TERMODINAMIČKI SUSTAVI I PROCESI
UNUTARNJA ENERGIJA I TOPLINA
UNUTARNJA ENERGIJA
ukupan zbroj kinetičkih i potencijalnih energija molekula nekog čvrstog tijela, tekućine ili plina
oznaka: U
mjerna jedinica: džul (J)
TOPLINA
dio unutarnje energije tijela koji prelazi na drugo tijelo zbog temperaturne razlike
oznaka: Q
mjerna jedinica: džul (J)
formula za izračunavanje unutarnje energije U=Ek + Ep
TOPLINSKI KAPACITET TIJELA
oznaka: C
formula za izračunavanje topline
Q=C(t2-t1)
pokazuje koliko topline tijelo izmjeni pri promjeni temperature za 1K (1°C)
razmjeran je masi tijela C=cm
mjerna jedinica : J/K ili JK-1
izraz za količinu izmjene topline
Q=mc(t2-t1)
SPECIFIČNI TOPLINSKI KAPACITET
fizikalna je veličina kojom se iskazuje koliku je količinu topline potrebno dovesti tijelu mase 1 kg kako bi joj se temperatura povisila za 1K ili 1°C
oznaka: c
mjerna jedinica :J/kgK ili J(kgK)−1
formule : c=C/m ili c=Q/mΔT
UNUTARNJA ENERGIJA IDEALNOG PLINA
RICHMANNOVO PRAVILO ili PRAVILO SMJESE
kaže da je količina topline koju tijelo niže temperature primi od tijela više temperature jednaka količini topline koju tijelo više temperature preda tijelu niže temperature.
formula: m1c1(t1-t)=m2c2(t-t2)
uređaj za mjerenje specifičnog toplinskog kapaciteta jest Richmannov kalorimetar.
dio fizike koji se bavi mjerenjem količine topline, određivanjem specifičnog toplinskog kapaciteta i učincima miješanja tvari različitih temperatura naziva se kalorimetrija.
jednadžba stanja idealnog plina: pV=mRT
unutarnja energija ovisi o temperaturi
formula : U=2/3 nRT
PROMJENA AGREGACIJSKIH STANJA
prijelaz iz tekućeg agregacijskog stanja u plinovito naziva se isparavanje
temperatura pri kojoj se led pretvara u vodu naziva se temperatura tališta.
temperatura pri kojoj se voda pretvara u vodenu paru naziva se temperatura vrelišta.
specifična toplina taljenja
latentna toplina taljenja
toplina koju mora primiti kilogram čvrste tvari da bi prešao u tekuće stanje na temperaturi taljenja
formula: λ=Q1/m
oznaka: λ
prijelaz tvari iz čvrstog u tekuće agregacijsko stanje toplina se troši na slabljenje veza među česticama
specifična toplina isparavanja
latentna toplina isparavanja
toplina koja je potrebna utrošiti da bi kilogram tekućine prešao u paru na temperaturi vrenja
formula r=Q1/m
oznaka: r
kristali
tvari s pravilnim rasporedom čestica
PRIJENOS TOPLINE
vrste prijenosa topline
vođenje/ kondukcija
strujanje/ konvekcija
elektromagnetsko zračenje/ radijacija
apsolutno crno tijelo
tijelo koje apsorbira svu upadnu energiju, takvo tijelo i zrači najviše energije
termos boca
izumitelj je škotski kemičar i fizičar James Dewar
prema njemu se i zove Dewarova posuda
PROMJENA UNUTARNJE ENERGIJE RADOM
izobarni proces
ako je konačni volumena plina veći od početnog, riječ je o širenju ili ekspanziji plina.
ako je konačni volumen manji od početnog, riječ je o stlačivanju ili kompresiji.
izohorni proces
rad plina je jednak nuli
pri izohornoj promjeni stanja plina nema promjene volumena
W=p∆V
∆V=0 => W=0
izotermni proces
pri ovakvim procesima moguća je promjena stanja plina tako da se volumen plina poveća ili smanji
W>0 ili W<0
formula: W=p(V1-V2)
PRVI ZAKON TERMODINAMIKE
dio fizike u kojemu se istražuje pretvorba topline u mehanički rad nazivamo termodinamikom
sam plin nazivamo termodinamički sustav
promjena stanja termodinamičkog sustava nazivamo termodinamičkim procesima
jest zakon očuvanja energije
formula: Q=W+∆U
adijabatski procesi
proces u kojima termodinamički sustav ne izmjenjuje toplinu s okolinom
Q=0
ΔU=-W ili W=-ΔU
adijabatsko širenje ili ekspanzija plina => sustav obavlja rad na okolini
adijabatskoj kompresiji ili smanjenju volumen => na sustavu se ne obavlja rad
iz plinovitog u tekuće kondenzacija
iz čvrstog u tekuće taljenje
iz tekućeg u čvrsto kristalizacija
iz čvrstog u plinovito sublimacija
iz plinovitog u čvrsto resublimacija.
KRUŽNI PROCESI
proces u kojemu se plin nakon obavljenog rada vraća u početno stanje
TOPLINSKI STROJEVI
uređaji koji kružnim procesom prevode toplinu u mehanički rad
3 osnovna dijela toplinskog stroja
topliji spremnik
hladniji spremnik
radno sredstvo
CARNOTOV KRUŽNI PROCES
korisnost toplinskog stroja
η=W/Q1 ili η=1-Q2/Q1
p-V koordinatni sustav s dvije izoterme i dvije adijabate
η=1-T2/T1
PERPETUM MOBILE PRVE VRSTE
neuspjeh
W=0
stroj ne uzima energiju i s time ne može obavljati rad
rad je plina pozitivan ∆V>0
rad je plina negativan ∆V<0
RASHLADNI STROJ I TOPLINSKA PUMPA
rashladni stroj
toplinska pumpa
svrha: smanjivanje temperature hladnijeg spremnika
svrha: zagrijavanje toplijeg spremnika
ε=Q2/W
ε- oznaka za efikasnost
ε=Q1/W
DRUGI ZAKON TERMODINAMIKE
nije moguć stroj koji bi svu primljenu toplinu pretvorio u mehanički rad
PERPETUM MOBILE DRUGE VRSTE
nije moguć
toplina spontano ne može preći s tijela manje na tijelo više temperature
stroj koji bi svu primljenu toplinu pretvorio u mehanički rad
ireverzibilni i reverzibilni procesi
