Prvi zakon termodinamike -...

Prvi zakontermodinamike

Uvod

Prvi princip termodinamike je apsolutni prirodni zakonkoji važi za sve pojave koje se odigravaju na svimprostornim nivoima (mikro, makro i mega svetu).Zasnovan je na brojnim analizama,posrednim ineposrednim dokazima, eksperimentima o odnosimarazličitih vrsta energije.Opšti fizički princip koji važi je da:ukupna količina energije ostaje nepromenjena bezobzira kakvi se procesi dogadjaju.

Prvi princip termodinamike je apsolutni prirodni zakonkoji važi za sve pojave koje se odigravaju na svimprostornim nivoima (mikro, makro i mega svetu).Zasnovan je na brojnim analizama,posrednim ineposrednim dokazima, eksperimentima o odnosimarazličitih vrsta energije.Opšti fizički princip koji važi je da:ukupna količina energije ostaje nepromenjena bezobzira kakvi se procesi dogadjaju.

Sistem

Osnovni pojmoviEnergija – merilo sposobnosti sistema davrši rad ili odaje toplotu

Rad – energija utrošena na kretanjepredmeta nasuprot sile

Toplota – vrsta energije koja se prenosikao rezultat temperaturne razlike sistema iokoline

Temperatura – stepen zagrejanosti nekogtela

Energija – merilo sposobnosti sistema davrši rad ili odaje toplotu

Rad – energija utrošena na kretanjepredmeta nasuprot sile

Toplota – vrsta energije koja se prenosikao rezultat temperaturne razlike sistema iokoline

Temperatura – stepen zagrejanosti nekogtela

Zatvoreni sistemi

Unutrašnja energija zatvorenih sistema koji kao celinamiruju može se menjati kada se rad i toplota razmenjujuizmedju sistema i okoline.

To predstavlja definiciju prvog zakona termodinamike zazatvorene termodinamičke sisteme.

121212 WQUU

Unutrašnja energija zatvorenih sistema koji kao celinamiruju može se menjati kada se rad i toplota razmenjujuizmedju sistema i okoline.

To predstavlja definiciju prvog zakona termodinamike zazatvorene termodinamičke sisteme.

121212 WQUU

pdvTdsdu

Zatvoreni sistemi

Zatvoreni termodinamički sistemi su oni sistemi koji sunepropusni za masu radne materije.

Jedan od primera ovog zakona je kada se greje gas unekom cilindričnom rezervoaru kada se usled dovođenjatoplote uvećava unutrašnja energija gasa i gas se širi iobavlja rad kao što je guranje klipa u motoru saunutrašnjim sagorevanjem.

Zatvoreni termodinamički sistemi su oni sistemi koji sunepropusni za masu radne materije.

Jedan od primera ovog zakona je kada se greje gas unekom cilindričnom rezervoaru kada se usled dovođenjatoplote uvećava unutrašnja energija gasa i gas se širi iobavlja rad kao što je guranje klipa u motoru saunutrašnjim sagorevanjem.

Prvi zakon termodinamike

- Energija se ne može niti stvoriti niti uništiti!- Ukupna energija u svemiru je konstantna!- Energija se može prevesti iz jednog oblika u

drugi!

- Energija se ne može niti stvoriti niti uništiti!- Ukupna energija u svemiru je konstantna!- Energija se može prevesti iz jednog oblika u

drugi!

TRANSFORMACIJE ENERGIJE

Primena prvog zakonatermodinamike

Kada sistem prolazi kroz fiziĉku i hemijskupromenu, promena unutrašnje energije jejednaka toplotnoj energiji koju sistemotpušta ili prima, plus rad koji sistem vrši ilise vrši nad sistemom

ΔU = q + wodnosno:

q = ΔU - w

Kada sistem prolazi kroz fiziĉku i hemijskupromenu, promena unutrašnje energije jejednaka toplotnoj energiji koju sistemotpušta ili prima, plus rad koji sistem vrši ilise vrši nad sistemom

ΔU = q + wodnosno:

q = ΔU - w

Prvi princip termodinamike zazatvoreni termo-mehanički sistem

toplota i rad predstavljaju načine prenosa energije.

Prvi princip termodinamike zazatvoreni termo-mehanički sistem

Nepokretan termodinamički sistem

Matematički izraz prvog principatermodinamike

Matematička formulacija prvog zakona termodinamike udiferencijalnom obliku glasi:

Ovaj izraz govori da do malog uvećanja unutrašnjeenergije dU radne materije u zatvorenomtermodinamičkom sistemu dolazi ili ukoliko se toj radnojmateriji dovede mala količina toplote δQ i/ili dovede malakoličina rada δW (drugim rečima nad radnom materijomizvrši mali rad tako što se radna materija veoma malosabije utiskivanjem nekog klipa).

WQdU

Matematička formulacija prvog zakona termodinamike udiferencijalnom obliku glasi:

Ovaj izraz govori da do malog uvećanja unutrašnjeenergije dU radne materije u zatvorenomtermodinamičkom sistemu dolazi ili ukoliko se toj radnojmateriji dovede mala količina toplote δQ i/ili dovede malakoličina rada δW (drugim rečima nad radnom materijomizvrši mali rad tako što se radna materija veoma malosabije utiskivanjem nekog klipa).

WQdU

Matematički izraz prvog principatermodinamike

Integracija ovog izraza daje matematičku formulacijuprvog zakona termodinamike u integralnom obliku:

Ovaj izraz govori da se unutrašnja energija zatvorenogtermodinamičkog sistema menja od stanja 1 do stanja 2(U1-U2) tako što se pri ovoj promeni stanja ovom sistemudovodi odredjena količina toplote Q12 i/ili odredjenakoličina rada W12.

121212 WQUU

Integracija ovog izraza daje matematičku formulacijuprvog zakona termodinamike u integralnom obliku:

Ovaj izraz govori da se unutrašnja energija zatvorenogtermodinamičkog sistema menja od stanja 1 do stanja 2(U1-U2) tako što se pri ovoj promeni stanja ovom sistemudovodi odredjena količina toplote Q12 i/ili odredjenakoličina rada W12.

121212 WQUU

Primer toplote i rada

Primer toplote i rada Ovaj primer govori o tome da za krajnje stanje sistema

(gas u cilindru) nije značajno da li mu je energijadostavljena ili kao toplota ili kao rad.

Primer može pomoći da se jasnije razumeju pojmovitoplote i rada.

Ključna ideja iz ovog primera je da ukoliko imate nekigas sa visokom temperaturom nemože se reći da li jegas dostigao tu temperaturu tako što je grejan ili što seobavio rad nad njim ili desila kombinacija ta dva

Ovaj primer govori o tome da za krajnje stanje sistema(gas u cilindru) nije značajno da li mu je energijadostavljena ili kao toplota ili kao rad.

Primer može pomoći da se jasnije razumeju pojmovitoplote i rada.

Ključna ideja iz ovog primera je da ukoliko imate nekigas sa visokom temperaturom nemože se reći da li jegas dostigao tu temperaturu tako što je grejan ili što seobavio rad nad njim ili desila kombinacija ta dva

Primer toplote i rada Prvi zakon indetifikuje toplotu i rad kao načine prenosa

toplote koji dovode do promene unutrašnje energijesistema.

Niti rad niti toplota nisu korisni u opisivanju konačnogstanja sistema kada se može samo govoriti o unutrašnjojenergiji sistema.

Mehanički ekvivalent toplote. Obe, toplota i rad,predstavljaju načine prenosa energije. Kao što jeilustrovano u prethodnom primeru, temperatura gasamože da se uveća ili zagrevanjem ili obavljanjem rada iliistovremeno na oba načina

Prvi zakon indetifikuje toplotu i rad kao načine prenosatoplote koji dovode do promene unutrašnje energijesistema.

Niti rad niti toplota nisu korisni u opisivanju konačnogstanja sistema kada se može samo govoriti o unutrašnjojenergiji sistema.

Mehanički ekvivalent toplote. Obe, toplota i rad,predstavljaju načine prenosa energije. Kao što jeilustrovano u prethodnom primeru, temperatura gasamože da se uveća ili zagrevanjem ili obavljanjem rada iliistovremeno na oba načina

Primer toplote i rada U klasičnom eksperimentu 1843 god, James Joule

dokazao je energetsku jednakost između grejanja iobavljanja rada tako što je merio promenu potencijalneenergije mase koja pada i goni mešalicu koja meša voduu izolovanom kontejneru.

Pažljiva merenja pokazala su da je uvećanjetemperature vode proporcionalno mehaničkoj energijikoja se upotrebljava da se meša voda. U to vremekalorije su bile prihvatljive jedinice za toplotu i džuli supostali prihvaćena jedinica mehaničke energije.

Njihova izmerena relacija je 1 calorie = 4,1868 J

U klasičnom eksperimentu 1843 god, James Jouledokazao je energetsku jednakost između grejanja iobavljanja rada tako što je merio promenu potencijalneenergije mase koja pada i goni mešalicu koja meša voduu izolovanom kontejneru.

Pažljiva merenja pokazala su da je uvećanjetemperature vode proporcionalno mehaničkoj energijikoja se upotrebljava da se meša voda. U to vremekalorije su bile prihvatljive jedinice za toplotu i džuli supostali prihvaćena jedinica mehaničke energije.

Njihova izmerena relacija je 1 calorie = 4,1868 J

Pojam entalpijeEntalpija, H: Toplotna energija koja serazmenjuje između sistema i okoline prikonstantnom pritisku.

H = U + PVEntalpija je funkcija stanja sistema!!!Nemoguće je meriti aposolutnu vrednostentalpije nego samo njenu promenu

ΔH = Δ(U + PV)Ako je pritisak konstantan sledi:

ΔH = ΔU + P ΔV

Entalpija, H: Toplotna energija koja serazmenjuje između sistema i okoline prikonstantnom pritisku.

H = U + PVEntalpija je funkcija stanja sistema!!!Nemoguće je meriti aposolutnu vrednostentalpije nego samo njenu promenu

ΔH = Δ(U + PV)Ako je pritisak konstantan sledi:

ΔH = ΔU + P ΔV

Entalpija

Otvoreni sistemi U praksi najčešće će se izučavati termodinamika

otvorenih sistema. Prvi zakon termodinamike za otvorene sisteme u

diferencijalnom obliku dat je izrazom:

Ovaj izraz govori da mala razlika entalpija dh radnematerije koja izlazi iz otvorenog termodinamičkogsistema i radne materije koja ulazi u otvorenitermodinamički sistem nastaje usled dovođenjaelementarne količine toplote δq i/ili dovođenjaelementarne količine tehničkog rada δwt u otvorenitermodinamički sistem.

tWQdH

U praksi najčešće će se izučavati termodinamikaotvorenih sistema.

Prvi zakon termodinamike za otvorene sisteme udiferencijalnom obliku dat je izrazom:

Ovaj izraz govori da mala razlika entalpija dh radnematerije koja izlazi iz otvorenog termodinamičkogsistema i radne materije koja ulazi u otvorenitermodinamički sistem nastaje usled dovođenjaelementarne količine toplote δq i/ili dovođenjaelementarne količine tehničkog rada δwt u otvorenitermodinamički sistem.

tWQdH

Otvoreni sistemi

Otvoreni termodinamički sistem koji često koristimo jestefen za kosu. Ventilator u fenu za kosu usisava vazduh izprostorije, zagreva ga na grejaču fena i tako zagrejanogga ubacuje natrag u prostoriju.

U mašini (fenu za kosu) dolazi do razmene energije.Fluid (vazduh) u mašini pored unutrašnje poseduje još ikinetičku i potencijalnu energiju. Ako su brzine strujanjamale i strujanje ekvipotencijalno, kinetička i potencijalnaenergija se mogu zanemariti u odnosu na količinu ostalerazmenjene energije u procesu.

Otvoreni termodinamički sistem koji često koristimo jestefen za kosu. Ventilator u fenu za kosu usisava vazduh izprostorije, zagreva ga na grejaču fena i tako zagrejanogga ubacuje natrag u prostoriju.

U mašini (fenu za kosu) dolazi do razmene energije.Fluid (vazduh) u mašini pored unutrašnje poseduje još ikinetičku i potencijalnu energiju. Ako su brzine strujanjamale i strujanje ekvipotencijalno, kinetička i potencijalnaenergija se mogu zanemariti u odnosu na količinu ostalerazmenjene energije u procesu.

Otvoreni sistemi

Relacija za prvi zakon termodinamike u integralnomobliku za otvorene sisteme:

Ovaj izraz govori da razlika entalpija radne materije kojaizlazi iz otvorenog termodinamičkog sistema H2 i radnematerije koja ulazi u otvoreni termodinamički sistem H1nastaje usled dovođenja količine toplote Q12 i/ilidovođenja količine tehničkog rada Wt12 u otvorenitermodinamički sistem.

121212 tWQHHH

Relacija za prvi zakon termodinamike u integralnomobliku za otvorene sisteme:

Ovaj izraz govori da razlika entalpija radne materije kojaizlazi iz otvorenog termodinamičkog sistema H2 i radnematerije koja ulazi u otvoreni termodinamički sistem H1nastaje usled dovođenja količine toplote Q12 i/ilidovođenja količine tehničkog rada Wt12 u otvorenitermodinamički sistem.

Termodinamički procesi(promene stanja) Kako se tokom vremena u nekom termodinamičkom

sistemu može menjati ili temperatura ili pritisak ilizapremina to predstavlja njegovu promenu stanja.

Da bi se te promene bolje izračunale, dalje se uvodidefinicija promene stanja, kao i kvazistatičkih inekvazistatičkih promena stanja.

Zatim se za kvazistatičke promene stanja pokazuje kakose izrčunava apsolutni rad, tehnički rad i razmenjenakoličina toplote, vrednost specifične toplote, uvodi sedefinicija kvazistatičke politrope, izentrope, izohore,izobare, i izoentrope.

Kako se tokom vremena u nekom termodinamičkomsistemu može menjati ili temperatura ili pritisak ilizapremina to predstavlja njegovu promenu stanja.

Da bi se te promene bolje izračunale, dalje se uvodidefinicija promene stanja, kao i kvazistatičkih inekvazistatičkih promena stanja.

Zatim se za kvazistatičke promene stanja pokazuje kakose izrčunava apsolutni rad, tehnički rad i razmenjenakoličina toplote, vrednost specifične toplote, uvodi sedefinicija kvazistatičke politrope, izentrope, izohore,izobare, i izoentrope.

Termodinamički procesi(promene stanja)

Svaka promena stanja pri kojoj nemamo razmenutoplote predstavlja izentropsku promenu stanja.

Promena stanja koja se odigrava u nekom zatvorenojstaklenoj posudi predstavlja izohorsku promenu stanja.

Promena stanja koja se odigrava tako što se održavastalna temperatura u radnom gasu jeste izotermskapromena stanja.

Promena stanja pri kojoj nema promena pritiska jeizobarska promena stanja.

Svaka promena stanja pri kojoj nemamo razmenutoplote predstavlja izentropsku promenu stanja.

Promena stanja koja se odigrava u nekom zatvorenojstaklenoj posudi predstavlja izohorsku promenu stanja.

Promena stanja koja se odigrava tako što se održavastalna temperatura u radnom gasu jeste izotermskapromena stanja.

Promena stanja pri kojoj nema promena pritiska jeizobarska promena stanja.

Promene stanja, kvazistatistatičke inekvazistatičke

Pod temodinamičkim procesom ili promenom stanjatermodinamičkog sistema podrazumeva se prelazakposmatranog termodinamičkog sistema iz nekogpočetnog stanja u nako drugo stanje pri čemu se menjaili jedna ili više veličina stanja tog sistema.

Ukoliko se tokom termodinamičkog procesa menjasastav sistema (struktura i/ili količina mase u jednoj iliviše njegovih faza) onda je to hemijski proces.

Ukoliko nema promena u sastavu niti jedne od faza tadase radi o fizičkom procesu.

Pod temodinamičkim procesom ili promenom stanjatermodinamičkog sistema podrazumeva se prelazakposmatranog termodinamičkog sistema iz nekogpočetnog stanja u nako drugo stanje pri čemu se menjaili jedna ili više veličina stanja tog sistema.

Ukoliko se tokom termodinamičkog procesa menjasastav sistema (struktura i/ili količina mase u jednoj iliviše njegovih faza) onda je to hemijski proces.

Ukoliko nema promena u sastavu niti jedne od faza tadase radi o fizičkom procesu.

Promene stanja, kvazistatistatičke inekvazistatičke

Promena stanja termodinamičkog sistema: a)kvazistatička, b)nekvazistatička

Nekvazistatički procesi Stvarni procesi nisu kvazistatički i nazivaju se

nekvazistatičkim. Nekvazistatiočki procesi odvijaju se veoma brzo. Pri takvim procesima sistem prolazi kroz niz

neuravnoteženih stanja. Primera radi, jedan gas je u neravnotežnom

(neuravnoteženom) stanju ako po čitavoj svojojzapremini nema isti pritisak i temperaturu.

Stvarni procesi nisu kvazistatički i nazivaju senekvazistatičkim.

Nekvazistatiočki procesi odvijaju se veoma brzo. Pri takvim procesima sistem prolazi kroz niz

neuravnoteženih stanja. Primera radi, jedan gas je u neravnotežnom

(neuravnoteženom) stanju ako po čitavoj svojojzapremini nema isti pritisak i temperaturu.

Pauza

Entropija

DRUGI PRINCIP TERMODINAMIKE ZAZATVORENE TERMODINAMIČKESISTEME

Određuje smer toplotnih procesa:toplota nikada ne prelazi spontano sa telakoje ime nižu temperaturu na telo koje imavišu temperaturu.Pored smera toplotnih procesa, drugi principtermodinamike pokazuje nemogućnostpostojanja perpetuum mobile druge vrste.

Određuje smer toplotnih procesa:toplota nikada ne prelazi spontano sa telakoje ime nižu temperaturu na telo koje imavišu temperaturu.Pored smera toplotnih procesa, drugi principtermodinamike pokazuje nemogućnostpostojanja perpetuum mobile druge vrste.

Pojam entropije

Entropija je veličina određena količnikom toplotei apsolutne temperature.

Drugi princip termodinamike opisuje poslediceentropije:Ne može se dobiti rad prenosom toplote sahladnijeg na toplije telo. Isti princip predviđa daentropija sistema prepuštenog samom sebimože samo spontano da raste, sistem prepuštensam sebi nastoji da pređe iz stanja manje ustanje veće uređenosti.

Entropija je veličina određena količnikom toplotei apsolutne temperature.

Drugi princip termodinamike opisuje poslediceentropije:Ne može se dobiti rad prenosom toplote sahladnijeg na toplije telo. Isti princip predviđa daentropija sistema prepuštenog samom sebimože samo spontano da raste, sistem prepuštensam sebi nastoji da pređe iz stanja manje ustanje veće uređenosti.

Spontanost

Svi spontani procesi se odigravaju u smeruporasta entropije.

Užarena cev - spontano postaje hladna nasobnoj temp., obratno NIJE spontan

Gas u dvostrukom sudu sa slavinom,spontano se širi u ceo sud, obratnonespontan proces

Toplije telo predaje toplotu hladnijemSPONTANO

Svi spontani procesi se odigravaju u smeruporasta entropije.

Užarena cev - spontano postaje hladna nasobnoj temp., obratno NIJE spontan

Gas u dvostrukom sudu sa slavinom,spontano se širi u ceo sud, obratnonespontan proces

Toplije telo predaje toplotu hladnijemSPONTANO

Spontanost

Proces sagorevanja - rasteentropija

Topljenje leda – raste entropija

Pojam entropije ENTROPIJA PREDSTAVLJA MERU

NEUREĐENOSTI JEDNOG SISTEMA!!!!

Pojam entropije

Entropija i temperatura

Drugi zakontermodinamike

Drugi zakon termodinamike nijeuniverzalni prirodni zakon, ne važi za svesisteme, naročito ne za neobične sisteme(mikrouslovi, svemirski uslovi).

Zasnovan je na zajedničkom ljudskomiskustvu, a ne na složenim teorijama ieksperimentima.

Drugi zakon termodinamike nijeuniverzalni prirodni zakon, ne važi za svesisteme, naročito ne za neobične sisteme(mikrouslovi, svemirski uslovi).

Zasnovan je na zajedničkom ljudskomiskustvu, a ne na složenim teorijama ieksperimentima.