GENERALITATI DESPRE PRICIPIUL AL DOILEA AL TERMODINAMICII

GENERALITATI DESPRE PRICIPIUL AL DOILEA AL TERMODINAMICII

Primul principiu al termodinamici arata posibilitatea transformarii reciproce a diverselor forme de energie si imposibilitatea realizarii unui perpetuum mobile de speta intai. Totusi el nu explica integral fenomenul de transformare al energiei, deoarce nu indica sensul posibil al acesteia. Sensurile de producere al fenomenlor naturale nu sunt nici indiferente nici echivalente intre ele.

De asemenea primul principiu trateaza in mod identic transformarea energiei mecanice in energie calorica si invers, desi in realitate lucrul mecanic se poate transforma in caldura prin frecare dar transformarea energiei calorice in lucru mecanic nu se poate realiza integral niciodata asa cum s-a aratat in capitolele precedente.

Incercarile efectuate au evidentiat faptul ca lucrul mecanic produs are intotdeauna valori mai mici decat caldura primita. Masura in care caldura se transforma in lucru mecanic este exprimata prin randamentul termic al masinii:

(4.1)

Notiunea de randament al masinii termice a fost introdusa de inginerul francez Sadi Carnot care a pus bazele principiului al doilea al termodinamicii aratand ca nu poate fi conceputa o masina cu randament unitar. La randamente supraunitare s-ar realiza un perpetuum mobile de speta I, contrar primului principiu al termodinamicii, iar la randament unitar s-ar realiza un perpetuum mobile de speta a doua, combatut de al doilea principiu al termodinamicii.

Randamentul termic caracterizeaza perfectiunea termodinamica a ciclului din punct de vedere energetic. Pentru a obtine randamente cat mai mari, trebuie ca intervalul dintre cele doua temperaturi sa fie cat mai mare, adica admisia de caldura in masina sa se faca la o temperatura cat mai ridicata, iar cedarea de caldura sa aiba loc la o temperatura cat mai scazuta. Totusi, valorile practice ale acestor temperaturi sunt limitate de conditiile de functionare ale tipului de masina.

De exemplu, la masinile cu abur temperatura superioara T_M este limitata la 650^oC de conditiile de rezistenta si caracteristicile mecanice ale materialelor utilizate in cazanul de abur pe de o parte, iar pe de alta parte de proprietatile fluidelor lubrifiante utilizate; in cazul turbinelor cu gaze, proprietatile tehnologice ale paletelor turbinei limiteaza aceasta temperatura la valoarea de 850^oC.

La randul ei, temperatura sursei reci este limitata la valoarea naturala a mediului ambiant sau a apei, de circa -20..30^oC.

Principiul al doilea al termodinamicii stabileste particularitati de transformare ale caldurii. El are un caracter calitativ deoarece nu vizeaza cantitatile de energie ci sensul transformarilor care se produc spontan. Ca si primul principiu, principiul al doilea este de origine experimentala, verificarea sa rezultand din consecintele care decurg din el.

Principiul al doilea se incadreaza in principiul general al naturii dupa care transformarile spontane de energie se realizeaza in sensul scaderii potentialului.

In cazul sistemelor izolate, procesele termice evolueaza intotdeauna in sensul atingerii starii de echilibru; ele se desfasoara intr-un singur sens si sunt ireversibile. Procesele reversibile sunt numai cazuri limita, idealizate, ale proceselor reale ireversibile.

Avand in vedere faptul ca transformarile termodinamice ireversibile nu pot fi reprezentate in diagrame la fel de usor ca cele reversibile, iar factorii interni si externi care provoaca ireversibilitatea procesului nu pot fi cuprinsi in relatii matematice simple de calcul, termodinamica clasica de echilibru studiaza procesele termice dupa modelul transformarilor reversibile, corectia rezultatelor facandu-se cu ajutorul unor coeficienti determinati experimental.

In natura exista procese care se pot desf[sura in mod spontan, fara consum de lucru mecanic (de exemplu difuziunea sau transferul de caldura de la corpurile calde la cele reci), in timp ce pentru realizarea altor transformari trebuie sa se consume lucru mecanic din exterior.

In capitolul I s-au prezentat procesele reversibile si ireversibile. Intr-un sistem izolat, in care transformarile se produc pe care ireversibila, sensul transformarii este precizat. In cazul transformarilor reversibile, sensul transformarii este indiferent.

In natura fenomenele termodinamice se produc pe cale ireversibila, fenomenele mecanice reale, fiind insotite intodeauna de frecari sunt ireversibile.

Intr-o transformare de energie gradul de reversibilitate este masurat de raportul dintre cantitatea de energie obtinuta si cantitatea de caldura consumata, raport numit randamentul transformarii.

Principiul al doilea al termodinamici introduce o noua marime de stare - entropia - ca o masura a ireversibilitatii unui proces.