA
8.1. Uvod u klipne mašine
8.2. Ottov i Dieselov ciklus
8.3. Rankineov ciklus
8.4. Efikasnost
8.5. Jouleov (Braytonov) ciklus
8.6. Drugi kružni procesi
9 TERMODINAMIKA SISTEMA PROMENLJIVOG SASTAVA
9.1. Vlažan vazduh- sastav i karakteristike
9.2. Veli
č
ine stanja vlažnog vazduha
9.3. Merenje sadržaja vlage
9.4. Mollierov dijagram za vlažan vazduh
9.5. Ta
č
ka rose i temperatura mokrog termometra
7
1 DEFINISANJE OSNOVNIH POJMOVA
1.1. UVOD
Termodinamika je nauka koja obuhvata teorijska i prakti
č
na znanja do kojih se došlo pri pokušaju da se putem
toplotne energije dobije mehani
č
ka energija (rad). Može se re
ć
i da je termodinamika nu
č
na disciplina koja
prou
č
ava energetske transformacije pra
ć
ene promenom temperature i/ili razmenom toplote. S obzirom na
č
injenicu da se sve energetske transformacije dešavaju uz promenu temperature i razmenu toplote, proizilazi da
termodinami
č
ke metode omogu
ć
avaju analizu energetskih procesa i konverzija.
Primena termodinami
č
kih metoda omogu
ć
ava ispitivanje, realizaciju i optimizaciju širokog spektra
postrojenja i procesa, kao što su: parne i gasne turbine, motori sa unutrašnjim sagorevanjem, raketni motori,
nuklearni reaktori, rashladni ure
đ
aji, toplotne pumpe, geotermalna energetska postrojenja i sl. Osim energetskih
postrojenja, termodinami
č
kim metodama mogu
ć
e je analizirati i postrojenja hemijske, petrohemijske,
prehrambene i farmaceutske industrije, metalurške procese i sl. Iz toga je mogu
ć
e zaklju
č
iti da su
termodinami
č
ka znanja potrebna inženjerima svih profila - energeti
č
arima kao i hemijskim inženjerima i
tehnolozima.
Izlaganje materije po
č
inje objašnjavanjem osnovnih pojmova (zatvorenog i otvorenog sistema, pregrada
i sl.), definisanjem nultog zakona termodinamike, te pojma empirijske temperature. Zatim se uvodi koncept
energije, posebno unutrašnje ali i spoljašnje (kineti
č
ke i potencijalne). Rad, odnosno mehani
č
ka energija, i
toplota definišu se kao posebne forme energije, koje se razmenjuju sa okolinom i drugim sistemima. Budu
ć
i da
su pojedini
č
lanovi prvog zakona detaljno objašnjeni, definiše se i sam prvi zakon termodinamike - energetski
bilans - za zatvoren i otvoren sistem. Uvodi se pojam entalpije.
Drugi zakon, koji definiše ograni
č
enja u pogledu energetskih konverzija, formulisan je alternativno,
preko Kelvin - Planckove i Clausiusove nemogu
ć
e mašine, a zatim se, pomo
ć
u ovog zakona, definiše
termodinami
č
ka temperatura i predlaže Carnotova idealna mašina, kao instrument za njeno merenje. Posebno
poglavlje posve
ć
eno je entropiji kao funkciji stanja. Pomo
ć
u entropije dokazana je nemogu
ć
nost funkcionisanja
Kelvin - Planckove i Clausiusove mašine i izvedeni su uslovi termi
č
ke i mehani
č
ke ravnoteže. Formulisan je
drugi zakon za otvoren sistem kao i maksimalni radovi, za zatvoren i za otvoren sistem. Uvedeni su pojmovi
Helmholtzove i Gibbsove slobodne energije. Entropija se interpretira statisti
č
ki i prikazuje kao mera
neure
đ
enosti sistema. Definiše se tre
ć
i zakon termodinamike.
Termodinami
č
koj informatici, tj., sistematizaciji brojnih podataka o termodinami
č
kim sistemima,
posve
ć
eno je posebno poglavlje. Kao naro
č
ito zna
č
ajne, pominju se jedna
č
ina stanja i fundamentalne jedna
č
ine
stanja, relacije sa parcijalnim izvodima termodinami
č
kih potencijala i Maxwellove jedna
č
ine. Nakon što su
definisani toplotni kapaciteti i kompresibilnosti, kao kvantifikatori termi
č
kih i radnih karakteristika sistema,
serija relacija nastavlja se sa
TdS
i završava energijskim jedna
č
inama. Pomo
ć
u ovako obimnog termodinami
č
kog
aparata, bilo je mogu
ć
e pre
ć
i na izu
č
avanje pojedinih, konkretnih sistema, kao što su:
č
ista kompresiona
supstanca, nestišljiva te
č
nost, idealan gas i smeša idealnih gasova, realan gas i dr. U ovom poglavlju se nalaze i
fazni dijagrami (kao projekcije jedna
č
ine stanja
č
iste supstance), Clausius - Clapeyronova jedna
č
ina prelaza:
te
č
no - para i jedna
č
ina stanja te
č
nosti. Što se ti
č
e idealnog gasa, definisani su jedna
č
ina stanja te parametri
stanja i procesa i objašnjeni principi kineti
č
ke teorije idealnih gasova. Kona
č
no, napravljeno je pore
đ
enje sa Van
der Waalsovim gasom i izveden zakon korespodentnih stanja. Poglavlje se završava objašnjavanjem Joule -
Thomsonovog efekta koji prati prigušivanje realnih gasova i para.
Slede
ć
e poglavlje, posve
ć
eno osnovama toplotnih mašina, obuhvata motore sa unutrašnjim
sagorevanjem (Ottov i Dieselov ciklus), postrojenje sa parnom turbinom (Rankineov ciklus) i gasnom turbinom
(Jouleov ciklus). Ostali, važni ciklusi (kao Sabatheov, Stirlingov, Leonirov i dr.), tako
đ
e su pomenuti. U
poslednjem poglavlju, koje obuhvata sisteme promenljivog sastava analiziran je vlažan vazduh, u smislu
definisanja stanja i upoznavanja sa osnovnim procesima, važnim za inženjersku praksu. Tako
đ
e, razmatrano je
