Tehnička termodinamika - Kemijsko-tehnološki fakultet

_________________________________________________Drugi glavni zakon termodinamike
može biti samo onda povrativa ako se temperatura plina razlikuje veoma malo,
za dT, od temperature toplinskog spremnika koji mu daje potrebnu toplinu Q.
Jedino u tom slučaju može toplina prelaziti bilo s toplinskog spremnika na plin
(ekspanzija) bilo s plina na toplinski spremnik (kompresija), a da se temperature
primjetno ne promijene. Kod konačnih temperaturnih razlika spremnika i plina,
toplina može prelaziti samo u jednom smjeru.
Postoji čitava skupina toplinskih procesa koji su nepovrativi (ireverzibilni),
tj. takvi kod kojih ne možemo sve sudionike vratiti u prvobitno stanje ako
ne izvršimo neke trajne promjene u okolini. Takav je, npr. svaki proces s
pojavom trenja koje uvijek prati stvaranje topline. Zamislimo Carnotov proces,
ali tako da se je dio proizvedenog rada trenjem pretvorio u toplinu. Ovu proizvedenu
toplinu možemo, npr. dovesti ogrjevnom spremniku. Ako sada želimo
izvesti suprotan, lijevi proces, raspoloživi rad je premalen jer je dio prije proizvedenog
rada progutalo trenje. Raspoloživi rad, koji je zbog trenja manji, nije
više dovoljan da se iz rashladnog spremnika odvede ona toplina koja mu je u
prethodnom, desnom procesu bila dovedena pa ga tako ne možemo vratiti u
prvobitno stanje. Zbog toga što se procesi u kojima se makar i djelomično
pojavilo trenje ne mogu “povratiti”, nazivamo trenje nepovrativim procesom.
Jedan drugi nepovrativi proces je izmjena topline između tijela s konačnom
razlikom u temperaturama. Toplina prelazi u smjeru niže temperature, a
prema II. glavnom zakonu tu toplinu bez nekih drugih trajnih promjena nije
moguće vratiti natrag na višu temperaturu. Tako više nije moguće svuda uspostaviti
opet ista stanja koja su vladala prije prijelaza topline. Potpuno povrativi
procesi uopće ne postoje. Svuda i uvijek pojavljuje se makar i slabo trenje, a za
svaku izmjenu topline potrebne su makar i neznatne razlike temperatura. Stoga,
prirodni su samo nepovrativi procesi.
Povrative procese smatramo vrlo korisnim graničnim slučajevima kojima
se možemo po volji približiti samo ako proces izvodimo dovoljno polagano i što
bliže ravnotežama te sa što manje trenja. Dakle, kada se neki termodinamički
sustav u kojem je izvršen neki proces vratio u početno stanje, a da nije ostala
nikakva promjena u okolini, govorimo da je takav proces povrativ ili
reverzibilan. Ako se početno stanje u sustavu ne može uspostaviti bez promjene
u okolini, takav proces nazivamo nepovrativim ili ireverzibilnim. Povrativi
proces mora, dakle, poništiti sve promjene koje je izazvao. Prikazat ćemo neke
tipične nepovrative procese.
U početnom stanju u lijevoj posudi, slika 29., nalazi se plin pod tlakom
p 1 , a desna posuda je prazna (p = 0). Ako se otvori ventil koji ih spaja, strujat
će plin iz lijeve u desnu posudu. Takav proces naziva se prestrujavanje. Nastaju
vrtlozi te razlike tlaka, gustoće i temperature u plinu pa za vrijeme prestrujava-
117