Drugi zakon termodinamike
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.
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.
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.
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.
Desnokretni i levokretni ciklus Desnokretni ciklus (toplotna mašina) Levokretni ciklus (rashladna mašina)
Termodinamički stepen iskorišćenja Termodinamički stepen iskorišćenja:
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.
Pojam entropije
Pojam entropije
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.
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.
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.
Analitička formulacija drugog zakona termodinamike za zatvoren (izolovan) termodinamički sistem
T-s dijagram
Matematički izraz drugog zakona termodinamike Klauzijusova (Clausius) jednačina matematička formulacija drugog zakona termodinamike za ravnotežne promene stanja.
Matematički izraz drugog zakona termodinamike
Osnovne promene stanja u T s dijagramu Promene stanja sa odvođenjem toplote Promena stanja sa dovođenjem toplote
Povratni i nepovratni procesi Nepovratni procesi Povratni procesi
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.
Povratni Carnot-ov kružni ciklus p 1 s 4 To T 2 s δq= 0 3 T δq= 0 1 2 4 3 T= const. δq=0 To = const. v s