D.T Mihailovi ć Poljoprivredni fakultet, Veterinarska medicina Univerzitet u Novom Sadu

1. TERMODINAMIKA Osnovni pojmovi D.T Mihailović Poljoprivredni fakultet, Veterinarska medicina Univerzitet u Novom Sadu guto@polj.ns.ac.yu 1

2. Ukratko o termodinamici Toplotne pojave koje se posmatraju makroskopski su predmet proučavanja termodinamike. Ona to radi preko tzv. makroskopskih veličina pritiska, temperature, zapremine, količine toplote, itd. Drugi aspekt se odnosi na molekulsku i kinetičku teoriju I tzv. statističku termodinamiku, koja predstavlja deo statističke fizike Kretanje molekula Molekuli gasa se nalaze u stalnom haotićnom kretanju pri čemu se njihove brzine međusobno razlikuju. Mi nismo u stanju da kažemo kolika je brzina njihovoh kretanja. Međutim, moguće je 2

3. je sa stanovišta statističke fizike da kažemo koliki broj molekula, od ukupnog broja molekula, u datom trenutku ima određenu brzinu Srednja kinetička energija molekula Eks=3/2kT Eks- srednja kinetička energija jednog molekula mase m k - Boltzmanova konstanta T - temperatura gasa (K) kao celine 3

4. Unutrašnja energija idealnog gasa U=N Eks N- ukupan broj molekula u gasu Idealan gas Gas između čijih se molekula ne manifestuje dejstvo međumolekularnih sila Toplota i rad procesi prenošenja energije (toplota se ne meri direktno) Količina toplote i rada (J) iznosi prenete energije 4

5. Rad koji izvrši gas l p F S A l1 l2 V V1 V2 A=Fl=pS(l2 - l1)=p(Sl2 - Sl1)=p V F sila pritiska S površina V promena zapremine 5

6. I princip termodinamike Količina toplote (Q) koju sistem primi troši se na uvećavanje unutrašnje energije (U) i rad koji sistem vrši, tj. Q = U + A Pozitivnim se uzima onaj rad koji se dobija od sistema a negativnim rad koji se predaje sistemu I obrnuto, negativna je ona količina toplote koju sistem preda a pozitivna ona koju primi 6

7. Procesi u termodinamici Izobarni proces p = const. Količina toplota dovedena sistemu troši se na povećanje unutrašnje energije sistema i vršenje rada p Q = U + p V V 7

8. Izohorni proces V = const. Količina toplota dovedena sistemu povećava njegovu unutrašnju energiju ili, ako sistem preda okolini količinu toplote Q njegova unutrašnja energija se smanjuje p Q = U V 8

9. p 1 2 V Izotermni proces T = const. U=3/2NkT U=0 pa je Q = pV  dovedena količina topolte troši se na vršenje rada Q = pU T = const. 9

10. p pa pb a b V Va Vb Adijabatski proces Pri ovom procesu nema razmene toplote sistema sa okolinom, jer je sistem toplotno izolovan Q = 0  A=-U adijabata A = -U 10

11. Intenzitet bazalnog metabolizma Sva živa bića, troše unutrašnju energiju čak I kad spavaju. Inetnzitet te potrošnje U/ t , kada su ona u budnom stanju ili miru, odnosno, kada ne vrše nikakav spoljašnji rad naziva se intenzitet bazičnog metabolizma. On može da se prikaže jednačinom U/t = Q/t Količine energije koje organizam gubi zračenje (60%) konvekcija (12%) provođenje ( 3%) isparavanje (25%) 11

12. Intenzitet bazalnog metabolizma Sva živa bića, troše unutrašnju energiju čak I kad spavaju. Inetnzitet te potrošnje U/ t , kada su ona u budnom stanju ili miru, odnosno, kada ne vrše nikakav spoljašnji rad naziva se intenzitet bazičnog metabolizma. On može da se prikaže jednačinom U/t = Q/t Količine energije koje organizam gubi zračenje (60%) konvekcija (12%) provođenje ( 3%) isparavanje (25%) 12

13. II princip termodinamike Toplota prelazi spontano sa tela više na telo niže temperature Definicija preko entropije (S = Q/T) Entropija izolovanog sistema nikada ne opada, već uvek raste ili ostaje nepromenjena Sizol. Sis.  0 13

14. Količina toplota Količina topolte(Q) koju neko telo oda ili primi od tela mase (m), vrste materijala tj. njegove specifične toplote (c) i razlike temperatura (T) pre i posle procesa. Ova količina toplote može da se napiše u obliku jednačine Q = mcT Specifična toplota c=Q/(m T) [ J/(kgK) ] brojno jednaka koli;ini toplote koja telu mase 1kg povisi temperaturu za 1K 14

15. Prenos toplote Provođenje (kondukcija) Proces u kom se kinetičke energija vibracija molekula prenosi sudarima između nabližih molekula iz jednog u drugi deo tela dok sami molekuli ostaju u blizini svojih ravnotežnih polžaja T1 T2 T = T2 -T1 S Q/t = kt ST/l (prenos u jedinici vremena t) ktkoeficijenat provođenja S površina l rastojanje l karakteristična za čvrsta tela 15

16. Zračenje (radijacija) Svako telo zrači toplotu brzinom koja je srazmerna četvrtom stepenu njegove apsolutne temperature (Stefan-Boltzmanov zakon) Q/t = ST4  emisivnost  Stephan-Boltzmanova konstanta S površina T apsolutna temperatura 16

17. Strujanje (konvekcija) Predstavlja stvarno kretanje velikog broja molekula velike energije do razdaljina na koje se prenosi toplota Ovakava oblik prenosa toplote karakteristišan je za fluide Q/t = ST (prenos u jedinici vremena t)  koeficijenat provođenja S površina T gradijent temperature 17

18. Šta se dešava u telu životinja u pogledu prenosa toplote? Oko 20% energije sdržane u hrani pretvara se u rad dok se ostalih 80% javlja kao toplota Ova energija uglavnom odlazi u krvotok posto se krv ponaša kao konvektivni fluid koji toplotu donosi do površine kože Toplota dospela do kože se potom sa njene površine i respiratornim organima prenosi dalje konvekcijom, zračenjem i isparavanjem 18