1
OSNOVE TERMODINAMIKE
„Termodinamika“- nauka koja se bavi izučavanjem pojava vezanih za transformaciju energije (posebno
topl.energije u druge vidove energije)
thermos
(topao) i
dynamis
(snaga, sila kao uzrok kretanja)
Prvi put spominjana 1849.godine lord Kelvin
Nauka koja se pojavljuje u svim sferama života i može se posmatrati na nivou:
-svemira
-
Planete Zemlje
-
Živog svijeta
-
Tehnike...
Zadatak termodinamike
je utvrđivanje fizikalnih zakonitosti kojim se objašnjavaju i opisuju procesi
transformacije energije i ispitivanje međudjelovanja termodinamičkog sistema i okoline.
Termodinamika izučava stanje materije i promjene unutar nje.
Podjela termodinamike
prema istorijskom pristupu:
-opšta (fizička
),
-hemijska
,
-tehnička
i
-hemijsko-inženjerska.
u zavisnosti od pristupa proučavanju materije i promjena unutar materije (
makroskopski
ili
mikroskopski):
- klasična (fenomenološka, ravnotežna)
termodinamika i
-
statistička
termodinamika.
Klasična termodinamika
proučava termodinamički sistem i promjene stanja sistema sa makroskopskog
stanovišta, bez dubljeg ulaženja u građu materije.
Statistička termodinamika
posmatra termodinamički sistem kao skup vrlo velikog broja elementarnih čestica i
osobine sistema se proučavaju na osnovu osobina tih čestica.
Termodinamika se temelji na eksperimentalno utvrđenim zakonima, i to:
Prvom postulatu ravnoteže
koji kaže da svaki sistem prirodnih tijela teži ravnotežnom stanju, a kada
postigne to stanje ne može ga više sam od sebe mijenjati;
Drugom postulatu ravnoteže
koji se još u literaturi naziva i
nultim zakonom
termodinamike
koji
uspostavlja vezu između sistema koji se nalaze u termičkoj ravnoteži;
Prvom zakonu termodinamike
ili zakonu o očuvanju energije;
Drugom zakonu termodinamik
e koji definiše smjer odvijanja procesa u prirodi i izražava karakter tih
procesa;
Trećem zakonu termodinamike
koji omogućava određivanje entropije kao termodinamičke veličine.
2
Osnovni termodinamički pojmovi
Materija
je sve ono što nas okružuje, iako ta definicja nije primjerena za TD razmatranja. U TD je potrebno
poznavati sve njene fizičke osobine u različitim vremenskim intervalima, jer su one promjenjive u vremenu.
Radno tijelo
je materija koja se koristi u mašinama za dobijanje rada, sa
osobinom da se u njemu može akumulisati određena kol.energije i da mu se ona
može oduzeti. Npr. gas (motori, kotlovi,gasne turbine), vodena para (kotao, parna
turbina), tečnost (prenos topline), čvrsto tijelo (provođenje topline)...
Sa TD stanovišta najbolje radno tijelo je
gas.
-
Idealni gas
je zamišljena materija, čiji su molekulu loptastog oblika,
zanemarljivog prečnika i konačne mase, a među molekulima vladaju zanemarljivo male međumolekularne
sile.
-
Gas
je po svojim osobinama bliži idealnom gasu ako je temperatura pri nekom određenom pritisku viša ili
pritisak pri nekoj stalnoj temperaturi niži.
Sistem
Termodinamički sistem je onaj dio svijeta koji je predmet termodinamičkog proučavanja.
Od ostalog prostora sistem je odvojen graničnom površinom, koja može biti stvarna ili zamišljena
(pokretna ili nepokretna)
Okolina TD sistema je sav preostali prostor koji nije uključen u sistem.
Otvoren, zatvoren i izolovan termodinamički sistem
4
Mjerenje temperature nije moguće izvršiti neposredno, pa se temperatura mjeri posredno mjerenjem
promjene fizičkih osobina neke druge materije, koja se dovodi u termičku ravnotežu sa tijelom čija se
temperatura mjeri.
Temperaturno osjetljive osobine materije, koje se koriste u izradi instrumenata za mjerenje temperature su:
-promjena zapremine;
-pritisak gasa pri konstantnoj zapremini;
-električni otpor u čvrstom tijelu (metalu);
-elektromotorna sila u dva različita metala ili poluprovodnika;
-intenzitet zračenja na visokim temperaturama i magnetni efekti na
ekstremno niskim temperaturama.
Instrumenti za mjerenje temperature mogu se podijeliti na:
instrumente koji rade na principu kontaktnog mjerenja temperature (živin termometar, različite vrste
električnih termometara –termoparovi, otpornički termometri i bimetalni termometri.
instrumente koji rade na principu beskontaktnog mjerenja temperature.
Živin termometar je najstariji instrument za mjerenje temperature. Mjerenje temperature zasniva se na
mjerenju visine stuba žive, koja se mijenja sa promjenom zapremine žive, u ovisnosti od temperature.
5
Beskontaktno mjerenje temperature (na nedostupnim mjestima,na objektima koje je opasno dirati, objektima
koja se kreću ...)
- termografija – održavanje različitih postrojenja i uređaja, nadzorna ispitivanja, medicinska dijagnostika ...
Za toplotno stanje materije mjerodavna je apsolutna temperatura. Njena vrijednost u SI sistemu dobija se
korištenjem Kelvinove temperaturne skale. Uz pojam apsolutne temperature koristi se i naziv termodinamička
temperatura (T).
Veza između apsolutne temperature (T) u stepenima Kelvina i temperature (t) u stepenima Celsiusa data je
relacijom:
7
Prikaz natpritiska i potpritiska u odnosu na atmosferski pritisak
Manometri
Zapremina
Prostor ispunjen masom m, odnosno prostor koji zauzima neki sistem. Zapremina materije zavisi od njene
mase, pa se za veličinu stanja uzima specifična zapremina, koja odgovara zapremini jedinice mase.
Gustina materije:
