Drugi zakon termodinamike

Transcript

1 Drugi zakon termodinamike

2 Uvod Drugi zakon termodinamike nije univerzalni prirodni zakon, ne važi za sve sisteme, naročito ne za neobične sisteme (mikrouslovi, svemirski uslovi). Zasnovan je na zajedničkom ljudskom iskustvu, a ne na složenim teorijama i eksperimentima.

3 Klauzijusov postulat Drugi zakon termodinamike pomaže da se objasni gotovo sve što se dešava u našem fizičkom svetu: kako će mašine koje nam obezbeđuju energiju u željenom obliku da rade sa što manje gubitaka energije, zašto toplota spontano prelazi sa tela više temperature na telo niže temperature i zašto spontani prelazak toplote u obratnom slučaju nije moguć. Nemoguće je toplotu samu od sebe prevesti sa toplotnog izvora niže temperature na toplotni izvor više temperature.

4 Pojam toplotnog rezervoara Topotni rezervoar je deo prostora koji se bira u cilju proučavanja prostora i ograničava se od okoline. Okolina je toplotni rezervoar velikog karaciteta, pri čemi sa termodinamičkim sistemom dolazi do razmene energije i mase, pri čemu se energije razmenjuje u obliku topote ili rada. Ako je okolina na višoj temperaturi od sistema, onda je ona toplotni izvor, a ako je na nižoj temperaturi onda je toplotni ponor. Primeri: atmosfera i okeani, led i voda u ravnoteži na konstantnom pritisku.

5 Kružni ciklusi Mašine koje vrše pretvaranje toplotne energije u mehanički rad nazivaju se toplotne mašine. Realne toplotne mašine rade tako da se pretvaranje toplote u mehanički rad vrši kroz cikličnu promenu. Ciklična promena stanja podrazumeva da se radna materija iz jednog stanja prevede u drugo dovođenjem toplote, a zatim se drugim procesom ili procesima vraća u prvobitno stanje.

6 Desnokretni i levokretni ciklus Desnokretni ciklus (toplotna mašina) Levokretni ciklus (rashladna mašina)

7 Termodinamički stepen iskorišćenja Termodinamički stepen iskorišćenja:

8 Pojam entropije Entropija (S) je veličina stanja koja je mera rasipanja energije unutar termodinamičkog sistema usled razmene toplote. Entropija je težnja sistema da spontano pređe u stanje veće neuređenosti, dakle, entropija je mera neuređenosti sistema. Entropija je mera mnoštva načina kojima je moguće postići određeno stanje objekta. Fizička suština entropije: pokazuje pravac odvijanja stvarnih procesa.

9 Pojam entropije

10 Pojam entropije

11 Definicija drugog zakona termodinamike Jedna od formulacija drugog zakona termodinamike glasi: Prepušten sam sebi, zatvoren i toplotno izolovan termodinamički sistem, prelazi iz manje verovatnog u više verovatno stanje.

12 Definicija drugog zakona Drugi zakon termodinamike glasi: termodinamike Promena entropije izolovanog sistema uvek ili veća ili jednaka nuli. Izolovan sistem je sistem kod koga ne postoji nikakva razmena energije sa okolinom. Promena entropije izolovanog sistema ni u kom slučaju ne može biti manja od nule. Izolovani sistem sastoji se iz radne materije (supstance) i toplotnih rezervoara.

13 Definicija drugog zakona termodinamike Nemoguće je napraviti mašinu koja bi pretvarala celokupnu, raspoloživu količinu toplote u mehanički rad, a da se pri tome, ne dešavaju neke promene na drugim telima koje okružuju tu mašinu, tj. nemoguće je izraditi perpetuum mobile druge vrste, tj. mašinu koja bi kompletnu količinu toplote u rad.

14 Analitička formulacija drugog zakona termodinamike za zatvoren (izolovan) termodinamički sistem

15 T-s dijagram

16 Matematički izraz drugog zakona termodinamike Klauzijusova (Clausius) jednačina matematička formulacija drugog zakona termodinamike za ravnotežne promene stanja.

17 Matematički izraz drugog zakona termodinamike

18 Osnovne promene stanja u T s dijagramu Promene stanja sa odvođenjem toplote Promena stanja sa dovođenjem toplote

19 Povratni i nepovratni procesi Nepovratni procesi Povratni procesi

20 Povratni i nepovratni procesi Povratni procesi Kod povratnog procesa sistem može da se vrati u početno stanje duž iste putanje. Nepovratni procesi Većina procesa u prirodi su nepovratni procesi.

21 Povratni Carnot-ov kružni ciklus p 1 s 4 To T 2 s δq= 0 3 T δq= T= const. δq=0 To = const. v s

22