Povratni i neovratni rocesi Povratan (reverzibilan) roces je takav roces koji može da se odvija u dva surotna smera rolazeći kroz ista stanja i koji, ri tome, ne ostavlja nikakve romene u okolini. Pravih ovratnih rocesa u rirodi nema. o su idealizovani rocesi. Svi rocesi u rirodi su manje ili više neovratni rocesi. 1 esak 1 olotni rezervoar Primer ovratnog rocesa bi bio izotermski roces koji bi se odvijao veoma soro i bez trenja. Procesi kod kojih se javljaju odstuanja od ravnotežnih stanja nazivaju se neovratni ili ireverzibilni rocesi. o su rocesi koji se ne mogu izvesti u surotnom smeru, a da ri tome sistem i okolina rođukrozistameđustanja kroz koja su rethodno rošli. Kod ireverzibilnih rocesa sistem se može vratiti u rvobitno stanje, ali neravnotežnim tži romenama stanja. Prema tome, činjenica da je jedan roces ireverzibilan u termodinamičkom smislu ne znači da se sistem ne može onovo vratiti u rvobitno stanje. Prelaz tolotne energije sa tela više na telo niže temerature je neovratan roces. U neovratne rocese sadaju i difuzija gasa, sagorevanje, kao i svi rocesi u kojima dolazi do ojave trenja. Na rimer, kretanje klatna je, usled trenja, ireverzibilan roces. Međutim, mnoge ojave se veoma ribližavaju ovratnom rocesu, te se raktično mogu takvim i smatrati. ko bi trenje zanemarili, kretanje klatna bi bio rimer ovratnog rocesa. 1
U rirodi se neovratni rocesi dešavaju sontano, na rimer: - Prelaz sa tolijeg na hladnije telo se dešava sontano ali obrnut roces se ne odvija sontano. - Pretvaranje rada u tolotu trenjem se sontano dešava ali ne i obrnuto. - Isticanje gasa se događa sontano nakon otvaranja ventila ali obrnut roces se ne događa. Može se reći da se sontani rocesi uvek odvijaju tako da sistem ređe u stanje veće verovatnoće. Sistemi sa većom neuređenošću su sistemi sa većom verovatnoćom tako da se može rećidahaotičnost sistema sontano raste. Fizička veličina koja meri neodređenost nekog termodinamičkog stanja se naziva entroija (S). olotna mašina -olotna mašina redstavlja sistem koji retvara tolotu u koristan rad. okom rada tolotne mašine radno telo (gas) reuzima tolotu od tolotnog izvora (grejača) i izvršava koristan rad. -olotna mašina mora da izvršava rad ciklično tj. rad se mora izvršavati stalno iznova a zato gas mora stalno rolaziti kroz ista stanja. - Ovo se ostiže nadovezivanjem više termodinamičkih rocesa čime se formira termodinamički ciklus (kružni roces). H
olotna mašina oliji rezervoar (grejač) Koeficijent korisnog dejstva: > H H Hladniji rezervoar (hladnjak) Ukuna tolota koju je razmenio gas tokom ciklusa je jednaka zbiru tolote rimljene od grejača ( ) i tolote redate hladnjaku ( ) : = + = Po rvom zakonu termodinamike: = ΔU + ΔU oč = n c = kraj Δ = n c ΔU ( ) = 0 kraj Na kraju ciklusa gas dolazi u isto stanje kao na očetku: oč Dkl Dakle, rad dkjij koji je gas izvršio je jednak jd razlici liirimljene i redate tolote: = = Naomena: tolotne mašine uvek rade u smeru kazaljke na satu na dijagramu, ovo se naziva direktnim ciklusom. 3
Koeficijent korisnog dejstva tolotne mašine je bezdimenziona veličina koja oisuje efikasnost rada tolotne mašine (motora). Predstavlja odnos rada kojeg mašina izvrši u jednom ciklusu i tolote koja je uložena u ciklusu tj. tolote koju je radno telo (gas) rimilo tokom ciklusa. 0 <η <1 okom rada tolotne mašine gas gubi tolotu tj. redaje je je hladnjaku ( <0). Pokazali smo da je rad koji izvrši mašina jednak razlici uložene i redate tolote: = = = 1 η se naziva i steen iskorišćenja. Primeri tolotne mašine su svi termodinamički motori: arna mašina, motori sa unutrašnjim sagorevanjem (Otov ciklus i Dizelov ciklus) 1-3 4 Otov četvorotaktni ciklus, koristi se za benzinske motore. U raksi 0 % - 35 % 4
Primeri tolotne mašine su svi termodinamički motori: arna mašina, motori sa unutrašnjim sagorevanjem (Otov ciklus i Dizelov ciklus) Otov četvorotaktni ciklus, koristi se za benzinske motore. U raksi 0 % - 35 % Rashladni uređaj (tolotna uma) Rashladni uređaj reuzima tolotu od hladnog tela i ulaganjem rada renosi tolotu na tolije telo. Primer je frižider ili klima uređaj. o je termodinamički ciklus koji se izvodi u surotnom smeru od tolotne mašine (inverzni ciklus). H 5
Drugi zakon termodinamike Ovaj zakon ima više formulacija (definicija): 1) Nije moguć roces ri kome bi se tolota otuno retvorila u mehanički rad bez drugih romena (rocesa). ) Nije moguć eretuum mobile druge vrste (ne ostoje idealne tolotne mašine). 3) Nemoguć je sontan relaz tolote sa tela niže temerature na telo više temerature. 1) Nije moguć roces ri kome bi se tolota otuno retvorila u mehanički rad bez drugih romena (rocesa). Iako bi se o rvom zakonu termodinamike mogao ostvariti Iako bi se o rvom zakonu termodinamike mogao ostvariti roces ri kome bi bilo = (rimer je izotermski roces), drugi zakon konstatuje da je takav roces idealizacija tj. da uvek dolazi do dodatnih romena u okolini (dodatnih rocesa) tako da se ne može izvesti otun relazak tolote u rad. Ovo je direktno ovezano sa ireverzibilnošću rocesa i ovećanjem neuređenosti. 6
) Nije moguć eretuum mobile druge vrste (ne ostoje idealne tolotne mašine). Drugim rečima nemoguće ogućeje naraviti tolotnu mašinu koja bi svu tolotu iz tolotnog izvora retvorila u rad. Uvek se jedan deo tolotne energije mora redati hladnjaku. Ovakva idealna mašina bi imala koeficijent korisnog dejstva jednak jedinici (η=1) jer je onda =. Nemoguća (idealna tolotna mašina) 3) Nemoguć je sontan relaz tolote sa tela niže temerature na telo više temerature. eć smo ominjali da tolota sontano relazi sa tela niže temerature na telo više temerature (ireverzibilan roces). Drugi zakon termodinamike ne dozvoljava obrnut sontani roces tj. govori da tolota može reći sa hladnijeg na tolije telo samo uvođenjem dodatnih rocesa tj. vršenjem rada. Rashladni uređaj ulaže rad i na taj način ostvaruje relaz tolote sa hladnijeg na tolije telo. 7
Karnoov ciklus -Karnoov ciklus se sastoji iz dve izoterme i dve adijabate. o je najefikasniji mogući ciklus. Pri istim uslovima rada termodinamičkih ciklusa, koeficijent korisnog dejstva Karnoovog ciklusa je veći nego za bilo koji drugi ciklus. Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-183) 1- Izotermska eksanzija Karnoov ciklus 4-1 dijabatska komresija -3 dijabatska eksanzija 3-4 Izotermska komresija = 1 = H = 3 = 4 H 8
Izračunajmo η za Karnoov ciklus: = 1 = nr ln ; nrh ln = 1 4 3 η nr ln 4 3 3 H nrh ln H ln 3 4 4 3 c = 1 = 1 = 1 zbog adijabate je = nr ln ln ln 4 nr 1 1 1 ηc =1 H Kod Karnoove mašine koeficijent korisnog dejstva zavisi samo od odnosa asolutnih temeratura hladnjaka i grejača. 1 9