А други закон термодинамике диктира који услови постоје за топлота претворити у рад у топлотним машинама и фрижидерима. Такође се бави дефиницијом ентропија као феномен способан да измери неорганизованост честица у физичким системима.
Прочитајте такође: Калориметрија — грана физике која проучава размену топлоте
Теме овог чланка
- 1 - Резиме другог закона термодинамике
- 2 – Шта је други закон термодинамике?
-
3 - Примене другог закона термодинамике
- Други закон термодинамике у топлотним машинама
- Други закон термодинамике у фрижидерима
- 4 - Ентропија и други закон термодинамике
-
5 – Формуле другог закона термодинамике
- Термо машине и фрижидери
- Фрижидери
- Примери примене формула
- 6 - Карноов циклус
- 7 - Закони термодинамике
- 8 – Решене вежбе из другог закона термодинамике
Резиме другог закона термодинамике
Други закон термодинамике представљен је Клаузијевом и Келвин-Планковом тврдњом.
Клаузијусова изјава се бави протоком топлоте од топлијег до хладнијег тела.
Келвин-Планкова изјава се бави немогућношћу термичких уређаја да претворе сву своју топлоту у рад.
Други закон термодинамике примењује се на топлотне машине и фрижидере.
Карноов циклус је циклус максималне ефикасности који добијају топлотни мотори.
Карноов циклус има четири степена, реверзибилну изотермну експанзију, реверзибилну адијабатску експанзију, реверзибилну изотермну компресију и реверзибилну адијабатску компресију.
Карноова теорема се односи на принос од Царнот машине.
Шта је други закон термодинамике?
Други закон термодинамике је а закон који се бави ограничењима која се јављају у термодинамичким процесима. То су објавили физичари Рудолф Клаузијус (1822-1888), Лорд Келвин (1824-1907) и Макс Планк (1858-1947), као што ћемо видети у наставку:
Физичар и математичар Рудолф Клаузијус је изјавио да се проводни ток топлоте јавља од тела више температуре ка телу ниже температуре. нижа температура, стога није природно да дође до инверзног процеса, па је потребно радити на томе система. Уз то је изјавио:
Немогуће је спровести процес чији је једини ефекат преношење топлоте са хладнијег тела на топлије.|1|
Математички физичар Вилијам Томсон, познат као Лорд Келвин, заједно са доприносима физичара Макса Планка, навео немогућност термичких уређаја који имају ефикасност од 100%, јер ће увек бити губитка топлоте.
Не заустављај се сада... Има више после публицитета ;)
Примене другог закона термодинамике
Други закон термодинамике примењује се на топлотне машине и фрижидере.
Други закон термодинамике у машинама термички
До Термалне машине способни су да претворе топлоту у рад. Врући извор испоручује топлоту топлотном мотору, који га претвара у рад. Остатак топлоте шаље извору хладноће, као што је приказано на слици испод:
Неки примери термичких машина су: парне и керозинске турбине у млазним авионима, мотори са унутрашњим сагоревањем, термонуклеарни реактори.
Други закон термодинамике у фрижидерима
Фрижидери су машине које Они раде на супротан начин од загревања мотора., где уклањају топлоту из региона са температура нижу температуру и доводе је у регион са вишом температуром. Пошто то није природно, неопходно је да машина обавља рад користећи електричну енергију, као што је описано на слици испод:
Неки примери фрижидера су фрижидери и клима уређаји.
Ентропија и други закон термодинамике
А други закон термодинамике предлаже постојање ентропије, један физичка количина одговоран за мерење степена дезорганизације честица у физичком систему или степена иреверзибилности термодинамички процеси који учествују у топлотним машинама су спонтани, неизбежни, неповратни и експанзиван. Са овим је једино могуће посматрати и обуздати степен променљивости процеса. Како се ентропија повећава, повећава се и степен поремећаја у систему.
А Ентропијска номенклатура је грчког порекла и значи „трансформација“., „промена“, тако да се користи у Физички да укаже на случајност и неред. Ентропија се може израчунати помоћу формуле:
\(∆С=\фрац{∆У}Т\)
\(∆С\) је промена ентропије, мерена у [Ј/К].
\(∆У\) је промена унутрашње енергије, мерена у џулима [Ј].
Т је температура, мерена у Келвинима [К].
Са статистичке тачке гледишта, ентропија се израчунава по формули:
\(С=к\цдот лн\ Ω\)
С је ентропија, мерена у [Ј/К].
к је Болцманова константа, вреди \(1,4\цдот 10^{-23}\ Ј/К\).
Ω је број могућих микростања за систем.
Прочитајте такође: Процеси ширења топлоте
Формуле другог закона термодинамике
Термо машине и фрижидери
\(К_К=В+К_Ф\)
\(К_К\) је топлота извора топлоте, мерена у џулима [Ј].
В је рад топлотне машине, мерен у џулима [Ј].
\(К_Ф\) је топлота из извора хладноће, мерена у џулима [Ј].
Може се представити:
\(В=К_К-К_Ф\)
В је рад топлотне машине, мерен у џулима [Ј].
\(К_К\) је топлота извора топлоте, мерена у џулима [Ј].
\(К_Ф\) је топлота из извора хладноће, мерена у џулима [Ј].
Фрижидери
\(η=\фрац{К_Ф}{К_К-К_Ф}\)
\(η\) је ефикасност фрижидера.
\(К_Ф\) је топлота из извора хладноће, мерена у џулима [Ј].
\(К_К\) је топлота извора топлоте, мерена у џулима [Ј].
Може се представити као:
\(η=\фрац{К_Ф}В\)
\(η\) је ефикасност фрижидера.
\(К_Ф\) је топлота из извора хладноће, мерена у џулима [Ј].
В је рад топлотне машине, мерен у џулима [Ј].
Примери примене формула
Пример 1: Израчунајте рад који топлотна машина обавља током циклуса који прима 500 Ј топлоте из топлог извора и преноси само 400 Ј топлоте хладном извору.
Да бисмо израчунали рад топлотног мотора, користићемо формулу:
\(В=К_К-К_Ф\)
Замена вредности наведених у изјави:
\(Ш=500-400\)
\(В=100\ Ј\)
Рад топлотне машине је био 100 џула.
Пример 2: Колика је ефикасност фрижидера који прима 150 Ј топлоте из топлог извора и преноси 50 Ј топлоте хладном извору?
Да бисмо израчунали ефикасност фрижидера, користићемо формулу:
\(η=\фрац{К_Ф}{К_К-К_Ф}\)
Заменивши вредности дате у изјави, добијамо:
\(η=\фрац{50}{150-50}\)
\(η=\фрац{50}{100}\)
\(η=0,5\)
Множење приноса са 100%:
\(η=0,5\цдот100%\)
\(η=50\%\)
Фрижидер има ефикасност од 50%.
Царнот Цицле
Карноов циклус је био развио научник Сади Царнот (1796-1832), са циљем да се идентификује максимална ефикасност коју може постићи термални мотор који ради између топлог и хладног извора.
На основу својих студија, Карно је идентификовао да је, како би се добила максимална ефикасност топлотног мотора, то неопходно да би његов процес био реверзибилан, па је развио циклус максималног приноса назван циклус од Царнот, анд тхе Топлотни мотор који ради кроз њега назива се Карноов топлотни мотор.. Пошто је Карноов циклус реверзибилан, може се обрнути, тако су и развијени фрижидери.
Царнотов циклус, без обзира на коришћену супстанцу, састоји се од четири процеса описана на графикону запреминског притиска (п×В), као што можемо видети на слици испод:
1. процес, од тачке 1 → 2: постоји реверзибилно изотермно ширење (процес у коме температура остаје константна), у коме гас (или систем) ради и добија одређену количину топлоте из извора топлоте.
2. процес, од тачке 2 → 3: постоји адијабатско ширење (процес у коме долази до размене топлоте са спољашњим окружењем) реверзибилно, при чему нема размене топлоте топлоте са топлотним изворима, али гас ради и долази до смањења његове унутрашње енергије, што доводи до смањења температура.
3. процес, од тачке 3 → 4: долази до реверзибилне изотермне компресије, у којој гас прима рад и предаје одређену количину топлоте хладном извору.
4. процес, од тачке 4 → 1: долази до реверзибилне адибатске компресије у којој нема размене топлоте са топлотним изворима и гас се загрева док не достигне температуру топлог извора, и тако се ставља у контакт са њим, завршавајући циклус.
законе термодинамике
Закони термодинамике су четири закона која управљају целокупним проучавањем термодинамика, проучавају односе између запремине, температуре и притиска и других физичких величина, као што су топлота и енергија.
Нулти закон термодинамике: је закон о топлотна равнотежа, проучава размену топлоте између тела која имају различите температуре.
први закон термодинамике: је закон одржања енергије у термодинамичким системима, проучава трансформацију топлоте у рад и/или унутрашњу енергију.
Други закон термодинамике: то је закон који се бави топлотним машинама, фрижидерима и ентропијом.
Трећи закон термодинамике: је закон о апсолутна нула, она проучава ефекте ове температуре.
Прочитај и ти: Перформансе топлотних мотора
Решене вежбе о другом закону термодинамике
Питање 1 Одредити температуру топлог извора Карноовог мотора, знајући да је температура хладног извора 450 К и да је његова ефикасност 80%.
а) 2250К
б) 450 хиљада
ц) 1500К
д) 900 хиљада
е) 3640К
Резолуција:
Алтернатива А. Израчунаћемо температуру извора топлоте на основу формуле ефикасности Царнот мотора:
\(η=1-\фрац{Т_Ф}{Т_К} \)
\(80 \%=1-\фрац{450}{Т_К} \)
\(\фрац{80}{100}=1-\фрац{450}{Т_К} \)
\(0,8=1-\фрац{450}{Т_К} \)
\(0,8-1=-\фрац{450}{Т_К} \)
\(-0,2=-\фрац{450}{Т_К} \)
\(0,2=\фрац{450}{Т_К} \)
\(Т_К=\фрац{450}{0,2}\)
\(Т_К=2250\ К\)
питање 2 (Цефет-ПР) Други принцип термодинамике може се рећи овако: „Немогуће је изградити машину топлотна енергија која ради у циклусима, чији је једини ефекат уклањање топлоте из извора и њено интегрално претварање у рад“. У продужетку, овај принцип нас наводи да закључимо да:
а) Увек је могуће изградити термичке машине чија је ефикасност 100%.
б) свакој топлотној машини потребан је само један извор топлоте.
в) топлота и рад нису хомогене величине.
г) свака топлотна машина црпи топлоту из топлог извора и одбацује део те топлоте хладном извору.
е) само са извором хладноће, који се увек одржава на 0 °Ц, било би могуће да одређена топлотна машина у потпуности претвори топлоту у рад.
Резолуција:
Алтернатива Д. Овај принцип нас обавештава да је немогуће уклонити сву топлоту из топлог извора и пренети је на хладни извор.
Белешка
|1| Основни курс физике: Флуиди, осцилације и таласи, топлота (св. 2).
Памела Рафаела Мело
Наставник физике
Ентропија система није ништа друго до мера његовог степена неорганизованости. Други закон је могуће формулисати из концепта ентропије.
Откријте фасцинантну историју топлотних мотора и њихове главне употребе.
Да ли знате шта су термалне машине, термодинамички циклуси и ефикасност? Сазнајте више о овим важним концептима термодинамике.
Приступите тексту и научите дефиницију Првог закона термодинамике, погледајте које су формуле које користи овај закон и погледајте решене вежбе на ту тему.
Изотермна, изоволуметријска и адијабатска трансформација. Упознај се са њима!
Да ли знате шта је термодинамика? Приступите тексту да бисте сазнали који су најважнији концепти на тему, научите о законима термодинамике.
