dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k a Predmetni nastavnik: dr Radomir Mijailovi (kabinet 106) Literatura

elmi R., Tehnika termodinamika, osnovni udbenik, Saobraajni fakultet, Beograd 2006. elmi R., Zbirka zadataka iz termodinamike i pogonskih maina, pomoni udbenik, Saobraajni fakultet, Beograd Kozi .G., Termodinamika inenjerski aspekti, Mainski fakultet, Beograd, 2007.Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aOSNOVNI POJMOVI I DEFINICIJETermodinamika je deo klasine fizike nauka o energiji.

Naziv termodinamika nastao je od dve grke rei: terme i dynamic. Re terme se prevodi kao toplota. Druga re dynamic ima vie znaenja sila, snaga i sposobnost (npr. sposobnost vrenja rada).

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aPredmet termodinamike je prouavanje i istraivanje svojstava energije i zakonitosti transformacija energije u razliitim fizikim, hemijskim i drugim procesima.

Za razliku od mehanike, gde se prouava samo energija mehanikog kretanja (Ek, Ep) u termodinamici se prouavaju svi oblici energija i njihove transformacije.

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aNastanak termodinamike: prva etvrtina 19-og veka, f(toplotni motori, parne maine), Sadi Karno Razmiljanja o pokretakim silama vatre i o mainama sposobnim da razviju tu silu, 1824. toplotna maina stvara mehaniki rad ne na raun apsorbovanja toplote, ve zahvaljujui prenosu toplote od toplijeg na hladnije telo, toplota se moe iskoristiti samo ako postoji i hladnije telo, slino kao to se energija vode koristi pri njenom protoku sa vieg prema niem nivou.

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aDefinicije: Termodinamiki sistem Radno telo Okolna sredina Granica sistema

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aDefinicije: Termodinamiki sistemTermodinamiki sistem ine sva tela u ogranienom delu prostora, koja su objekat prouavanja, a u uzajamnoj su vezi sa spoljnom sredinom.Definicije: Radno teloU teh. termod. termodinamiki sistem se svodi na telo pomou koga se toplota pretvara u mehaniku energiju ili obratno, pa se takav sistem naziva radno telo. Primer: produkti sagorevanja u motoru unutranjeg sagorevanja.

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aDefinicije: Okolna sredinaOkolnu sredinu predstavljaju sva materijalna tela koja okruuju termodinamiki sistem.Definicije: Granica sistemaTermodinamiki sistem je od okoline odvojen povrinom koja predstavlja granicu sistema. Zavisno od tipa razlikujemo realnu granicu sistema, fiktivnu granica sistema.

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aTermodinamiki sistem, zavisno od uzajamnog dejstva sa drugim sistemima, moe biti: otvoreni zatvoreni poluizolovani izolovani

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aOtvoreni sistem:razmenjuje i masu (supstancu) i energiju (toplotnu i mehaniku)Primer razmenjiva toplote: Ua cev je postavljena u iroj cevi. Kroz njih struje fluidi razliitih temperatura. Kao posledica dolazi do razmene energije izmeu tih fluida, ali i gubitka energije u okolnu sredinu.L mehaniki radm masaQ toplotaSaobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aZatvoreni sistem: konstantna koliina mase, mogua razmena energije sa okolinom.Primer cilindar motora: U toku procesa irenja ili sabijanja, kada su ventili zatvoreni, klip se kree to za posledicu imapromenu zapremine sistema. Takoe, menjaju se i granice sistema. Masa radnog tela (gasa) tokom procesa ostaje ista, dok se vri razmena energije sa okolinom.Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aPoluizolovani sistemi delimina razmena energije:ili samo razmena toplote mehaniki izolovani sistemi (slika a)ili samo razmena mehanike energije termiki izolovani sistemi (slika b).Adijabatska granica sistema ?Saobraajni fakultet, BeogradAdijabatska granica sistema onemoguava razmenu toploteprimer ?Adijabatska granica sistema onemoguava razmenu toploteprimer (priblini) termos boca

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aIzolovani sistem (adijabatski izolovan sistem):nema protoka mase i nema razmena energije sa okolinom (mogua je razmena energije izmeu pojedinih delova termodinamikog sistema).Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aTermodinamiki sistem homogeni heterogeniHomogen sistem fizike veliine i hemijski sastav termodinamikog sistema u svim delovima kontrolisane zapremine isti.Smea gasova?Heterogeni sistem se sastoji iz vie razliitih homogenih delova faza. Na granici faza osobine sistema se karakterisitino i naglo menjaju.Primer? Ona moe da predstavlja homogeni sistem uz uslov da njene komponente hemijski ne reaguju, zatim da ima konstantan sastav i iste fizike osobine po itavoj zapremini. voda koja kljua u kotlu (tena i gasovita faza)Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aV E L I I N E S T A N J A specifina zapremina v m3 kg apsolutni pritisak p Pa temperatura T KSaobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aSpecifina zapremina i gustinaMolarna zapreminan koline materije (1 mol; 1 kmol)Molarna masaSaobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aSaobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aPritisakPosledica udara molekula o povrinu koja ograniava zapreminu radnog tela. spoljanji(barometarski)pritisakNatpritisak manometriPotpritisak (vakuum) vakuumetriAtmosferski pritisak barometriSaobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aTemperatura, termodinamika ravnotea, nulti zakon termodinamike Sistem se nalazi u termodinamikoj ravnotei ako pri prestanku spoljnih uticaja, odnosno pri izolaciji sistema od uticaja okoline, veliine stanja se ne menjaju. Saobraajni fakultet, BeogradPosmatrajmo dva termodinamika sistema koji su, svaki za sebe, u termodinamikoj ravnotei. Neka se posmatrani sistemi dovedu u termiki kontakt. Mogua su dva sluaja.U jednom sluaju sistemi ostaju u prethodnim stanjima termod. ravnotee.U drugom sluaju dolazi do naruavanju term. ravnotea. Ipak, posle odreenog vremena dolazi do uspostavljanja zajednikog stanja termodinamike ravnotee.

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aTemperatura Temperatura je fizika veliina koja karakterie toplotno stanje tela u odnosu na uslovno izabrano nulto stanje.Temperatura odreuje da li je jedan sistem u termod. ravnotei sa drugim sistemom.Saobraajni fakultet, BeogradStepen zagrejanostiVeliina proporcionalna srednjoj kinetikoj energiji translatornog kretanja velikog broja estica supstance

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aSaobraajni fakultet, BeogradTemperaturne skale:CelzijusKelvinFarenhajtReomir

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k atermodinamika ravnoteaNulti zakon termodinamikeSaobraajni fakultet, BeogradPrimer merenje temperature.Neka su sistemi A i B prostorno udaljeni (nisu u termikom kontaktu). Sistem C moe imati ulogu termometra.

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aJ E D N A I N A S T A N J ASvako od ravnotenih stanja je definisano sa odreenim vrednostima veliina stanja: v, p, T. Osnovne veliine stanja su meusobno zavisne i povezane termikom jednainom stanja (krae: jednainom stanja):Saobraajni fakultet, BeogradSvaka jedinstvena (ista) supstanca, u ravnotenim uslovima, ima svoju jednainu stanja. Za iroke raspone pritisaka i temperatura jednaina stanja realne supstance obino ima sloen analitiki oblik.

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aDo jednaine stanja se ne dolazi na osnovu termodinamike analize, ve na osnovu statistike fizike i eksperimenata.Supstanca moe da bude predmet termodinamike analize samo ako je poznata njena jednaina stanja.Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aTERMODINAMIKI PROCESIIzolovani termodnamiki sistem koji se nalazi u ravnotei ne menja stanje spontano, bez uticaja okoline. Ravnotea se naruava zbog spoljnih uticaja (na primer, zagrevanje gasa, pomeranje klipa u cilindru motora) i veline stanja vie nisu iste u svim takama. Po prestanku spoljnih uticaja, sistem ponovo dolazi u novo ravnoteno stanje. Takav proces, pri kome nastaje promena stanja sistema pod dejstvom okolne sredine naziva se termodinamiki proces. Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aKvazistatiki i nekvazistatiki procesi Kvazistatina promena stanja je idealizovan, granini sluaj, kada se sistem stalno nalazi beskonano blizu ravnotenih stanja ili drukije reeno, to je neprekidni niz skoro ravnotenih stanja sistema. Ovakav proces moe da se prikae termodinamikim dijagramom gde za svako meustanje moe da se primeni jednaina stanja. Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aU termodinamici je usvojena idealizacija da je u svakoj fazi procesa zadovoljena mehanika ravnotea, odnosno razlika izmeu unutranjih i spoljanjih sila (ili to je isto razlika izmeu pritiska sistema i okoline) je beskonano mala. Takvi procesi su mehaniki povratni i nazivaju se kvazistatiki procesi.Kvazistatiki procesi teorijski procesi.Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aNekvazistatiki (ili nestatiki) realni termodnamiki procesi, sistem prolazi kroz niz neravnotenih stanja, jednaina stanja vai samo za ravnotena stanja, pa ne moe da se primeni za nekvazistatike promene stanja, izuzev za poetno i krajnje ravnoteno stanje.Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aPovratni i nepovratni procesiAko sistem u kome protie proces moe da se vrati u poetno stanje tako da sistem i okolna sredina prou kroz ista meustanja kroz koja su prola u direktnom procesu, a da se u okolnoj sredini ne izvre nikakve promene, proces se naziva povratnim (reverzibilnim).Ukoliko je poetno stanje nemogue uspostaviti ili se uspostavlja posle odreenih promena okoline takav je proces nepovratan (ireverzibilan). Saobraajni fakultet, Beograd

dr Radomir MijailoviT e h n i k a t e r m o d i n a m i k aUslov egzistencije povratnog procesa je da se radno telo nalazi i u mehanikoj i u termikoj ravnotei sa okolinom, to jest pored beskonano male razlike u pritiscima, mora da postoji i beskonano mala razlika u temperaturi izmeu radnog tela i okoline.Povratni procesi mehaniki i termiki povratni.Kvazistatinost je potreban, ali ne i dovoljan uslov da bi neki proces bio povratan. Ili drukije reeno, svaki povratan proces je i kvazistatiki, ali obrnuta konstatacija ne vai - svaki kvazistatiki proces nije istovremeno i povratan. Saobraajni fakultet, Beograd