Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1. Termodinamički sistemi
2.Rad i unutrašnja energija gasova
3. I zakon termodinamike
4. Specifična toplota gasova
5. Termodinamički procesi i rad priekspanziji gasa
6. II zakon termodinamike
7. III zakon termodinamike
8. Karnoov ciklus
9. Jednačina stanja realnih gasova
Termodinamika je naučna disiplina koja se bavi:
a) proučavanjem pretvaranja energije iz jednog oblika u
drugi,
b) proučavanjem energetskih efekata u fizičkim i hemijskim
procesima i njihovom zavisnošću od uslova
pod kojima se odvijaju i
c) mogućnošću, smerom i ograničenjima
spontanih procesa pod datim uslovima.
Pretvaranje energije je vezano za termodinamički
sistem.
Termodinamički sistem je određena količina materije
(supstancije) ograničena zatvorenom površinom koja
sistem odvaja od okoline.
Termodinamički sistem je određeni
prostor koji se izabere za ispitivanje.
Okolina sistema je sve što se nalazi van
granica sistema tj. van njegove granične
površi.
Okolinu sistema čine svi sistemi sa
kojima termodinamički sistem razmenjuje
energiju protokom toplote i vršenjem rada.
Sistemi mogu biti:
1) U slučaju da je temperatura sistema TS
veća od temperature okoline TOK sistem
predaje količinu toplote Q okolini i ta
količina ima negativnu algebarsku
vrednost.
2) U slučaju da je TS < TOK okolina predaje
količinu toplote Q sistemu i ta količina
ima pozitivnu algebarsku vrednost.
3) U slučaju da je TS = TOK nema prenosa
toplote sa sistema na okolinu i obnuto ,
pa je Q=0, tj. sistem i okolina su u
toplotnoj ravnoteži.
Prenesena toplotna energija sa sistema na okolinu ili
obrnuto je količina toplote Q (J). Količina toplote može po
da bude pozitivna ili negativna.
Termodinamički sistemi
mogu biti:
- neravnotežni: sistem čije su
termodinamičke osobine
promenljive u vremenu i
- ravnotežni: sistem čije su
termodinamičke osobine
nepromenljive u vremenu.
Stanje termodinamičkog sistema se opisuje paramatrima
stanja: pritiskom P, temperaturom T i zapreminom V.
Termodinamička ravnoteža
podrazumeva postojanje:
1) termičke ravnoteže - temperatura
je ista u svim delovima
termodinamičkog sistema,
2) hemijske ravnoteže - hemijski
sastav je isti u svim tačkama sistema
i ne menja se i
3) mehaničke ravnoteže – nema makroskopskih kretanja u
sistemu ili sistema u odnosu na okolinu.
Nulti zakon termodinamike glasi:
ako se posmatraju tri sistema A, B i C, i ako
su sistemi A i C kao i B i C u termičkoj
ravnoteži, tada moraju biti i A i B u termičkoj
ravnoteži.
Posmatra se gas u zatvorenom
cilindru sa pokretnim klipom (koji
može da se pomera bez trenja),
zanemarljive mase i površine
poprečnog preseka S. Prilikom
dovođenja toplote gasu
(zagrevanjem), on se širi (što se
ogleda u pomeranju klipa) i
povećava svoju zapreminu.
Gas određenom silom pritiska FP potiskuje klip na
gore za mali pomeraj. Kako je pomeraj mali, može se
smatrati da je sila konstantna na tom delu puta. Tada je:
Elementarni rad koji izvrši gas pri pomeranju klipa je:
DV je elementarna promena zapremine
gasa usled pomeranja klipa.
Na osnovu III Njutnovog zakona i klip
(okolina) deluje na gas silom istog
intenziteta i pravca ali suprotnog
smera, pa klip (okolina) nad gasom vrši
negativan rad.
Ako gas (sistem) vrši rad (klip ide na gore), taj rad je
pozitivan (A>0), a ako se nad gasom vrši rad (klip ide na
dole), rad je negativan (A<0).
Unutrašnja energija tela je zbir kinetičkih i potencijalnihenergija svih mikročestica koje čine to telo (molekula,atoma, neutrona, protona i elektrona).
Unutrašnja energija idealnog gasa je jednaka zbirukinetičkih energija haotičnog translatornog kretanjasvih molekula tog gasa.*
* Zašto???
I Molekuli idealnog gasa se smatraju
materijalnim tačkama, a to znači da oni kao
tačke nemaju unutrašnju strukturu – što
uklanja sve čestice, osim samih molekula, iz
definicije.
II Smatra se da molekuli idealnog gasa
međusobno ne deluju privlačnim ili
odbojnim silama – što uklanja i potencijalne
energije iz definicije.
Za 1 molekul idealnog gasa je:
Za N molekula idealnog gasa njegova
unutrašnja energija je:
Iz MKT gasova je:
Unutrašnja energija određene
količine gasa (nm = const.) direktno je
srazmerna apsolutnoj temperaturi
gasa.
Unutrašnja energija sistema (ili
tela) je funkcija stanja sistema.
Promena unutrašnje energije
sistema, gasa, pri prelasku iz
stanja 1 u stanje 2 jednaka je
razlici unutrašnjih energija
karakterističnih za ta stanja , tj.
Ova promena ne zavisi od vrste
procesa, odnosno načina na koji je
došlo do promene stanja (U ~ T).
1) Količina toplote koja se dovodi sistemu se troši na
povećanje unutrašnje energije sistema i na rad koji
sistem vrši nad okolinom.
I zakon termodinamike odražava opšti zakon održanjaenergije*:
* Energija se ne može izgubiti niti se može ni iz čega stvoriti,moguće je samo pretvaranje jednog vida energije u drugi.
Predstavlja uopštavanje ZOE**,
obuhvatajući i promene unutrašnje
energije.
**Ukupna mehanička energija
zatvorenog (izolovanog) sistema
tela, između kojih deluju samo
konzervativne sile, ostaje
nepromenjena (konstantna).
Predstavlja proširenje zakona o održanju energije i na
sisteme koji nisu izolovani.
2) Nemoguć je perpetuum mobile I vrste.
Nemoguće je stvoriti takvu mašinu koja bi proizvodilamehanički rad neprekidno, bez utroška energije iznekog spoljašnjeg izvora.
Iz matematičkog oblika I zakona:
za Q = 0⇒ što znači da gas
tada može vršiti rad samo ako dođe do
smanjenja njegove unutrašnje energije, a
to može potrajati samo neko kratko
vreme, tj. dok gas ne potroši svu svoju
unutrašnju energiju, tj. dok se ne ohladi
do apsolutne nule.
3) Povećanje unutrašnje energije sistema jenako je
količini energije koja se sistemu dovodi zagrevanjem
umanjenoj za rad sistema kao reakcije na okolinu.
⇒ Postoje dva načina da se poveća unutrašnja energija
gasa, ali i bilo kog tela:
a) da se gasu doda izvesna količina unutrašnje energije Q.
b) da se nad gasom izvrši kompresija, sabijanje, tj. da nad
njim izvrši rad neka spoljašnja sila (na to ukazuje negativan
predznak ispred rada u poslednjem obrascu).
1) kada se gasu dovodi toplota, onmože da se širi (povećava svojuzapreminu) tako da mu pritisakostaje konstantan (P =const) i
2) gas može da se zagreva uzatvorenom sudu stalne zapremine(V=const), pri čemu mu sepovećava pritisak.
Specifična toplota čvrstih i tečnih tela definisana je pod
uslovom da se toplotno širenje zanemaruje (V=const.).
Kod gasova je toplotno širenje veoma izraženo, pa se
uzima u razmatranje.
Zagrevanje gasa se može da odvija pod različitim
okolnostima. Dva slučaja su najvažnija:
Specifična toplota gasa pri P=const., , je količina
toplote koju treba dovesti jediničnoj masi gasa da bi
mu se temperatura povećala za 1º, pri čemu se gasu
dozvoljava širenje uz konstantan pritisak (izobarska
ekspanzija).
Specifična toplota gasa pri
V=const., , je količina
toplote koju treba dovesti
jediničnoj masi gasa da bi
mu se temperatura povećala
za 1º, pri čemu se gasu
dozvoljava širenje uz
konstantnu zapreminu
(izohorska ekspanzija).
Odnos specifične toplote pri
konstantnom pritisku i specifične
toplote pri konstantnoj zapremini
predstavlja Poasonov koeficijent:
*Ovo su vrednosti za idealne gasove a u aproksimaciji se mogu uzeti i za realne gasove.
Eksperimentalno je ustanovljeno da je
Molekulske (ili molarne) specifične toplote gasa pri P=const.
i pri pri V=const. se definišu kao:
gde je M molekulska masa gasa.
Za određenu količinu idealnog gasa je:
Dokaz: prilikom dovođenja
toplote gasu DQ u zatvorenom
cilindru sa klipom, on se širi
(pomera se klip naviše),
povećava svoju zapreminu za
DV pri povećanju temperature
za DT.
Ukupna dovedena energija pri zagrevanju neke količine
gasa pri P=const. jednaka povećanju njegove unutrašnje
energije i izvršenog spoljašnjeg izvršenog mehaničkog rada:
Rad koji izvrši gas pri ekspanziji je:
Opšta jednačina stanja idealnog gasa je:
Kako je:
Razlika molekulske specifične toplote gasa pri P=const. i
molekulske specifične toplote gasa pri V=const. jednaka je
univerzalnoj gasnoj konstanti.
Količina toplote DQ
koja zagreje n molova gasa
pri P=const. pri čemu mu
se temp. promeni za DT je:
Promena unutrašnje energije
DU gasa biće jednaka
dovedenoj toploti koja pri
stalnoj zapremini povisi
temperaturu gasa za DT, tj.
⇒
Prelaz gasa iz jednog
termodinamičkog stanja u
drugo zove se
termodinamički proces.
Pri prelasku gasa iz jednog stanja u drugo promena
unutrašnje energije ∆U gasa zavisi samo od početnog i
krajnjeg stanja gasa, dok količina toplote Q i rad koji vrši
gas zavise od načina promene stanja gasa.
Termodinamički procesi su: 1) izotermski, 2) izobarsku,
3) izohorski, 4) adijabatski 5) povratni i nepovratni i
6) kružni.
Pri širenju, zapremina gasa se povećava, gas pomera klip
udesno i vrši pozitivan rad.
Pri sabijanju, zapremina gasa se smanjuje, klip se pomera
ulevo i vrši pozitivan rad na gasu dok je rad gasa negativan.
1.Izotermski termodinamički proces
Bojl - Mariotov zakon:
Grafički prikaz u P-V dijagramu: izoterma (na slici p i k
označavaju početno i krajnje stanje gasa).
Promena unutrašnje energije je:
I zakon termodinamike:
Sistem (gas) pri izotermskom
procesu utroši svu primljenu
količinu toplote na vršenje rada.
1. Izotermski termodinamički proces
Ukupan rad koji gas izvrši pri promeni
zapremine od V1 do V2 jednak je
površini ispod krive od početne (p)
do krajnje (k) vrednosti zapremine,
tj. osenčanoj površini na slici.
1. Izotermski termodinamički proces
Ako se gas širi tj. zapremina se povećava ova površina ima
pozitivnu algebarsku vrednost, a ako se zapremina smanjuje,
tada je površina negativna.
GejLisakov zakon:
Grafički prikaz u P-V dijagramu: izobara.
2. Izobarski termodinamički proces
I zakon termodinamike:
Sistem (gas) pri izobarskom
procesu utroši svu primljenu
količinu toplote na povećanje
unutrašnje energije i na
vršenje rada.
2. Izobarski termodinamički proces
Rad je: Prilikom širenja gas vrši rad pa je
on pozitivan (i obrnuto), a grafički,
rad predstavlja osenčenu površinu
ispod izobare .
Šarlov zakon:
Grafički prikaz u P-V
dijagramu: izohora.
3. Izohorski termodinamički proces
I zakon termodinamike:
Sistem (gas) pri izohorskom
procesu utroši svu primljenu
količinu toplote na povećanje
unutrašnje energije. Rad se pri
ovom procesu ne vrši.
Promena stanja kod kojeg ne postojirazmena toplota između radnog tela(gasa) i okoline zove se adijabatskapromena stanja ili adijabatskiproces.
4. Adijabatski termodinamički proces
Postoje dva načina da se izvrši ovaj proces:
I da se gas zatvori u posudu koja je maksimalno toplotno
izolovana od svoje okoline.
II da se proces u gasu desi jako brzo, tako da gas, u toku
trajanja procesa, nema vremena za značajniju razmenu toplote
sa svojom okolinom.
Vrši se u toplotno izolovanim sistemima.
4. Adijabatski termodinamički proces
I princip termodinamike:
Pri pozitivnom radu doći će do
negativne promene unutrašnje energije
ako je proces adijabatski. Drugim rečima,
ako dođe do brzog, tj. adijabatskog širenja
gasa tada će obavezna posledica biti i
njegovo hlađenje.
Pri negativnom radu doći će do
pozitivne promene unutrašnje energije
ako je proces adijabatski. To znači da ako
dođe do brzog, tj. adijabatskog sabijanja
gasa tada će posledica biti zagrevanje gasa.
Pri adijabatskim procesima sistem vrši rad samo na
račun svoje unutrašnje energije.
Za adijabatski proces važe Poasonove formule. To su
jednačine adijabatske promene stanja:
4. Adijabatski termodinamički proces
je Poasonov koeficijent (broj).
Pri adijabatskom širenju gas se hladi, apri sabijanju zagreva.
Ako gas vrši adijabatsku ekspanziju,onda on vrši spoljašnji rad na račun svojeunutrašnje energije, njegova T opada;usled hlađenja njegov P će brže opadatinego u slučaju izotermske ekspanzije.
Pri adijabatskoj ekspanziji gasa, njegov Popada i usled povećanja V i usledrashlađivanja.
4. Adijabatski termodinamički proces
Grafički se u P-V dijagramu
adijabatski proces prikazuje
adijabatom a rad koji gas
izvrši, prilikom ekspanzije, ili
rad koji se izvrši nad gasom
prilikom kompresije jednak je
površini ispod krive od
početne do krajnje vrednosti
zapremine, tj. osenčanoj
površini na slici.
4. Adijabatski termodinamički proces
4. Adijabatski termodinamički proces
Rad gasa kod adijabatskog
procesa manji je nego kod
izotermskog.
5) Povratni i nepovratni termodinamički procesi
Povratan proces (reverzibilni) je takav proces kojimože da se vrši u dva suprotna smera i koji pri tome neostavlja nikakve promene u okolini. Ovo jeidealizovani proces.
Nepovratan (ireverzibilni) je takav proces koji sespontano vrši samo u jednom smeru. Realni procesi sunepovratni.
Jedan izolovani sistem
vrši kružni proces ako
polazeći iz svog početnog
stanja, prođe kroz niz drugih
različitih stanja i ponovo se
vrati u svoje prvobitno
stanje. Obično se predstavlja
kružnom linijom.
6) Kružni procesi
I zakon termodinamike je poseban slučaj opšteg
zakona održanja energije.
On govori o međusobnom pretvaranju toplotne i
mehaničke energije koja nastaje promenom
energetskog stanja sistema.
On ne određuje smer u kome će se vršiti neki proces
transformacije energije.
Taj smer određuje II zakon.
I Kelvin-Planck-ova definicija:
“Nemoguće je napraviti mašinu koja bi
radeći u ciklusu uzimala toplotu iz
rezervoara konstantne temperature i
pretvarala je u ekvivalentnu količinu rada
bez ikakvih promena u sistemu i okolini”
Nijedna toplotna mašina ne može imati
efikasnost 100%.
Perpetuum mobile II vrste ne postoji.
Da bi mašina radila
radni fluid mora
razmenjivati toplotu sa
okolinom i izvorom.
II Clausius-ova definicija:
“Nemoguće je napraviti mašinu koja bi
radeći u kružnom procesu, prenosila
toplotu sa hladnijeg na topliji sistem, bez
ikakvih drugih promena na ovim sistemima
i okolini” .
Prirodni prelaz toplote sa toplijeg na hladnije telo
je npr. sa Sunca na Zemlju. Obrnut proces se ne
odvija prirodno, spontano, samo od sebe, bez
intervencije spolja.
Mašina koja prenosi toplotu sa hladnijeg na toplije
telo je frižider ali njegov rad omogućava motor.
“Toplota uvek spontano prelazi sa toplijeg
na hladnije telo, a nikada sa hladnijeg na
toplije”.
“Priroda teži ka prelazu iz manjeverovatnog stanja u više verovetnostanje”.
III Ludwig Boltzmann-ova definicija:
“Ne može se dobiti rad prenosom toplote
sa hladnijeg na toplije telo. Isti princip
predviđa da entropija sistema
prepuštenog samom sebi može samo
spontano da raste, sistem prepušten
sam sebi nastoji da pređe iz stanja
manje u stanje veće uređenosti”.
“Entropija zatvorenog termodinamičkog sistema
uvek teži da raste”.
Entropija je stepen neuređenosti datog termod.
sistema tj. entropija je mera haosa u datom
termodinamičkom sistemu.
IV Zakon rastuće entropije
Ako telo temperature T primi
ili otpusti beskonačno malu
količinu toplote dQ i pri tom
pređe iz nekog stanja 1 u stanje
2, promena entropije tela je:
Entropija (S) je veličina određena količnikom toplote
i apsolutne temperature.
Svi spontani procesi se
odigravaju u smeru porasta
entropije.
Veća entropija, veći haos;
manja entropija, veći red u
termod. sistemu. Najveću
entropiju sistem ima u
ravnotežnom stanju.
Entropija predstavlja
svojstvo termod. sistema.
Primer termodinamičke verovatnoće
Termodinamička verovatnoća stanja je broj različitih mikrostanja kojima se
realizuje dato makrostanje.
Svaki toplotni proces u izolovanom termodinamičkom sistemu odvija se od
stanja manje ka stanju veće termodinamičke verovatnoće. Najveću verovatnoću
ima stanje termodinamičke ravnoteže. Najveću entropiju sistem ima u
ravnotežnom stanju.
U jednom sudu su četiri kuglice različitih
boja. Ako bi se kuglice neprekidno kretale i
elastično sudarale, mogućnost da se u
nekom trenutku u svakoj polovini suda
nađu po dve kuglice veća je 6 puta od
mogućnosti da sve četiri kuglice budu u
jednoj polovini suda.
Dakle, mnogo češće se dobijaju neuređena
stanja od uređenih, odnosno neuređena
stanja su verovatnija od uređenih (imaju
veću termodinamičku verovatnoću).
“Kada se temperatura sistema približava apsolutnoj
nuli entropija teži svojoj minimalnoj vrednosti
odnosno nuli”.
Apsolutna nula se ne može
dostići konačnim brojem
termodinamičkih procesa.
Ovo tvrđenje je posledica Nernstovog postulata:
Na apsolutnoj nuli entropija svakog tela (sistema)
jednaka je nuli.
Entropiju je prvi opisao Karno prilikom ispitivanja rada
termičkih masina.
Toplotne mašine
Toplotne mašine su uređaji koji radi periodično i vršerad na račun dobijene toplote.
- Način rada toplotne
mašine:
- mehanički rad se dobija
kada toplota Q1 preko radnog
tela (najčešće gasa) prelazi sa
tela više temp. T1 (grejača) na
telo niže temp. T2 (hladnjak)
-radno telo jednim delom vrši
rad A, a preostalu energiju
predaje hladnjaku u vidu
količine toplote Q2.
Karno je proučavao uslove
kružnog procesa kod idealne
mašine pri kome se postiže
maksimum rada koji može da
proizvede fluid u zatvorenom
termičkom sistemu.
Ovaj kružni proces se zove
Karnov proces.
Karnoova teorija:
“Nijedna termodinamička mašina, koja ima izvor toplote i
hladnjak, ne može biti efikasnija od Karnoove mašine u
istom toplotnom okruženju”.
Stepen pretvaranja termičke energije u mehanički rad se
izražava stepenom korisnog dejstva – Karnoovim faktorom h.
Idealna toplotna mašina bi bila ona koja radi po ciklusu
sastavljenom od adijabata i izotermi.
Kružni proces sastavljen od četiri reverzibilna
procesa: dva izotermska i dva adijabatska, zove se
Karnoov ciklus.
Radno telo je 1 mol gasa u idealnom gasnom stanju
koji se nalazi u cilindričnom sudu pod klipom. Dva
toplotna rezervoara* imaju temperature T1 i T2 koje su
const., T1 > T2, prvi je je grejač a drugi hladnjak.
*Toplotni rezervoar je telo relativno velikog toplotnog kapaciteta
koji može davati ili apsorbovati konačnu količinu energije bez
ikakve promene temperature.
Cilindar je toplotno
izolovan od okoline sa svih
strana sem sa donje sa koje
je prislonjen na topl. rezerv.
teperature T1. Tada toplota
Q1 prelazi sa rezervoara na
gas pa se brzo temperatura
gasa izjednači sa T1.
U položaju klipa 1
stanje 1 mola idealnog
gasa je P1, V1, T1.
I proces (1→ 2) – izotermska ekspanzija gasa
Pritisak se smanjuje,
zapremina povećava, nema
povećanja unutrašnje
energije (T1=const.).
Toplota se pretvara u rad
gasa na pomeranju klipa.
Stanje gasa:
P1, V1, T1 → P2, V2, T2 .
PV dijagram: izoterma
1-2.
Rad koji izvrši gas (na račun apsorbovane toplote) pri izotermskoj
ekspanziji A1 je pozitivan i srazmeran površini ispod izoterme
1’122’1’.
Cilindar se odvoji od toplotnog rezervoara, toplotno se izoluje
i sa donje strane. Gas vrši ekspanziju do položaja klipa 3,
temperatura mu opada do T2, zapremina se povećava, pritisak
se smanjuje. Rad vrši gas pomeranjem klipa na račun
smanjenja unutrašnje energije.
II proces (2→ 3) – adijabatska ekspanzija gasa
Stanje gasa:
P2, V2, T1 → P3, V3, T2 .
PV dijagram: adijabata
2-3.
Rad koji izvrši gas pri
adijabatskoj ekspanziji A2
je pozitivan i srazmeran
površini ispod adijabate
2’233’2’.
Skine se izolacija sa dna cilindra i prisloni se uz toplotni rezervoar
temperature T2. Gas već ima temperaturu T2. Vrši se izotermska
kompresija pri čemu se toplota nastala usled kompresije predaje
hladnijem rezervoaru. Pritisak se povećava, nema promene
unutrašnje energije, zapremina se smanjuje.
III proces (3 → 4) –izotermska kompresija gasa
Stanje gasa:
P3, V3, T2 → P4, V4, T2 .
PV dijagram: izoterma
3-4.
Nad gasom se izvrši rad
A3 koji je negativan i
srazmeran površini ispod
izoterme 33’4’43.
Cilindar se odvoji od toplotnog rezervoara, toplotno se izoluje i
sa donje strane. Gas vrši kompresiju do položaja klipa 1,
temperatura mu raste do T1, zapremina se smanjuje, pritisak se
povećava.
IV proces (4 → 1) – adijabatska kompresija gasa
Stanje gasa:
P4, V4, T2 → P1, V1, T1 .
PV dijagram: adijabata
4-1.
Nad gasom se izvrši rad
A4 koji je negativan i
srazmeran površini ispod
adijabate 44’1’14.
Gas je opet u početnom stanju, završen je
jedan termod. ciklus.
Gas je izvršio kružni proces.
Oduzeta toplota od toplijeg rezervoara nije celokupno
pretvorana u rad, već se deo ove toplote kao neiskoriščen
predaje hladnom rezervoaru.
Pozitivnom radu koji izvrši gas pri ekspanziji odgovara
površina ispod krive 123.
Negativnom radu pri kompresiji gasa odgovara
površina ispod krive 143.
Radovi pri adijabatskim
procesima si jednaki jer je
ista promena temperature.
Mehanički rad koji se preko
ovog ciklusa dobija iz toplote
srazmeran je površini 12341 u
PV dijagramu i jednak je:
Termički koeficijent korisnog dejstva Karnoovog
ciklusa za idealnu termičku mašinu (nema gubitka
toplote usled trenja) je:
Može se pokazati da je:
Vrednost koeficijenta korisnog dejstva Karnoovog ciklusa
pokazuje koliki deo toplote, one koju dobija iz
grejača, radno telo iskoristi za vršenje rada.
Kako je rad uvek manji od uložene količine toplote Q1
vrednost koeficijenta je uvek manja od jedinice:
Karnoov ciklus je idealizovan fizički proces.
Pomoću Karnoovog ciklusa može se analizirati i ma
koji realan proces ako se on podeli na veći broj
Karnoovih ciklusa, pri to će se adijabate poništiti.
Karnoov ciklus je reverzibilan kada postoji ravnoteža i
kada se vrši beskonačno lagano. Kako je to praktično
nemoguće, onda je svaki ciklus koji odgovara Karnoovom
uvek manje ili više ireverzibilan.
Što je proces više ireverzibilan to je Karnoov faktor h
sve manji.
1. Idealno gasno stanje se praktično nikad ne
postiže i predstavlja samo granično stanje
kome se gasovi približavaju u svom ponašanju:
pri vrlo niskim pritiscima
(znatno ispod atmosferskog)
pri vrlo visokim temperaturama
(koje se približavaju kritičnim)
veliko rastojanje između molekula; nema
interakcija između njih; zapremina samih
molekula je zanemarljiva u odnosu na
zapreminu suda u kome se gas nalazi .
izraženo termalno
kretanje narušava
međumolekulska
dejstva .
Pretpostavlja se da se ovi gasovi ne mogu prevesti u tečno stanje.
2. Realni gas
1) Zakoni koji važe za idealno gasno stanje se ne mogu
primeniti na realno gasno stanje.
2) Odstupanje realnih gasova od idealnih je veće na visokim
pritiscima i niskim temperaturama blizu kondenzacije.
3) Privlačne sile među molekulima nisu male i samim tim se
ne mogu zanemariti.
4) Ukupna zapremina samih molekula gasa nije mala i ne
može se zanemariti u odnosu na zapreminu suda u kome se
gas nalazi.
Opšta jednačina stanja idealnih gasova:
3. Van der Valsova jednačina
Van der Vals je kod realnih gasova, pri
većim pritiscima i nižim temperaturama,
uveo dve korekcije : a) za zapreminu i b) za
pritisak.
- Pritisak gasa kada je dejstvo među molekulima jednako
nuli i jednak je stvarnom pritisku gasa.
- Zapremina u kojoj molekuli gasa mogu
da se kreću i jednaka je zapremini suda u
kojoj se gas nalazi.
a) Pri većim pritiscima gasovi pokazuju veću zapreminu od
zapremine koja se očekuje kod idealnog stanja zbog
sopstvene zapremine molekula .
3. Van der Valsova jednačina
- Zapremina u kojoj molekuli mogu da se kreću
(smanjuje se prazan prostor u kom se oni slobodno kreću).
- Ukupna zapremina, zapremina suda.
- Kovolumen –zapremina koja odgovara jednom molu gasa
a u kojoj molekuli ne mogu da se kreću. Ta zapremina ne
odgovara zapremini samih molekula već je veća od nje
(m³/mol)
Molekuli su sfernog oblika (nestišljive sfere) i nije ih
moguće spakovati da zapremina koju zauzimaju bude
jednaka njihovoj sopstvenoj zapremini.
3. Van der Valsova jednačina
Deljenjem zapremine sfere
sa zapreminom oba molekula
dobija se da je kovolumen 4
puta veći od zapremine ta dva
molekula.
b) Zbog dejstva međumolekulskih privlačnih sila (Van derValsovih) realni gasovi pokazuju manji pritisak od onogkoji se dobija po jednačini idealnog gasnog stanja odnosnopo kinetičkoj teoriji gasova .
Korekcija pritiska koji potiče od privlačenja između
molekula gasa zove se unutrašnji ili kohezioni pritisak .
Sila koja deluje na molekule u blizinizida srazmerna je gustini gasa, ali je ibroj molekula koji udaraju u zid i odkojih potiče pritisak, takođesrazmeran gasnoj gustini pa ćeunutrašnji pritisak biti srazmerankvadratu gustine, odnosno obrnutosrazmeran kvadratu zapremine gasa:
Tačnost jednačine je ograničena zbog mikroprocesa u
gasovima.
Na visokim temperaturama i
niskim pritiscima (velika
zapremina) jednačina Van der
Valsa prelazi u jednačinu
idealnog gasnog stanja.