Suradnik10 u (test) 11:43, 15. studeni 2025.

2025-11-15T11:43:43Z

←Starija inačica		Inačica od 15. studeni 2025. u 11:43
Redak 13:		Redak 13:
	[[datoteka:Generator pare 2.png\|300px\|mini\|desno\|Glavni dijelovi [[generator pare\|generatora pare]] ili [[kotao\|parnog kotla]] koji koristi [[ugljen]] kao [[gorivo]].]]		[[datoteka:Generator pare 2.png\|300px\|mini\|desno\|Glavni dijelovi [[generator pare\|generatora pare]] ili [[kotao\|parnog kotla]] koji koristi [[ugljen]] kao [[gorivo]].]]

	~~[[datoteka:pv dijagram.jpg\|mini\|300px\|desno\|p-v ([[tlak]] - [[obujam]]) dijagram za idealni [[Dieselov ciklus\|Dieselov kružni proces]]. Proces prati brojeve od 1 do 4 u smjeru kazaljke na satu.]]~~

	[[datoteka:Boyles Law animated.gif\|mini\|desno\|300px\|[[Boyle-Mariotteov zakon]].]]		[[datoteka:Boyles Law animated.gif\|mini\|desno\|300px\|[[Boyle-Mariotteov zakon]].]]

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica

2021-12-16T11:53:12Z

Bot: Automatski unos stranica

Nova stranica

[[datoteka:Carnot heat engine 2.svg|300px|mini|desno|[[Nicolas Léonard Sadi Carnot|Carnotov]] [[toplinski stroj]] prenosi [[Energija|energiju]] iz toplijeg (ogrjevnog) spremnika [[temperatura|temperature]] ''T''H u hladniji (rashladni) spremnik temperature ''T''C, te pritom dio te [[Toplina|toplinske energije]] ([[toplina|topline]]) pretvara u [[mehanički rad]] ''W''.]]

[[datoteka:Sunshine at Dunstanburgh.JPG|mini|desno|300px|[[Sunčeva svjetlost]] svijetli kroz [[oblak]]e.]]

[[datoteka:Translational motion.gif|mini|desno|300px|[[Temperatura]] [[Idealni plin|idealnog plina]] je mjera prosječne [[kinetička energija|kinetičke energije]] [[molekula]].]]

[[datoteka:Perpetual Motion by Norman Rockwell.jpg|mini|desno|300px|Premda je [[perpetuum mobile]] proglašen kao nerješivim, pokušaji da se ostvari nisu prestali.]]

[[datoteka:PerpetuumMobile.gif|mini|desno|300px|Jedan od pokušaja da se ostvari [[perpetuum mobile]].]]

[[datoteka:CelsiusKelvin.svg|mini|150px|desno|[[Apsolutna nula]] iznosi −273,15 [[°C]] ili 0 [[Kelvin|K]].]]

[[datoteka:Generator pare 2.png|300px|mini|desno|Glavni dijelovi [[generator pare|generatora pare]] ili [[kotao|parnog kotla]] koji koristi [[ugljen]] kao [[gorivo]].]]

[[datoteka:pv dijagram.jpg|mini|300px|desno|p-v ([[tlak]] - [[obujam]]) dijagram za idealni [[Dieselov ciklus|Dieselov kružni proces]]. Proces prati brojeve od 1 do 4 u smjeru kazaljke na satu.]]

[[datoteka:Boyles Law animated.gif|mini|desno|300px|[[Boyle-Mariotteov zakon]].]]

[[datoteka:DancingFlames.jpg|mini|desno|300px|[[Ogrjevna vrijednost]] je svojstvena za svaku [[kemijska tvar|kemijsku tvar]].]]

'''Termodinamika''' ili '''znanost o toplini''' je grana [[Fizika|fizike]] koja proučava izmjenu [[toplina|topline]] i [[Rad (fizika)|mehaničkoga rada]] između [[sustav]]a i [[okolina|okoline]], te druge zakonitosti pretvorbe i prijenosa [[energija|energije]], posebno u [[plin]]ovima. Osnivačem moderne termodinamike smatra se [[Nicolas Léonard Sadi Carnot|N. L. S. Carnot]], koji je u svojem [[esej]]u ''Razmišljanja o pokretačkoj moći vatre'' ([[Francuski jezik|fran]]. ''Réflexions sur la puissance motrice du feu'', 1824.) dao načela rada idealnoga [[Toplinski stroj|toplinskoga stroja]]. Eksperimentalne osnove termodinamike postavio je [[James Prescott Joule|J. P. Joule]] u nizu [[pokus]]a (od 1840. do 1843.), koji su nedvojbeno dokazali da se prijelaz rada u toplinu odvija uvijek po istim [[Kvantiteta (razdvojba)|kvantitativnim]] zakonima.

Mnoge pojave, pa i sami termodinamički zakoni, koji su izvedeni na temelju iskustvenih podataka, objašnjeni su tek upotrebom metoda [[statistička fizika|statističke fizike]] ([[Ludwig Boltzmann]]). Odstupanje rezultata klasične statističke fizike od rezultata pokusa dovelo je do razvoja [[kvantna mehanika|kvantne mehanike]]. <ref> '''termodinamika''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=60967] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref>

Termodinamika proučava [[energija|energiju]], [[Rad (fizika)|rad]], [[toplina|toplinu]], [[entropija|entropiju]], [[entalpija|entalpiju]] i spontanost procesa ([[Gibbsova slobodna energija|Gibbsovu energiju]]). Termodinamika proučava veze između [[toplina|toplinske energije]] i ostalih oblika energije koje se u tvarima izmjenjuju u uvjetima ravnoteže. Naime, gotovo svaki oblik energije u svojoj pretvorbi prelazi na kraju u energiju toplinskog kretanja. Tako na primjer [[trenje]], [[električna energija]], [[Kemijska energija|energija kemijske reakcije]], [[svjetlosna energija]] i druge pretvorbama prelaze u toplinu.

== Pojam topline i temperature ==
Ako stavimo ruku u posudu s vrućom vodom i držimo je nekoliko sekundi, a zatim je stavimo u posudu s toplom vodom, učinit će nam se kao da je ta [[voda]] hladna. Stavimo li ruku u hladnu vodu i držimo li je nekoliko sekundi, a onda je uronimo u onu toplu vodu, imat ćemo osjet kao da smo je stavili u vruću vodu. Odatle vidimo da [[Osjeti|čovječji osjet]] nije mjerodavan za prosuđivanje stanja nekoga [[Tijelo (fizika)|fizikalnog tijela]], to jest njegove temperature.

Toplina i [[temperatura]] nisu jedno te isto. To najbolje možemo uočiti iz jednog primjera. U dvije po veličini različite prostorije ložimo [[peć]] iste veličine tako da trošimo istu količinu [[goriva]] na sat; vidjet ćemo da će temperature [[prostorija]] biti različite. Veća prostorija imat će manju temperaturu, a manja veću, iako je svaka prostorija, to jest [[zrak]] u prostoriji, primio istu količinu topline [[Gorenje|izgaranjem]] jednake količine goriva. Dva fizikalna tijela mogu imati istu količinu topline, a različitu temperaturu. Da bi veća prostorija imala istu temperaturu kao manja, morali bismo većoj dati veću količinu topline, to jest morali bismo potrošiti veću količinu goriva. Odatle vidimo da dva fizikalna tijela mogu imati istu temperaturu, ali različitu količinu topline.

Međutim, što je toplina? Na to pitanje odgovara [[Kinetička teorija plinova|molekularno-kinetička teorija topline]]. [[Molekule]] u tijelima ne miruju, nego se nalaze u stalnom [[gibanje|gibanju]], čija [[brzina]] može biti veća ili manja. [[Bušenje]]m, [[Glodalica|glodanjem]], [[tokarenje]]m i [[rezanje]]m pomoću [[Alatni stroj|alatnih strojeva]], kao i kod svake [[Strojna obrada|obrade materijala]] [[alat]]om, stvara se toplina. Toplina nastaje na osnovu utrošenog [[Rad (fizika)|mehaničkog rada]], a i na račun [[kinetička energija|kinetičke energije]]. Udarom [[čekić]]a, koji ima kinetičku energiju, o [[Nakovanj (razdvojba)|nakovanj]] stvara se toplina. Tu se kinetička energija ne pretvara samo u toplinu nego i u [[Energija zvuka|energiju zvuka]] i u mehanički rad potreban za [[deformacija|deformaciju]] tijela. Pri [[Sraz|sudaru]] dvaju tijela prenosi se gibanje, to jest kinetička energija s jednog tijela na drugo. To ne vrijedi samo za velika tijela nego i za sitne čestice, to jest molekule. Kinetička energija čekića pretvara se u kinetičku energiju molekula, to jest u njihovo nevidljivo [[gibanje]]. Toplina je, dakle, kinetička energija molekularnog gibanja.

Što tijelo više [[Grijanje|grijemo]], molekule se sve brže gibaju i imaju sve veću kinetičku energiju. Zbog toga se molekule međusobno udaljavaju, pa kruto tijelo taljenjem prelazi u tekuće [[Agregatna stanja|agregatno stanje]]. [[Tekućine|Tekuće tijelo]] zagrijavanjem prelazi u [[plin]]ovito agregatno stanje. Molekule vode daljim zagrijavanjem kod [[vrelište|vrelišta]] odlaze u zrak. [[Voda]] prelazi u [[vodena para|vodenu paru]]. [[Para]] ima toliku kinetičku energiju da tjera [[parni stroj]]. Koliki je stupanj toga molekularnog gibanja, kazuje temperatura. Temperatura je, dakle, stupanj toplinskog stanja tijela i o njoj ovisi agregatno stanje tijela.

Onaj dio nauke o toplini koji se bavi toplinom kao jednim oblikom energije i proučava pretvaranje toplinske energije u mehaničku radnju zove se termodinamika. Budući da je to pretvaranje naročito važno kod plinova, to se termodinamika bavi u prvom redu toplinskim promjenama kod plinova. <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>

== Zakoni termodinamike ==
==== Nulti zakon termodinamike (definicija temperature)====
{{glavni|Nulti zakon termodinamike}}

'''Nulti zakon termodinamike''' određuje (definira) [[temperatura|temperaturu]] kao funkciju stanja [[sustav]]a. Ako su dva sustava u ravnoteži s trećim, onda su i međusobno u ravnoteži. Temperatura sustava koji nije u ravnoteži nije određena. Na temelju 1. i 2. zakona termodinamike može se odrediti je li temperatura viša ili niža, ali joj je vrijednost moguće odrediti samo usporedbom u ravnotežnom stanju. Taj zakon izriče i uvjet ravnoteže dvaju sustava: u ravnoteži njihove su temperature jednake bez obzira na ukupnu količinu [[Unutarnja energija|unutarnje energije]] (topline) u svakome od njih.

==== Prvi zakon termodinamike – zakon o očuvanju energije ====
{{glavni|Prvi zakon termodinamike}}

Prvi zakon termodinamike izveo je [[Hermann von Helmholtz|H. L. F. von Helmholtz]] (1847.) na temelju Jouleovih i Carnotovih radova. Prema tom je zakonu zbroj količina topline i mehaničkoga rada u zatvorenom sustavu stalan:

:<math>\mathrm d Q = \mathrm d U + p \cdot \mathrm d V </math>

količina topline d''Q'' predana nekomu sustavu troši se samo na povećanje njegove unutarnje energije ''U'' (zagrijavanje) i na svladavanje vanjskoga [[tlak]]a ''p'', a tlak se protivi povećanju obujma (volumena) sustava ''V''. Prvi zakon termodinamike može se poopćiti u [[Zakon očuvanja energije|zakon očuvanja energije]], prema kojem je u svakom zatvorenom sustavu zbroj svih oblika energije, uključujući i [[materija|materiju]], stalan. Drugim riječima to se može iskazati kao:

'''"Energija zatvorenog sustava ne može nestati niti ni iz čega nastati, energija može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi, i ona je konstantna."'''

==== Drugi zakon termodinamike ====
{{glavni|Drugi zakon termodinamike}}

'''Drugi zakon termodinamike''' upućuje na smjer u kojem se odvija pretvorba toplinske energije u mehaničku. Do toga je zakona došao već [[Nicolas Léonard Sadi Carnot|Carnot]] 1824. On je proučavao idealne uvjete prelaska topline u rad i zaključio da su za prelazak topline u rad potrebna dva spremnika topline na različitoj temperaturi; prelaskom topline iz toplijega spremnika u hladniji samo se dio topline pretvara u rad, a ostatak topline prelazi u spremnik niže temperature ([[degradacija]]). Prema Carnotu, maksimalna [[djelotvornost]] ''η'' idealnoga [[toplinski stroj|toplinskoga stroja]], koji [[kružni proces|kružnim procesom]] pretvara toplinu u rad, iznosi:

:<math>\eta = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = \frac{T_1 - T_2}{T_1} </math>

gdje su: ''T1'' i ''T2'' temperature toplijega i hladnijega spremnika; ''Q1'' je [[toplina]] koja pri prelasku stoji na raspolaganju, a ''Q2'' dio topline koji se degradira. Bit je drugoga zakona termodinamike da se pri prelasku topline u rad dio topline uvijek gubi ili degradira ([[degradacija]]). Matematički izraz drugoga zakona termodinamike iskazuje se s pomoću [[entropija|entropije]]. Za sustav temperature ''T'', u kojem se nalazi ukupna količina topline ''Q'', entropija ''S'' izražava se kao:

:<math> S = \frac{Q}{T} </math>

Iz toga slijedi da je entropija sustava to veća što mu je, uz danu količinu topline u sustavu, [[temperatura]] niža. Kako se pri svakom prelasku topline u rad dio topline prelazi u spremnik niže temperature, ukupna se entropija sustava povećava. Poopćenjem drugoga zakona može se reći da se entropija zatvorenoga sustava povećava pri svakom procesu.

Prva dva zakona termodinamike mogu se formulirati i kao nemogućnost perpetuuma mobile 1. i 2. vrste: [[perpetuum mobile]] 1. vrste bio bi [[stroj]] koji bi radio bez ulaganja [[energija|energije]], a perpetuum mobile 2. vrste bio bi stroj koji bi toplinu iz jednoga spremnika izravno i bez posrednika pretvarao u rad. Neostvarivost perpetuuma mobile obiju vrsta [[eksperiment]]alni je dokaz za prvi i drugi zakon termodinamike.

==== Treći zakon termodinamike ====
{{glavni|Treći zakon termodinamike}}

'''Treći zakon termodinamike''' postavka je prema kojoj je [[entropija]] sustava pri [[Apsolutna nula|apsolutnoj nuli]] temperature jednaka nuli, ako se sustav nalazi u svojem najnižem energetskom stanju. Taj zakon, što ga je postavio [[Walther Hermann Nernst|W. H. Nernst]], nije strogo termodinamičko načelo, jer pretpostavlja poznavanje detaljne strukture sustava, osobito spektra energetskih stanja. Načelo se na primjer primjenjuje u [[Fizikalna kemija|fizikalnoj kemiji]] pri računanju konstantâ ravnoteža sustava dobivenih iz čisto toplinskih [[mjerenje|mjerenja]], a uveden je kao ishodište ljestvice za određivanje entropije. Tek s razvojem [[statistička fizika|statističke fizike]] i određivanjem entropije kao negativnoga [[Logaritam|logaritma]] [[vjerojatnost]]i stanja načelo postaje nužno.

== Osnovni pojmovi ==

=== Termodinamički sustav ===
{{glavni|Termodinamički sustav}}

'''Termodinamički sustav''' je fizikalni sustav u kojem nastaju međusobne pretvorbe topline i drugih oblika energije, te time izazvane promjene ovisne o promjenama temperature. Teorijski se razlikuju:
* izolirani termodinamički sustav, u kojem zatvorena tvar nema mogućnost izmjene ni [[tvar]]i ni energije s okolinom,
* zatvoreni termodinamički sustav, u kojem je moguća samo izmjena energije s okolinom, pa s time i promjene [[volumen]]a, [[tlak]]a i [[temperatura|temperature]], ali je količina tvari nepromjenljiva, te
* otvoreni termodinamički sustav, u kojem je moguća izmjena tvari i energije s okolinom.

U praksi ne postoje u potpunosti prva dva tipa sustava nego se oni opisuju većim ili manjim približenjem (aproksimacijom). Tako se stanje u [[Kotao|parnom kotlu]] može opisati kao zatvoreni sustav ako je dotok topline jednak gubitcima, pa unutar kotla postoji stalna temperatura, tlak i količina pare. Zakonitostima promjena unutar termodinamičkoga sustava bavi se termodinamika. <ref> '''termodinamički sustav''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=60966] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref>

=== Termodinamički proces ===
{{glavni|Termodinamički proces}}

'''Termodinamički proces''' je [[proces]] promjene stanja nekog termodinamičkog sustava opisan s pomoću makroskopskih veličina (temperatura, tlak, toplina, volumen), na primjer [[adijabatski proces]], izoprocesi ([[Izoterma|izotermni]], [[Izobare|izobarni]], [[izohore|izohorni]], izentropni).

Termodinamički se [[reverzibilni proces]] ([[povratni proces]]) zbiva kada termodinamički sustav od početnoga do konačnoga stanja sporo prolazi kroz više ravnotežnih stanja, a može se odvijati i u suprotnom smjeru. Termodinamički [[ireverzibilni proces]] ([[nepovratni proces]]) zbiva se kada termodinamički sustav od početnoga do konačnoga stanja brzo prolazi kroz više neravnotežnih stanja i ne može se odvijati u suprotnom smjeru. Rad termodinamičkoga sustava ovisi o vrsti termodinamičkoga procesa kojim je sustav iz početnoga došao u konačno stanje.

[[Kružni termodinamički proces]] je proces kojim se termodinamički sustav nakon više stanja dovodi u početno stanje, na primjer [[Carnotov ciklus|Carnotov kružni proces]] (dva izotermna i dva adijabatska procesa), [[Dieselov ciklus|Dieselov kružni proces]] (izobarni, izentropni, izohoni i izentropni proces). <ref> '''termodinamički proces''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=69657] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref>

==== Izoprocesi ====
{{glavni|Izoprocesi}}

'''Izoprocesi''' su termodinamički procesi u kojima se [[količina tvari]] i jedna od veličina stanja sustava ne mijenjaju:
* izobarni proces ([[izobare]]) zbiva se pri stalnome [[tlak]]u, dok se [[volumen]] mijenja razmjerno s [[temperatura|temperaturom]];
* izohorni proces ([[izohore]]) zbiva se pri stalnom volumenu, dok se tlak mijenja razmjerno s temperaturom;
* [[izotermni proces]] ([[izoterma]]) zbiva se pri stalnoj temperaturi, dok se tlak mijenja obrnuto razmjerno s volumenom (na primjer [[Boyle-Mariotteov zakon]]);
* izentropni proces zbiva se pri stalnoj [[entropija|entropiji]], na primjer [[adijabatski proces]]. <ref> '''izoprocesi''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=28347] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref>

=== Stacionarno stanje ===
{{glavni|Stacionarno stanje}}

'''Stacionarno stanje''' je stanje [[sustav]]a pri kojem se njegovi makroskopski čimbenici (parametri) ne mijenjaju ili u koje se sustav [[period]]ički vraća. Iz stacionarnoga stanja sustav može pokrenuti samo djelovanje vanjske [[sila|sile]]. Moderna [[fizika]] ([[kvantna mehanika]]) proširila je pojam stacionarnoga stanja u tom smislu da stacionarno stanje ne mora biti najniže [[energija|energetsko]] stanje čestice, nego se [[čestica]] može nalaziti konačno mnogo [[Vrijeme (fizika)|vremena]] samo u određenim stacionarnim stanjima, pravilno raspoređenima po energiji. Prijelaz između dvaju stacionarnih stanja moguć je samo uz emisiju, odnosno [[Apsorpcija (razdvojba)|apsorpciju]] energije. <ref> '''stacionarno stanje''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=57675] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref>

== Kemijska termodinamika ==
{{glavni|Kemijska termodinamika}}

'''Kemijska termodinamika''' je grana termodinamike koja se bavi energijskim pretvorbama (transformacijama) tijekom [[Kemijska reakcija|kemijskih reakcija]]. Njezin je primarni cilj da na temelju energijskih promjena odredi uvjete koji određuju smjer spontane kemijske reakcije i njezin doseg, jer pretvorba (konverzija) reaktanata u produkte najčešće nije potpuna, pa kemijske reakcije napreduju samo do kemijske ravnoteže, to jest do stupnja u kojem se omjer [[koncentracija]] reaktanata i produkata više ne mijenja. Da bi se opisalo stanje sustava, promjene stanja i uvjeti pri kojima proces nastaje, primjenjuju se zakoni termodinamike. Promjena unutarnje energije sustava funkcija je topline i rada. U sustavu u kojem nastaje neka promjena, a volumen se sustava pritom ne mijenja, nastala toplina jednaka je promjeni unutarnje energije, dok se toplina nastala u sustavu tijekom promjene pri konstantnom tlaku određuje kao promjena [[entalpija|entalpije]], a jednaka je razlici entalpije konačnog i početnoga stanja. Sve spontane promjene u izoliranom sustavu dovode do porasta entropije sustava, koju je također moguće izračunati kao razliku entropije konačnog i početnoga stanja. <ref> '''termodinamika, kemijska''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=60968] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref>

== Izvori ==
{{izvori}}

== Vanjske poveznice ==
* [http://ahyco.ffri.hr/povijestfizike/ Web courseware Povijest fizike]

{{Opće grane u fizici}}

[[Kategorija:Termodinamika| ]]

Termodinamika - Povijest promjena

Suradnik10 u (test) 11:43, 15. studeni 2025.

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica