Početna veličina slova
Parni stroj konstruiran je krajem 17. stoljeća. To je prvi toplinski stroj koji je ponavljanjem ciklusa, odnosno obavljanjem kružnog procesa, davao mehanički rad na temelju uložene topline. Dio uložene topline odlazio je i u okolinu.
Za proces kažemo da je reverzibilan, odnosno povratan, ako se iz jednog stanja može doći u drugo stanje te nazad na potpuno jednak način. Za ostvarenje ovakvog procesa potrebno je biti blizu stanja termodinamičke ravnoteže.
Reverzibilni proces prikazan ovim dijagramamom ima točno naznačen smjer događanja procesa. Sustav prelazi iz stanja u stanje i u povratku, iz stanja u stanje po istoj izotermi.
Za proces kažemo da je ireverzibilan, odnosno nepovratan, ako prijelaz iz jednog stanja u drugo nije moguć i u obratnom smjeru.
Takvi procesi ne mogu se definirati u
dijagramu. Za ponavljanje procesa potrebno je djelovanje okoline. Na primjer, utjecaj sile trenja na neki sustav uzrokuje ireverzibilnost procesa.
Jedan od mnogih primjera ireverzibilnih procesa jest realno titranje tijela na opruzi.
Sustav koji se sastoji od ovješene opruge i tijela postavljenog na slobodnom kraju titra. Amplituda titranja smanjuje se zbog gušenja. Pričekajmo da se tijelo ovješeno o oprugu zaustavi.
Ovo je primjer utjecaja sile trenja na neki sustav, ona uzrokuje ireverzibilnost procesa.
Utjecaj sile trenja na bespovratnost procesa očitiji je ako tijelo na opruzi uronimo u neku tekućinu i pobudimo sustav na titranje. Zbog viskoznosti tekućine tijekom gibanja tijela kroz tekućine dolazi do značajnog gubitka energije. Ta tekućina uzrokuje gušenje titranja tijela i zbog gubitka energije tijelo se više neće moći vratiti u svoj prijašnji položaj. Za ponovno postizanje početnog položaja potrebno je djelovati vanjskim silama.
Primjer je ireverzibilnog procesa i miješanje vruće i hladne vode. Nastala smjesa ima temperaturu čiji je iznos između temperature vruće i hladne vode. Ne postoji postupak odvajanja kojim možemo ponovo dobiti početnu toplu i hladnu vodu.
Širenje idealnog plina u vakuumu također je ireverzibilan proces. Pokušajte se dosjetiti još nekoliko primjera ireverzibilnih procesa!
Od osobite su važnosti termodinamički procesi pri kojima termodinamički sustav daje rad korištenjem topline iz okoline. To omogućuju reverzibilni kružni procesi. Rad dobiven u jednom reverzibilnom kružnom procesu jednak je osjenčanoj površini u dijagramu.
U animaciji dijagrama prikazan je jedan kružni proces u kojemu termodinamički sustav daje rad. Pri tom dolazi do povećanja volumena plina (termodinamičkog sustava). Kod svih kružnih procesa u kojima termodinamički sustav obavlja rad nad okolinom kažemo da je rad pozitivan. Matematičkom analizom i računanjem površine ispod grafa dolazimo do rada koji ima pozitivan predznak se volumen povećava. Pri povećanju volumena razlika konačnog i početnog stanja je pozitvna.
Međutim, moguć je i obrnuti proces od prethodno navedenog. Pri tom procesu potrebno je obaviti rad na termodinamičkom sustavu kako bi se uopće mogao ostvariti. Pri tom procesu volumen plina (termodinamičkog sustava) se smanjuje. Kažemo da je u takvom obrnutom kružnom procesu rad negativan. Razlika konačnog i početnog volumena plina je negativna.
Primjer jednog obrnutog kružnog procesa jest princip rada hladnjaka. Hladnjak je uređaj koji odvodi toplinu s tijela i tako mu snižava temperaturu. Uz ulaganje rada iz okoline, pomoću električne energije, odvodi se toplina s tijela u svojoj unutrašnjosti i izbacuje u okolinu.
Ako tijekom kružnog procesa nije došlo do promjene volumena termodinamičkog sustava, odnosno plina, kažemo da je tijekom tog procesa ukupni rad nula.
Toplinski stroj toplinsku energiju dobiva u kružnom procesu od drugih tijela i pretvara u rad. O toplinskom ćemo stroju učiti u sljedećoj jedinici.
Pri kružnom procesu sustav se nizom promjena vraća u početno stanje, a unutarnja energija ostaje sačuvana. Razlika konačne i početne energije kod kružnog procesa jednaka je nuli. Važno je napomenuti da je unutarnja energija funkcija stanja i ovisi samo o početnom i konačnom stanju sustava. Toplina i rad funkcije su procesa i naravno da ovise o načinu na koji sustav prelazi iz jednog stanja u drugo.
Otkrijte na Internetu osnovne činjenice o radu toplinskih strojeva i napravite kratko predavanje ili prezentaciju kao uvod u jedinicu Toplinski stroj.
Za izradu prezentacije ili ikonografije možete se koristiti jednim od besplatnih alata koji se nalaze na sljedećim stranicama:
Zoho.
Koliki rad obavi plin pri kružnom procesu u prikazanom dijagramu?
Za proces kažemo da je reverzibilan, odnosno povratan, ako se iz jednog stanja može doći u drugo stanje te nazad na potpuno jednak način.
Za proces kažemo da je ireverzibilan, odnosno nepovratan, ako prijelaz iz jednog stanja u drugo nije moguć i u obratnom smjeru.
Kod kružnog procesa plin mijenja stanja polazeći iz nekog početnog stanja te se nakon procesa vraća u isto to stanje.
