Click here for Myspace Layouts
** FIZIKA ** 2010/04
   

** FIZIKA **

Dobrodošli na moj blog

01.04.2010.

ZAKONI ZRAČENJA CRNOG TIJELA

Tijelo koje na svakoj temperaturi potpuno apsorbuje zračenje svih talasnih dužina naziva se idealno crno tijelo.Ovakvo tijelo ne postoji u prirodi.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/hr/6/6a/Crno_tijelo.gif
                            Crno tijelo

















Zračenja crnog tijela na različitim temperaturama
Fizičari su krajem 19. st., mjerili intenzitete zračenja zagrijanog crnog tijela za različite talasne dužine.Koristili su specijalne prizme koje su propuštale i infracrveno značenje.
Uočili su dvije važne zakonitosti.
1.Wienov zakon

Položaj maksimuma talasnih dužina u spektru zračenja crnog tijela temperature T određen je Wienovim zakonom:

 je Wienova konstanta.

2.Stefan-Boltzmanov zakon

Snaga zračenja s površine A crnog tijela temperature T određena je Stefan-Boltzmannovim zakonom:

 je Stefan-Boltzmannova konstanta.


01.04.2010.

CARNOTOV (KARNOOV) KRUŽNI PROCES

Karnoov kružni proces je idealni kružni proces i po njemu ne rade realni uređaji za proizvodnju mehaničke energije na račun toplote.Ovaj proces leži u osnovi rada svih toplotnih mašina.


Francuski inžinjer Carnot (Karno) je 1824. godine uvidio da parna mašina radi zato što se održava razlika temperatura između toplog i hladnog rezervoara. Koristan rad se može dobiti samo kad toplota prelazi sa tijela više temperature na tijelo niže temperature.


Za izvođenje Karnoovog procesa  treba da postoje 2 toplotna rezervoara velikog toplotnog kapaciteta da se njihove temperature, dodavanjem ili oduzimanjem određene količine toplote, ne bi mjenjale. Sastoji se iz dvije izoterme i dvije adijabate:

-izotermalno širenje - plin u cilindru s klipom izotermalno

      (T1 = const) se širi uzimajući toplinu (ukupno Q1) od temperaturanog spremnika na temperaturi T1 za izvršeni rad.

adijabatsko širenje -  kontakt sa termalnim spemnikom se prekida pa se plin u cilindru nastavlja širiti adijabatski smanjujući temperature zbog vršenja rada.

izotermalno skupljanje -  kada se temperatura plina izjednači s temperaturom drugog toplinskog spremnika, temperature T2 ( < T1 ), volumno širenje se zaustavlja te započinje izotermalno skupljanje, pri čemu plin predaje dio topline ( ukupno Q2) termalnom spremiku.

-adijabatsko skupljanje  - prekida se kontak između cilindra i termalnog spremnika, a nastavlja se adijabatska kompresija sve dok plin ne dođe u svoje početno stanje u kojem je imalo temperaturu T1.

Koeficijent iskorištenja je:

              η=1–T1/T2      

jer se radi o reverzibilnom  procesu.

   Carnot cycle


Stepen korisnog djelovanja toplotne mašine je odnos dobivenog rada i utrošene toplote,

           η=A/Q1

Karno je dokazao  da stepen korisnog djelovanja toplotne mašine zavisi samo od temperature toplog i hladnog rezervoara,

           η=T1-T2/T1

T1-temperatura toplog rezervoara

T2-temperatura hladnog rezervoara

 

01.04.2010.

ADIJABATSKI PROCESI

U termodinamici, adijabatski proces je proces u kojem nema prijenosa topline prema ili iz fluida(tekućine-sve tvari koje nemaju stalan oblik). Naziv "adijabatski" doslovno označuje odsutnost prijenosa topline. Primjerice, adijabatska granica je granica koja je nepropusna za prijenos topline i za sistem se kaže da je adijabatski (ili toplinski) izoliran. Drugi je primjer temperatura adijabatskog plamena, koja predstavlja temperaturu koju bi dosegao plamen u odsutnosti gubitka topline prema okolini. Adijabatski proces koji je povratan se također zove izentropičkim procesom.
Ustvari, adijabatski procesi se odvijaju bez razmjene toplote sa okolinom.Zahtjev da sistem ne razmjenjuje toplotu sa okolinom označavamo izrazom Q=0.Uvrštavanjem tog uslova u izraz za prvi zakon termodinamike dobivamo:

          A=-ΔU

Znak minus znači da pri adijabatskom procesu sistem vrši rad na račun smanjenja unutrašnje energije.Ukoliko se na sistemu vrši rad, onda mu se povećava unutrašnja energija.

Suprotni ekstrem - maksimalnog prijenosa (izmjene) topline s okolinom, uzrokujući konstantno održavanje temperature - je poznat kao izotermalni proces.Transformacija termodinamičkog sustava se može smatrati adijabatskom kada je dovoljno brza da značajna količina topline nije izmjenjena između sistema i okoline.Kao suprotnost, transformacija termodinamičkog sistema se može smatrati izotermalnom ako je dovoljno spora da temperatura sistema ostane konstantnom izmjenom topline s okolinom.

                  Izotermni, izobarni, izhorni i adijabastki proces
Izobarni, izohorni, izotermni i adijabatski proces u p,V dijagramu

                              Adijabata
                  Adijabata u p,V dijagramu
01.04.2010.

DRUGI ZAKON TERMODINAMIKE

Nemoguć je proces u kome bi toplina  spontano prelazila s tijela niže temperature na tijelo više temperature.                                                                                                                                                Alternativno se govori o gubicima rada  zbog nepovratnosti procesa, tj. u realnim procesima je za povratak u početno stanje potrebno uložiti energiju.

Koristan rad se može dobiti samo kad toplota prelazi sa tijela više temperature na tijelo niže temperature, i ova tvrdnja je definicija drugog zakona termodinamike.Ovaj zakon ukazuje da su gotovo svi procesi u prirodi jednosmjerni i nepovratni.Toplotni procesi uvijek teže ravnotežnom stanju-izjednačavanju temperature.

Mašina koja bi sama hladila okolinu i na račun toplote okoline vršila rad naziva se perpetuum mobile druge vrste.Nemoguće je konstruisati ovakvu mašinu.


                     
Šoljica kafe ostavljena na stolu se eventualno hladi, ali šoljica kafe u istoj sobi se nikad ne zagrije sama.Visoka temperaturna energija kafe je transformisana u manje koristan oblik na nižu temperaturu.
01.04.2010.

PRVI ZAKON TERMODINAMIKE

Ovaj zakon govori o očuvanju energije.Energija se ne može stvoriti ni iz čega niti se može uništiti, već se može samo prenijeti iz jednog oblika u drugi, ili s jednog tijela na drugi.
Unutrašnja energija sistema se može povećati dovođenjem toplote i radom što ga na njemu izvrše vanjske sile:
ΔU=Q+Av .Međutim sistem može da vrši rad na savlađivanju vanjskih sila.U tom slučaju rad sistema ima predznak minus   (A=-Av) , te možemo pisati,

        Q=ΔU+A

Dovedena količina toplote sistemu ide na povećanje njegove unutrašnje energije i vršenje rada na savlađivanje vanjskih sila.To je analitički izraz prvog zakona termodinamike.
Alternativna formulacija glasi: nemoguće je napraviti mašinu koja bi stvarala energiju ni iz čega.Odnosno, nemoguće je napraviti mašinu koja bi radila ne trošeći nikakvu energiju.Takva mašina se zove perpetuum mobile prve vrste.


                  
Čovjek svoju energiju troši kretanjem, njegova unutrašnja energija se troši hodanjem(način rada).
01.04.2010.

TERMODINAMIKA

Termodinamika  je grana fizike koja proučava veze između toplinske energije i ostalih oblika energije koje se u tvarima izmjenjuju u uvjetima ravnoteže.Gotovo svaki oblik energije u svojoj pretvorbi prelazi na kraju u energiju toplinskog kretanja. Tako npr. trenje, električna energija, energija hemijske reakcije, svjetlosna energija i druge pretvorbama prelaze u toplinu.

                         
Energija ne može biti napravljena ili uništena, jedino može mijenjati oblike u kojima se javlja.

01.04.2010.

TEMPERATURA

Temperatura je fizikalna veličina kojom se izražava toplinsko stanje neke tvari i jedna je od osnovnih veličina u termodinamici. Ona ovisi o tome koliko unutarnje energije sadrži neko tijelo određene mase i pritiska. Temperatura ne može prelaziti s tijela na tijelo, nego prelazi toplina, a temperature se izjednačavaju.

Definicija temperature

Pojam temperature može se definirati na više načina. Osjećamo kada je neko tijelo toplije ili hladnije od našeg tijela, a uočavamo i fizikalne promjene zapremine, pritiska i agregatnog stanja koje pri tome nastaju. Na temelju toga definirane su  temperaturne ljestvice kao što su Celzijeva i Fahrenheitova koje se i danas koriste u većini primjena. Za njih je svojstveno postojanje negativnih vrijednosti temperatura, jer je ishodište ljestvice utvrđeno proizvoljno.                                                        

                              http://img9.imageshack.us/img9/1614/absolutezero8cj.jpg
        Fahreheitova, Celzijusova i Kelvinova skala


                  http://www.meteo-info.hr/rjecnik/celzijeva_temperaturna_ljestvica.jpg
       Celzijeva temperaturna ljestvica

Određuju je ledište i vrelište vode pri atmosferskom pritisku od 101325 Pa, a označeni su sa 0°C i 100°C. Između tih osnovnih tačaka, skala je podijeljena na 100 jednakih temperaturnih intervala od kojih svaki odgovara jednom Celzijevom stupnju.

U fizici, a posebno termodinamici, temperatura se definira tako da je ishodište temperaturne ljestvice utvrđeno na temelju fizikalnih načela (apsolutna nula). Tako definirana temperatura se formalno naziva apsolutna temperatura ili termodinamička temperatura.

U okviru kinetičke teorija plinova apsolutna se temperatura definira pri razmatranju monoatomnog idealnog plina. U takvom plinu, koji se nalazi u termodinamičkoj ravnoteži, srednja kinetička energija <Ek> čestica u sistemu centra mase ne ovisi o vrsti plina i iznosi:

               <E_k>=\frac{3}{2}k_B T

gdje je kB Boltzmannova konstanta, a T je apsolutna temperatura. Ovaj izraz odnosi se sustav sa tri prostorne dimenzije (tri stupnja slobode), pa je srednja kinetička energija za svaki pojedini smjer:

          <E_k>=\frac{1}{2}k_B T

Dakle, ovako definirana temperatura je mjera za srednju energiju mnoštva čestica koje se nalaze u termodinamičkoj ravnoteži i ne može poprimiti negativne vrijednosti.

Apsolutna termodinamička temperatura

Ova definicija temperature polazi od rada reverzibilnog toplinskog stroja, za koji je omjer temperatura toplog i hladnog spremnika jednak omjeru količine topline predane iz toplog i primljene u hladni spremnik:

            \frac{T_A}{T_B}=\frac{Q_A}{Q_B}

Ovo je univerzalna definicija temperature, stoga što je neovisna o materijalu (supstanci) i načinu rada toplinskog stroja, dokle god je toplinski stroj reverzibilan.

 

01.04.2010.

IZOPROCESI

Ako jedna od veličina koja karakteriše stanje gasa ostaje nepromijenjena onda imamo izoprocese.

IZOTERMIČKI PROCES (T=const)

              
Proizvod pritiska i zapremine određene količine gasa, na stalnoj temperaturi je konstantan.
Do ovog zaključka su još u 17. st. došli naučnici Boyle i Mariotte što je poznato kao Bojl-Mariotov zakon.

                   
Smanjenjem zapremine raste pritisak i smanjenjem pritiska raste zapremina.

IZOBARSKI PROCES (p=const)

                

Odnos zapremine i apsolutne temperature gasa, na stalnom pritisku, je konstantan.Ova relacija je poznata kao Gay-Lussacov zakon.                                                                                                             
Zapremina gasa, pri stalnom pritisku, linearno raste sa temperaturom.

IZOHORSKI PROCES (V=const)

           
Odnos pritiska i apsolutne temperature gasa, pri stalnoj zapremini je konstantan.Ova ralacija je poznata  kao Charlesov (Šarlov) zakon.                                                                                                  
Pritisak gasa, pri stalnoj zapremini, linearno raste sa temperaturom.