Preuzmite tehnička termodinamika i više Seminarski radovi u PDF od Termodinamika i termotehnika samo na Docsity!
TERMODINAMIKA
VISOKA ŠKOLA ZA PRIMIJENJENE I PRAVNE NAUKE
„PROMETEJ“
SEMINARSKI RAD
Predmet: Tehnička Termodinamika
Tema: Drugi princip termodinamike
Ime i prezime studenta: Ime i prezime mentora: Željko Danilović Albert Buh, dipl. ing. maš Broj indeksa: _____________ Studijski program: Poslovna informatika Zvornik, decembar 2020.
TERMODINAMIKA
SADRŽAJ:
1. UVOD……………………………………………………………………………….
DEFINICIJE OSNOVNIH POJMOVA……………………………………………
2. DRUGI PRINCIP TERMODINAMIKE……………………………………………
2.1. Statistički smisao drugog principa termodinamike………………………………
- Zaključak……………………………………………………………………….….
- Literarura …………………………………………………………………………..
TERMODINAMIKA
1.1 Definicije osnovnih pojmova
Sistem – toplotni ili termodinamički – je deo prostora koji je izdvojen stvarnim ili zamišlje- nim graničnim površinama za termička ispitivanja. To je obično izvesna količina gasa, tečnosti ili čvrste supstancije. Ako se sistem npr. sastoji samo od odredjene količine gasa, onda govorimo o jednofaznom sistemu. Tečnost i njena para su dvofazni sistem. Sve što nije obuhvaćeno termičkim sistemom pretstavlja okolinu.Sistem može biti homogen i heterogen. Homogen termički sistem poseduje iste fizičke i hemijske osobine u svakoj tački sistema. Ako se te osobine menjaju od tačke do tačke govorimo o heterogenom sistemu. Stanje sistema je odredjeno trenutnom raspodelom mase i energije. Stanje sistema odredjuju parametri stanja, makroskopske su veličine i jednoznačno zavise od stanja gasa. Toplotni sistem se nalazi u ravnoteži ako se parametri stanja ne menjaju u toku vremena, znači da su konstantni. Parametri stanja mogu biti ekstenzivni i intenzivni. Ekstenzivni parametri se sabiraju pri sastavljanju sistema od delova, tj. podsistema. To su zapremina, V , masa, m , količina materije, n , ili unutrašnja energija, U. Tako npr. za zapreminu sistema V važiće V=V 1 +V 2 +.....Vn , gde su V 1 ,V 2 ,...Vn zapremine pojedinih delova sistema. Intenzivni parametri imaju iste vrednosti i za podsisteme i za ceo sistem. To su npr. pritisak p ili temperatura T. Unutrašnja energija sistema U je zbir kinetičke i potencijalne energije svih elemenata siste- ma. Pri termičkoj interakciji dva sistema (interakcija može biti mehanička, elektrostatička i dr.) dolazi do transporta energije. Transportovana energija se zove količina toplote ili toplota Q. Transport energije se vrši dok se ne upostavi termička ravnoteža koju karakteriše intenzivni para- metar – temperatura sistema. Za merenje temperature potrebno je odrediti empirijske temperaturske skale. Poznata je Celzijusova skala koja se definiše pomoću dve fiksne tačke koje se lako reprodu- kuju. Nulta tačka je ( 0 0 C ) temperatura mržnjenja vode pri normalnom pritisku ( Pa), a tačka ključanja vode pri istom spoljašnjem pritisku uzeta je za 100 0 C. Tako se dobija 1 0 C za jedinicu izražavanja temperature u Celzijusovoj skali. 1 0 C iznosi stoti deo
TERMODINAMIKA temperaturske razlike izmedju tačke mržnjenja i tačke ključanja vode pod normalnim spoljašnjem pritisku. Gasni zakoni (zavisnost pritiska i zapremine odredjene količine gasa od temperature) daju mogućnost uvodjenja apsolutne skale sa nulom t 0 = - 273, 0 C, t 0 je temperatura na kojoj bi priti- sak i specifična zapremina idealnog gasa težila nuli. Apsolutna temperaturska skala, u kojoj se tem- peratura obeležava sa T i čija je jedinica 1 K (kelvin) ima nulu na – 273, 0 C. Nula Celzijusove skale, prema tome je T 0 = 273,15 K. Opšta veza izmedju Celzijusove i apsolutne skale T = 273,15 + t ( t je temperatura izražena u stepenima Celzijusa). Na osnovu termodinamičkih procesa Kelvin definiše termodinamičku temperaturu sa jedini- com 1 K. 1 K jednak je 1/273,16 – tom delu od temperaturskog intervala izmedju apsolutne nule i trojne tačke vode. Ova je na 273,16 K ili na 0, 0 C. Znači nula termodinamička skale takodje se nalazi na – 273, 0 C važiće i za tu temperatursku skalu. Jedinica Celzijusove skale ( 0 C) je po veličini jednaka jedinici apsolutne (termodinamičke) skale (1 K).
TERMODINAMIKA Prelazak unutrašnje energije sa tela sa višom temperaturom na telo sa nižom temperaturom vrši se spontano, dok se obratan proces, prelaženje unutrašnje energije sa tela na nižoj temperaturi na telo na višoj temperaturi, ne može odvijati spontano. Pretvaranje toplote u mehanički rad je složenije i nemoguće je ostvariti proces pri kome bi se sva dovedena toplota mogla pretvoriti u mehanički rad, odnosno u mehaničku energiju. Unutrašnja energija se pretvara u mehanički rad na taj način što prelazi sa tela koje se nalazi na višoj temperaturi na telo sa nižom temperaturom. Međutim, ne postoji termodinamički proces u kojem bi jedini rezultat bio pretvaranje toplote u rad. Perpetuum mobile druge vrste nije moguć. Perpetuum mobile druge vrste bi bila mašina koja bi svu unutrašnju energiju radnog tela i okoline mogla da pretvori u mehaničku energiju. Pomoću nje bi mogli da se koriste neiscrpni izvori energije u okeanima, Zemljinoj kori ili atmosferi. Da bi toplotna mašina mogla da obavlja rad, mora da postoje dva rezervoara toplote, grejač (od koga se oduzima određena količina toplote) i hladnjak (kome se predaje količina toplote). Prilikom prelaska toplote sa tela više temperature (grejač) na telo niže temperature (hladnjak) vrši se rad.
TERMODINAMIKA
2.1. Statistički smisao drugog principa termodinamike
U prirodi se zapažaju tendencije izjadnačavanja razlika temperatura, pritiska, gustina... Ove pojave prepuštene same sebi dešavaju se samo u jednom smeru. Sve ove pojave su posledica haotičnog kretanja molekula, pa se za drugi princip termodinamike može dati i druga formulacija. Primer: Neka se u u kutiji nalaze – u jednom delu bele kuglice, a u drugom crne. Kuglice su odvojene pregradom. Ove kuglice mogu da dočaraju molekule u telima. Uklonimo pregradu i omogućimo da kuglice mogu da se pomešaju. Postavlja se pitanje sa kolikom verovatnoćom možemo da očekujemo da se kuglice same od sebe ponovo potpuno razdvoje. Odmah se može zaključiti da je ovakav proces neverovatan. Naprotiv, verovatan je proces da će kuglice obe boje biti ravnomermo raspoređene po kutiji. Dakle, kada se kutija protrese termodinamički sistem kuglica teži da pređe u ravnotežno stanje. Pritom možemo zaključiti da će tada sistem uvek težiti da pređe u neko od izmešanih stanja, dok je prelazak u uređeno stanje vrlo neverovatno. Ako je broj kuglica u
Т 1
Т 2
Т 1 > Т 2
Т 2
Q
Т 1
Т 2
Т 1 > Т 2
Т 2
Q
TERMODINAMIKA procesi pretvaranja toplote u mehaničku energiju. Naime za pogon automobila, lokomotive, brodova potrebno je vršiti mehanički rad, koji se dobija iz toplotne energije. Ovaj vid energije se relativno lako može proizvesti u velikim količinama iz hemijskih (sagorevanje) ili nuklearnih procesa. Iskustvo nam govori i o tome da se mehanička energija (energija uredjenog kretanja) lako i jednostavno pretvara na primer trenjem u toplotu (u energiju haotičnog kretanja). Suprotno, pretva- ranje toplote u mehanički rad je vezano za posebne uslove. II princip termodinamike razmatra gene- ralno ove iskustvene činjenice. Navešćemo neke stare formulacije drugog principa: "Toplota nikada ne može da prelazi sama od sebe sa tela sa nižom temperaturom na telo sa višom temperaturom. " (Klausijus, 1850.) "Nije moguće napraviti mašinu sa periodičnim dejstvom koja bi podizala teret i hladila izvor toplote bez drugih dejstava." (Plank, 1903.) "Nemoguće je ostvariti perpetum mobile druge vrste." (Ostvald, 1851.) Klausijusova formulacija govori o procesima izjednačavanja u prirodi, dok druge dve for- mulacije govore o uslovima pretvaranja toplote u mehanički rad. Ukazuju na nemogućnost potpu- nog pretvaranja haotičnog kretanja u uredjeno kretanje. Perpetum mobile druge vrste bila bi mašina koja stalno oduzima toplotu iz nekog toplotnog rezervoara i primljenu toplotu u potpunosti pretvara u rad. (Toplotni rezervoar je sistem od koga se toplota može oduzimati ili dovoditi pri čemu se temperatura sistema ne menja). Medjutim iskustvo pokazuje da su za periodično pretvaranje toplotne energije u mehanički rad potrebna dva toplotna rezervoara; jedan sa višom, a drugi sa nižom temperaturom. Od toplijeg rezervoara termodinamički sistem koji se često zove radno telo primi toplotu Q 1. Od ove toplote jedan deo mašina pretvara u mehanički rad, a drugi deo Q 2 ostaje neiskorišćen i predaje se hladni- jem rezervoaru. Pošto radno telo obavi svoj zadatak (izvrši ekspanziju i pomera klip toplotne maš- ine), potrebno ga je vratiti u početno stanje, da bi mašina periodično radila. Znači radno telo obavlja kružni
TERMODINAMIKA Drugi zakon termodinamike navodi da se ukupna entropija izolovanog sistema nikada ne može smanjiti tokom vremena. Ukupna entropija sistema može ostati konstantna u idealnim slučajevima gde je sistem u termodinamičkoj ravnoteži, ili se u njemu odvija (fiktivni) reverzibilni proces. U svim postojećim procesima, uključujući spontane,[1]^ ukupna entropija se povećava i proces je nepovratan. Drugi princip termodinamike određuje smer toplotnih procesa: toplota nikada ne prelazi spontano sa tela koje ima nižu temperaturu na telo koje ima višu temperaturu. Pored smera toplotnih procesa, drugi princip termodinamike pokazuje nemogućnost postojanja perpetuum mobile druge vrste. Porast entropije objašnjava nepovratnost prirodnih procesa, i asimetriju između budućnosti i prošlosti.[2] Istorijski, drugi zakon je empirijski nalaz, prihvaćen kao aksiom termodinamičke teorije. Bio je izražen na mnogo načina. Prvu formulaciju je dao francuski fizičar Sadi Karno, koji je
- godine pokazao da postoji gornja granica efikasnosti konverzije toplote u rad, u toplotnoj mašini. Postoji više definicija drugog principa termodinamike a najpoznatija su Klauzijusovo, Plankovo, Bolcmanovo, Karnoovo.
TERMODINAMIKA
Zaključak:
Prvi princip termodinamike, kao zakon održanja energije, važi uvek. Drugi princip termodinamike ne može da se primeni na sisteme sa malim brojem čestica. Pošto svaki sistem prepušten sam sebi prelazi u ravnotežno stanje, zaključujemo da je to stanje ujedno i stanje najveće verovatnoće. Primena Klima uređaj
TERMODINAMIKA Rashladni uređaji rade kao primena drugog principa termodinamike. Klima-uređaji hlade prostoriju na osnovu zagrevanja spoljašnjeg vazduha.
4. LITERATURA
[1] Prof.Čila Loboda, Fizika I deo, 2000, Visoka tehnička škola strukovnih studija Subotica [2] http://fizis.rs/gimnazija/ii-razred/termodinamika/prvi-princip-termodinamike/
