I Zakon Termodinamike

7/23/2019 I Zakon Termodinamike

1/16

NULTI I PRVI ZAKON

TERMODINAMIKE


2/16

ako su dva sistema A i B u meusobnom termikom kontaktu, i u ravnotei satreim sistemom C onda su u ravnotei i jedan sa drugim

NULTI ZAKON (princip)TERMODINAMIKE


3/16

Ako se sistemi A i Cpre nego to se dovedu u kontakt, nalaze se na ravnotenom pritisku izapremini: PA

' , VA' i PC

' , VC'. Dovoenjem u kontakt uspostavljaju se novi parametri stanja:

PA, VA, PC

, VC. Ovi parametri ne mogu biti nezavisni, oni su vezani uslovom ravnotee pri

emu je fA ( PA,VA) = fC ( PC,VC). Drugim reima, postoji funkcija f( P,V ), koja je ista zaoba sistema koja se nalaze u ravnotei jedan u odnosu na drugi, onda je ova funkcija jednakai za trei sistem, pa je:fA ( PA,

VA) = fB ( PB,VB ) = fC ( PC,

VC) = TA= TB = TC

Termometar je karakteristian primer primene nultog zakona termodinamike odnosnodovoenjenekog referentnog sistema u termalnu ravnoteusa drugim sistemom. U sluaju

ivinog termometra, datoj duini ivinog stuba u kapilari termometra se moe pripisatiodgovarajuatemperatura. Ako se termometar dovede u stanje termalne ravnoteesa nekimsistemom njegova temperatura ese odrediti na osnovu duineivinogstuba termometra.

empirijska temperatura T

temperatura se moeodrediti samo za stanje ravnotee

uslov toplotne ravnotee


4/16

zakon o odranju energijeje opti zakon prirode

energija svemira je konstantna

energija se ne moe unititi niti ponovo ni iz ega stvoriti, ona samo moe prelazitiiz jednog oblika u drugi u strogo ekvivalentnom odnosu (kada je koliina jednevrste energije stvorena, tano ekvivalentna koliina druge vrste ili vrsta mora bitiutroena)

U =U2U1=Q + W

razlika krajnje i poetne unutranje energije sistema(merljiva promena)

koliina razmenjene toploterad

U zatvorenom sistemu promena unutranje energije jednaka je energiji koja prolazikroz granice sistema kao rad i toplota. U izolovanom sistemu promena unutranjeenergije jednaka je nuli, energija je konzervirana.

Ako se nekom gasu dovede koliina toplote Q, i on irei se, izvrava rad W,

onda je promena unutranje energije gasa jednaka sumi energija koju je gas

primio od okoline i energija koju je (u vidu rada) predao okolini.

I ZAKON (princip) TERMODINAMIKE

matematika formulacija


5/16

-promena unutrane energijejednaka je algebarskom zbiru koliine toplote i rada

-toplotakoju sistem apsorbuje se troi se na poveanje unutranje energije sistema ivrenje rada

-iskljuuje se mogunost venog kretanja, tj. neprekidna proizvodnja rada bez dovoenjaekvivalentne koliine energije, tj. iskljuuje se mogunost perpetuum mobile prve vrste iliperpetuum mobile prve vrste je nemogu

Formulacije prvog zakona termodinamike

Sistem (cilindar sa pokretnim klipom u kome se nalazi neki gas) u kontaktu sa

termostatom- energija ovakvom sistemu moe da se promeni toplotnimkontaktom sa termostatom ili pomeranjem klipa

Sistem moe razmenjivati energiju sa okolinom ali ukupna unutranja energija sistema iokoline mora ostati konstantna.


6/16

Qp= U + PV = U2 - U1 + PV2 - PV1

Qp=( U2+ PV2) - ( U1 + PV1)

H = U + PV

funkcija stanja sistema-ENTALPIJA

(ekstenzivna veliina:U -ekstenzivna; V-

ekstenzivna; P-intenzivna; proizvod PVekstenzivna veliina)

dH = dU + PdV

dU = Q + W elementarni rad koji izvri sistem

elementarna koliina toplote koju sistem primi od termostata

elementarna promena unutranje energije(beskonano mala promena)

Rad i toplota nisu funkcije stanja pa se zato ne iskazuju egzaktnim, pravim diferencijalom.Funkcije su puta; menjaju se du puta ali ne nezavisno tako da je njihov zbir nezavisan odputa. Ove promene integraljenjem ne daju Q i W. Postoje sluajevi kada se Q i W moguuiniti zavisnim samo od stanja sistema (adijabatski, izotermski, izohorski, izobarski,izotermsko-izobarski ili izotermsko-izohorski procesi)

zavise od stanja sistema

VdPPdVPdVdQVdPPdVdUPVddUdH

PdQdH

2

1

12 HHHdHQPtoplota koju sistem razmeni sa okolinom pri

konstantnom pritisku (toplotni sadraj)


7/16

Dulov eksperimentzavisnost unutranje energije od pritiska i zapremine

dva bakarna suda

slavinavodeno kupatilo kao termostat

P1 P

2= 0

Kada se slavina otvori, temperatura suda koji

sadri gas opada, a evakuisanog raste, ali nakonuspostavljanja ravnotee, temperatura vode u

sudu ostaje ista kao i na poetku eksperimenta(dT=0) odnosno nema razmene toplote izmeusistema i okoline (dQ=0). Gas nije vrionikakav rad poto se gas irio u vakuum kada jeP2 = 0 i W = -P2dV = 0. Prema tome, pri

promeni pritiska i zapremine idealnog gasa

ne dolazi do promene temperature, a time ido promene unutranje energije,dU=0(dU =

dQ + dW = 0)

za merenje temperature kupatila pre i posle otvaranja slavine

suv vazduh P=22 atm


8/16

totalni izvod unutranje energije

unutranja energija idealnog gasa ne zavisi od pritiska i zapremine pri konstantnoj temperaturi

termodinamika definicija idealnog gasnog stanja

zapreminski koeficijent unutranje energije odnosno unutranji pritisakkoji ima velikuvrednost kod tenosti i vrstih supstanci sa velikim kohezionim silama a kod realnih gasova jemalo

Dulov eksperiment nije mogao da detektuje male toplotne efekte zbog meumolekulskihinterakcija a zbog velikog toplotnog kapaciteta metalnih sudova i kupatila koji su dokazani

Dul Tomsonovim ogledom.

Sledi da U zavisi samo od T a ne i od V odnosno P samo kod idealnih gasova kod kojihnema inetrakcija pa se pri irenju ne vri rad.

= +

0

0

= 0 = 0


9/16

porozna pregrada (pod pritiskom proputa molekule gasa) ili maliotvor

klipovi

sabijanje gasa

irenje gasa

DulTomsonov eksperiment

-gas se iri veoma sporo sa vieg na nii pritisakceo sistem je termiki izolovan tako da je procesadijabatski (dQ = 0)

-ogled je pokazao da je proces sabijanja iirenje gasa praen promenom temperature,odnosno promenom unutranje energijeadijabatskog procesa, na osnovu ega jezakljueno da unutranja energija gasova,osim temperature zavisi i od pritiska i

zapremine-temperatura gasa u delu sa niim P nia i

ova pojava hlaenja gasa pri adijabatskom

irenju se naziva Dul-Tomsonov efekat

P2je malo manji zbog otpora porozne pregrade, pa je

zapremina u desnoj komori V2vea od poetnezapremine gasa u levoj komori V1

Praena promena U sa V kod realnih gasova gde se irenje vri nasuprot meumolekulskimsilama; osetljiviji eksperiment od Dulovog


10/16

W = P1 V1P2V2

ukupan, efektivan rad koji vri gas:

rad koji gas primi da bi preao kroz poroznu pregradu

rad koji gas izvri prilikom ekspanzije

U = U2U1= Q + W Q = 0 U= W = P1V1P2 V2

U2U1= U = P1 V1- P2 V2

Ako sejednainaprimeni na idealan gas (Bojl-Mariotov zakon) dobija se: dU = 0

U2+ P2 V2= U1 + P1 V1

Ako sejednainapreuredi i primeni na realan gas dobija se:

H2= H1 H=0

izvren je tzv. izoentalpijski proces u kome je entalpija ostala konstantna pri

promeni pritiska i zapremine


11/16

Iz Dulovogi DulTomsonovog ogleda sledi:

-pri promeni pritiska i zapremine ostaje nepromenjena unutranja energija idealnog gasa(dU=0)

-i entalpija realnog gasa (dH=0)

=Dul Tomsonov koeficijent

=0 za idealan gas (ne pokazuje D.T. efekat;ne menja t pri irenju

0 za realan gas

DulTomsonov koeficijent je merilo odstupanja gasa od idealnog gasnog stanja. Pozitivna

vrednost odgovara hlaenjupri ekspanziji ( T< 0, P 0,P< 0 ). Za svaki realan gas postoji temperatura na kojoj ovaj koeficijent menja znak odnosnoza koji je = 0, ta temperatura naziva se inverziona temperaturai tada se realan gas ponaakao idealan. Ova temperatura jednaka je dvostrukoj vrednosti Bojlove temperature.Na

sobnoj temperaturi za veinugasova ovaj koeficijent je pozitivan-gas se hladi pri irenjuizuzevvodonika, helijuma i neona za koje ima negativnu vrednost-gas se zagreva pri irenju.Pozitivna vrednost DulTomsonovog koeficijenta pokazuje da su dominantne privlanesile meu molekulima, tako da sistem irei se vri rad nasuprot privlanih sila, na raununutranje energije, usled ega se gas hladi. U suprotnom sluaju, kada Dul Tomsonovkoeficijent ima negativnu vrednost, odbojne sile su dominantne usled ega se gas zagreva.Zbog hlaenja gasa pri irenju, Dul-Tomsonov efekat se danas iroko primenjuje zaprevoenjegasa u tenostanje.


12/16

PRIMENA PRVOG ZAKONA TERMODINAMIKE NA

IDEALNO GASNO STANJE

Bojl-Maritovzakon

( PV = const. ako je T=const. )

Dulov eksperiment

0 , U = f (T) )

idealan gasje takav termodinamiki sistemkoji egzaktno i jednovremeno zadovoljava ovadva uslova


13/16

1. IZOTERMSKE REVERSIBILNE PROMENE ZAPREMINE I PRITISKA

T=const. ; dT=0; dU=0

dU = dQ + dW dQ = -dW 2

1

PdVWQ

2

1 2

1

1

2

2

1

lnlnP

PRT

V

VRT

V

dVRTPdVWQ

maksimalni rad irenja ili minimalni rad sabijanja jer je izotermska promena izvedena

reverzibilnoodnosnobeskonanosporo preko niza ravnotenihstanja

Grafiki prikaz rada pri izotermskom i ireverzibilnom procesu


14/16

2. IZOHORSKI PROCES

V = const. ; dV = 0pa se sa promenom temperature menja samo pritisak

W = - P dV = 0 dQ = dU

Grafiki prikaz izohorskog procesa

P1

P2

P

V V

izohora


15/16

3. IZOBARSKI PROCES

P = const.

PdVdQdU

dWdQdU

2

1

)( 12

V

V

VPVVPPdVW

Grafiki prikaz rada pri izobarskom procesu

U prirodise fiziki procesi irenja i skupljanjatela i hemijske reakcije deavaju prikonstantnom pritisku. Pri istim uslovima

najee se izvode i reakcije u laboratorijama.


16/16

4. IZOBARSKOIZOTERMSKI PROCES

P = const. i T=const.

menja se V pa mora doi do promene broja molova u sistemu

V1= n

1

V2= n

2

pre poetka procesa

po zavretku procesa

W = - (n2RTn1RT) = - n RT

promena broja molova gasnih komponenti

= = 2 1

Documents

I Zakon Termodinamike