Termodinamika i
toplotni aparati
Profesor:Sasa Markovic
Uvod
Fizicke velicine stanja su fizicke osobine materije koje se mogu direktno ili
indirektno meriti i koje odredjuju fizicko stanje materije.
Promena bilo koje fizicke velicine stanja zavisi od samo pocetnog i krajnjeg stanja
materije.
Pod dejstvom odredjenih spoljnih faktora moze doci do toga da se odredjene
kolicine stanja znatno menjaju dok ti faktori na druga stanja uopste ne uticu.
Fizicke pojave tako delimo na:toplotne,elektricne i mehanicke.
Kada proucavamo toplotne promene stanja bavimo se onim energetskim
promenama koje uticu samo na menjanje toplotnih velicina stanja,dok se
njihovo dejstvo na promene ostalih velicina stanja zanemaruje.
Velicine stanja koje ne zavise ni od mase ni od kolicine posmatrane materije
nazivamo intezivnim kolicinama stanja.
Intezivne velicine stanja se definisu samo za metrijalnu sredinu sa velikim brojem
molekula koje se nalaze u ravnotezi.
Intezivne velicine stanja imaju istu vrednost u svim delovima posmatrane materije
posto ne zavisi ni od mase ni od kolicine.
Velicine stanja koje zavise od mase i kolicine materije nazivamo ekstremnim
kolicinama stanja.
Svodjenje ekstezivnih velicina stanja na jedinicu mase dobijamo specificne
.
Ukoliko ekstezivne velicine stanja svedemo na jedinicu kolicine stanja dobijamo
molarnu kolicinu stanja.
Ako posmatramo neku odredjenu kolicinu mateije ona se preko granicnih
povrsina moze izloziti raznim energetskim uticajima.
Materiji se moze dovesti rad spoljne sile ili se moze dovesti ili odvesti neka
kolicina materije.
Ako zidovi odnosno granicne povrsine propustaju materiju posmatrani system je
otvoren,a ako ne propustaju onda je zatvoren.
Pokretne granicne povrsine propustaju rad spoljne sile dok ga nepokretne ne
propustaju.
Adijabatkse povrsine su one granicne povrsine koje sem rada spoljne sile ne
propustaju nikakav drugi spoljni uticaj (energetski) niti materiju.
Umesto statisticke tezine uvedena je nova velicina stanja koja zavisi od staticke
tezine i koja se zove entalpija.
S=k*lnW k=1,38*10
-23
k-Bolcmanova konstanta
Kolicina toplote je bilo koji spoljni energetski uticaj koji prolazi kroz ne
adijabatske povrsine i menja toplotno stanje posmatrane radne materije.
Kolicina toplote nije velicina stanja nego spoljni uticaj zbog toga izraz dQ ne
predstavlja totalni diferencijal,vec predstavlja malu kolicinu toplote,posto je
kolicina toplote spoljni uticaj.
Energija koja se sadrzi u materiji se zove unutrasnja energija.
Prema konveciji dovedena kolicina toplote se smatra pozitivna,a odvedena
negativnom.
Apsolutni (zapreminski) rad je mehanicki rad koji je doveden radnoj materiji ili je
odveden od nje i koji prouzrokuje promenu zapremine radne materije.
Apsolutni rad je takodje spoljni uticaj,a ne kolicina stanja.
Izraz dL predstavlja totalni diferencijal,vec malu kolicinu radne materije
Ako u posmatranom sistemu pored radne materije postoji i neka razlika
spoljasnjih mehanickih potencijala,mehanicki rad koji se dovede sistemu ili se
od njega odvede,pored promene toplotnog stanja radne materije izaziva i
promenu spoljasnih mehanickih potencijala.
Ovako definisan rad se naziva tehnickim radom i razlikuje se od zapreminskog rada,koji
pri dovodjenju ili odvodjenju izaziva samo promenu toplotnog stanja radne materije.
Tehnicki rad takodje nije velicina stanja tako da dL nije totalni diferencijal,vec
predstavlja malu kolicinu rada.
Jednacina stanja posmatrane materije koja se nalazi u termodinamickoj ravnotezi je
funkcionalna zavisnost tri intezivne velicine stanja.
Jednacine oblika
T=T (p,V) ; p=P (T,V)
su termicke jednacine stanja,a jednacine oblika
U=U (T,P);U=U (T,V
) su kaloricne jednacine stanja posmtrane radne materije
Neka materija je poznata u termodinamickom smislu,ako su poznate:termicka i
kaloricna jednacina stanja.
Jednacina stanja mogu biti poznate u : matematickom,grafickom (dijagram stanja) i u
tabelarnom obliku
Specificna toplota je ona kolicina toplote koju bi trebalo dovesti ili odvesti jedinicu
kolicine ili jedinicu mase materije,da bi se njena toplota promenila za jedinicu.
Idealnim gasom se u kinetickoj teoriji naziva zamisljena mateija ciji se molekuli
haoticno krecu i imaju oblik pravilnijih loptica,beskonacno malih precnika,ali konacne
mase.
Medju molekulima (sem u momentu sudara) vladaju beskonacno male sile,a sami
molekuli se krecu po pravolinijskim putanjama,koje su izlomljene usled uvek centricnih
i elasticnih sudara.
Jasno je da idealni gas u realnosti ne postoji,ali se pojedini gasovi u pojedinim uslovima
(nizi pritisci,vise temp.) ponasaju priblizno idealnom gasu.
Termicka jednacina stanja jednog mola idealnog gasa iznosi:
P (MV) = (MR) T
(MV) – molarna zapremina
(MR) – univerzalna gasna konstanta
P-apsolutni pritisak
bq=bi+bl
q12=U
2
–U
1
+l
12
q12=i
2
-i
1
+ l
12
Drugi zakon termodinamike preko porasta entropije odredjuje da li ce se neka
promena stanja uopste vrsiti,a ako se promena stanja dogadja onda odredjuje smer
odvijanja pomstrane promene stanja.
Definicija drugog zakona termodinamike glasi:Entropija izolovanog sistema ne moze da
opada.
Sis ≥0 – znak jednakosti se odnosi na povratne procese (promene)
Treci zakon termodinamike gocori o tome da nije moguce eksperimentalno dostizanje
apsolutne nule temperature pri priblizavanju apsolutnoj nuli i toplotni kapacitet
supstance tezi nuli,sto odgovara matematickom izrazu
limC =0 T→0
Entropija
bJk=PkdXk
Pk- intezivna velicina stanja Xk-ekstenzivna velicina stanja
U opstem slucaju (obliku) spoljni uticaj (rad i kolicina toplote) se mogu predstaviti
bJk=PkdXk gde je Pk potencijal za datu kato interakcija.
Ovaj potencijal predstavlja odredjenu intezivnu velicinu stanja.
