Tehnička termodinamika - Kemijsko-tehnološki fakultet

TEHNIČKA TERMODINAMIKA _________________________________________
Obje formulacije II. glavnog zakona imaju isto značenje i jedna iz druge
slijedi. Nasuprot tome, I. i II. glavni zakon su međusobno neovisni i ne mogu se
izvesti jedan iz drugoga. Oba zakona su strogi prirodni zakoni i oslanjaju se, kao
svaki drugi prirodni zakon, na vrlo bogato životno i laboratorijsko iskustvo.
Prvi glavni zakon daje odnos između dovedene topline i dobivenog rada,
međutim ništa ne govori o tome kakav treba biti izvor topline i njezin tok. Po
njemu bi se mogao, bez vanjske pomoći, led uporabiti za grijanje vode pri čemu
bi se od leda uzimala toplina na nižoj temperaturi i predavala vodi na višoj
temperaturi. Iz iskustva znamo da to ne ide jer je spontani tok topline usmjeren
od više na nižu temperaturu. Slična usmjerenost vlada kod elektriciteta, vode,
difuzije, kemijskih procesa itd. Svi prirodni procesi spontano teku u smjeru
uspostavljana ravnoteže.
Prvi zakon termodinamike ništa ne govori o lakoći i veličini pretvorbe
jednog oblika energije u drugi. Naveli da se mehanička energija u toplinsku
energiju pretvara lako i potpuno. Toplinska energija u mehaničku pretvara se
pod strogo određenim uvjetima. Proces između dva toplinska spremnika različitih
temperatura, pri čemu se sva toplina ne može pretvoriti u mehaničku energiju
nego samo jedan dio, određen je temperaturama između kojih se proces vrši.
4.1. POVRATIVI I NEPOVRATIVI PROCESI
Po II. glavnom zakonu znanost o toplini se iz osnova razlikuje od ostalih
grana fizike, budući da je on tamo nepoznat. Svi procesi koji se obrađuju u
ostalim granama mogu se odvijati kako u jednom tako i u suprotnom smjeru ako
nisu vezani uz toplinske pojave. Primjerice, u nekom proteklom mehaničkom
procesu svim brzinama možemo dati protivan predznak pa će se proces odvijati
u obratnom smjeru prolazeći unatrag sva stanja i to bez viška rada. Drugim
riječima, svaki je mehanički proces povrativ, reverzibilan samo ako je protekao
bez trenja. Pojavljuje li se u nekom mehaničkom procesu trenje, proizvodi se
toplina pa proces, bar djelomično, spada u područje znanosti o toplini i više nije
samo mehanički proces.
Takav protekli povrativi proces možemo, tako reći, opozvati i čitav sustav
vratiti u početno stanje, a da nigdje neće ostati nikakav vidljiv trag o izvršenoj i
opet opozvanoj promjeni stanja. Već smo u termodinamici upoznali takve
povrative procese. Bili su to procesi koji su se odvijali uz trajno održavanje kako
termičke tako i mehaničke ravnoteže.
Povrativa promjena stanja je, npr. adijabatska ekspanzija ili kompresija
bez trenja. Izotermna ekspanzija plina zahtijeva da mu se dovodi toplina. Ona
116