Termodinamika

Termodinamika (grč. θερμη, vrelina i δυναμις, snaga) je grana fizike koja proučava posledice promene pritiska, temperature i zapremine u makroskopskim fizičkim sistemima. Ova analiza se vrši primenom statističkih metoda na njegove elementarne čestice.^[1]^[2] Pominjanje „vreline“ u imenu se odnosi na protok energije, a „snaga“ se odnosi na kretanje. Termodinamika dakle proučava protok toplotne energije i način na koji ona prozvodi mehanički rad (pokret). Termodinamika se razvila u 19. veku kroz pokušaje da se poveća efikasnost ranih parnih mašina.^[3]

Tipičan termodinamički sistem se sastoji iz toplotnog izvora (grejača) i odvoda toplote (hladnjaka). Ovakav sistem proizvodi mehanički rad (klipova, poluga, zamajaca, i sl.). Moguća je i obrnuta situacija gde mehanički rad ima za posledicu odvođenje toplote, u kom slučaju se sistem naziva toplotna pumpa (primer: frižider).

Teorijska osnova termodinamke su termodinamički zakoni. U njima se pominje fizička veličina „entropija“ koja opisuje sve termodinamičke sisteme. To je mera za „vezanu“ energiju zatvorenog materijalnog sistema, tj. za energiju koja se, nasuprot „slobodnoj“, više ne može pretvoriti u rad. Po drugoj definiciji, entropija je merilo neuređenosti sistema.

U širem smislu, termodinamika obuhvata nauku o toplotnim osobinama materije i prelazima između agregatnih stanja (faznim prelazima).

Termodinamički procesi

Termodinamički procesi se definišu kao promene termodinamičkog sistema od početnog do krajnjeg stanja. Po pravilu, termodinamički procesi se razlikuju od drugih procesa po vrsti energije i fizičkim parametrima. Tri ključna parametra termodinamičkih procesa su: temperatura, pritisak i zapremina. Radi naučne analize, moguće je razvrstati termodinamičke procese u sledeće kategorije:

Izobarski procesi se vrše pri konstantnom pritisku
Izohorski procesi se vrše pri konstantnoj zapremini sistema
Izotermski procesi se vrše pri konstantnoj temperaturi
Adijabatski procesi su energetski neutralni (sistem ne prima i ne gubi energiju od okoline)
Izoentropijski procesi (reverzibilni adijabatski procesi) ne menjaju entropiju sistema
Izoentalpijski procesi ne menjaju entalpiju sistema
Ravnotežno stanje je proces u kome se ne menja unutrašnja energija sistema

Zakoni termodinamike

Postoje četiri opšta zakona termodinamike čija važnost ne zavisi od detalja termodinamičkih sistema i njihovih interakcija, već samo od protoka materije i energije. Četiri zakona termodinamike su:

Nulti zakon termodinamike, tvrdi da je termodinamička ravnoteža relacija ekvivalencije

Ako su dva termodinamička sistema u ravnoteži sa trećim, onda su u ravnoteži i među sobom.

Prvi zakon termodinamike, odnosi se na očuvanje energije

Promena unutrašnje energije zatvorenog termodinamičkog sistema jednaka je zbiru toplotne energije dodate sistemu i termodinamičkog rada primenjenog na sistem.

Drugi zakon termodinamike, odnosi se na entropiju

Ukupna entropija izolovanog termodinamičkog sistema se vremenom uvećava, sve do maksimalne vrednosti.

Treći zakon termodinamike, odnosi se na temperaturu apsolutne nule

Kada se sistem asimptotski približava temperaturnoj apsolutnoj nuli, svi procesi praktično prestaju, a entropija teži minimumu (nuli).

Prenošenje toplote

Ako dva fizička tela imaju istu temperaturu smatra se da su ona u toplotnoj ravnoteži i u tom slučaju ne utiču jedno na drugo. Ne postoji transfer toplotne energije. Ako je jedno telo toplije (ima višu temperaturu), javlja se transfer toplotne energije od toplijeg ka hladnijem, na tri moguća načina: kondukcijom, konvekcijom, i zračenjem. Prenos toplote sa hladnijeg tela prema toplijem nije moguće (vidi: Drugi zakon termodinamike).

Razmena toplote kondukcijom se odnosi na direktan kontakt dva fizička tela. Konvekcija podrazumeva neki fluid, kao medijum, koji se zagreva kondukcijom i prenosi toplotu drugom čvrstom telu na isti način. Stanovi se greju pretežno konvekcijom toplote: peć ili radijator zagreva vazduh, koji strujanjem ide do drugih tela i prenosi na njih toplotu kondukcijom. Zračenjem se prenosi toplota između dva udaljena fizička tela bez posredstva nekog medijuma. Na ovaj način Sunce zagreva Zemlju.

Povezano

Reference

↑ Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.
↑ Clark, John, O.E. (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.
↑ Clausius, Ruldolf (1850). On the Motive Power of Heat, and on the Laws which can be deduced from it for the Theory of Heat. Poggendorff's Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 0-486-59065-8.

[Perrot-1] Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.

[2] Clark, John, O.E. (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.

[3] Clausius, Ruldolf (1850). On the Motive Power of Heat, and on the Laws which can be deduced from it for the Theory of Heat. Poggendorff's Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 0-486-59065-8.

[1]

[2]

[3]