Termodinamicki procesi sa idealnim gasom

ABSTRAKT

Termodinamički procesi podrazumevaju upravljanje termodinamičkim sistemom spoljnim promenama parametara (najčešće spoljašnjom promenom temperature, pritiska ili zapremine) tako da on prelazi iz jednog u drugo termodinamičko stanje. Po pravilu, termodinamički procesi se međusobno razlikuju po fizičkim parametrima koji ih karakterišu i vrsti energije koja se ne prenosi u datom procesu.
Idealni gas predstavlja gas čiji se molekuli haotično kreću i imaju oblik pravilnih loptica beskonačno malog prečnika, ali konačne mase. Među molekulima (sem u momentima sudara) vladaju beskonačno male sile. Politropski proces objedinjuje sve osnovne procese (izobarski, izohorski, izotermski i adijabatski) tj. one procese pri kojima maseni toplotni kapacitet ima proizvoljnu, ali konstantnu vrednost tokom celog procesa.

Ključne reči: termodinamika, termodinamički procesi, politropski procesi

1. UVOD
Termodinamika (grč. θερμη, toplota i δυναμις, snaga) je grana fizike koja proučava makroskopske uticaje toplote, rada i energije na fizičke sisteme čestica. Termodinamika se razvila u 19. veku kroz pokušaje da se poveća efikasnost ranih parnih mašina. U nazivu se reč toplota odnosi na protok energije, jer termodinamika s jedne strane proučava protok toplotne energije, a snaga se odnosi na kretanje termodinamičkog sistema, gde termodinamika proučava način na koji se prozvodi mehanički rad.
Termodinamika je teorija koja povezuje usrednjene vrednosti fizičkih količina, kao što su energija i magnetizacija. U širem smislu, termodinamika obuhvata nauku o toplotnim osobinama materije i prelazima između agregatnih stanja (Fazni prelaz).
Termodinamika se razvila u tri uzajamno povezane naučne discipline:
• opštu,
• hemijsku i
• tehničku termodinamiku.

U opštoj termodinamici se izučavaju teorijske osnove i principi, procesi pretvaranja energije u telima različitog agregatnog stanja, magnetne i električne pojave.
Hemijska termodinamika proučava pojave gde se procesi razmene energije ostvaruju promenom hemijskog sastava tela (sagorevanje, piroliza i sl).
Tehnička termodinamika opisuje i proučava procese uzajamnog pretvaranja toplote, kao i toplotne u mehaničku energiju i obratno, i predstavlja osnov za razumevanje rada: toplotnih mašina i uređaja (parnih kotlova i turbina, SUS motora, industrijskih peći, sušara, sistema daljinskog grejanja i sl.), rashladnih i klima uređaja, procesa prostiranja toplote i sl.
Osnovni problem termodinamike je određivanje ravnotežnog stanja sistema koji i nakon ukidanja granice eventualno može ostati u tom stanju u zatvorenom složenom sistemu. Ispitivanja u termodinamici se vrše primenom statističkih metoda na elementarne čestice (atomi, molekuli) koje sačinjavaju posmatrani sistem.
2. TERMODINAMIČKI POJMOVI I OSNOVE
2.1. Termodinamički sistem

Sva tela u nekom ograničenom delu prostora, koja su objekat proučavanja, a u uzajamnoj su vezi sa spoljnjom sredinom nazivaju se termodinamički sistem.

Otvoreni sistem je onaj sistem koji razmenjuje masu (supstancu) i energiju (toplotnu i mehaničku) sa svojom okolinom. Na slici 1a. je šematski prikazan otvoreni sistem. Lep primer otvorenog sistema bio bi razmenjivač toplote slika 1b.
Zatvoreni sistem je karakterističan po tome što nema razmene mase (protoka), ali je moguća razmena energije sa okolinom. Primer bi bili gubici toplote iz unutrašnjosti zatvorene prostorije koja se nalazi na višoj temperaturi, u okolni vazduh koji se nalazi na nižoj temperaturi.
Kod poluizolovanih sistema vrši se samo delimična razmena energije: ili samo toplotna energija – mehanički izolovan sistem (sl. 3a), ili samo mehanička energija – termički izolovan sistem (sl. 3b).