Toplina i termodinamika
Toplina i termodinamika ispituje prijenos energije, zagrijavanje i fazne promjene, plinske procese te zakone koji ograničavaju pretvorbu topline u rad. Očekuju se računi s masom, specifičnim toplinskim kapacitetom, latentnom toplinom i jednadžbom stanja idealnog plina.
Toplina i fazne promjene
- Zagrijavanje bez promjene faze: Q = mcΔT.
- Taljenje, vrenje i kondenzacija: Q = mL; tijekom fazne promjene temperatura se ne mijenja.
- Toplinski kapacitet tijela je C = Q/ΔT = mc.
Plinovi i zakoni
Jednadžba stanja idealnog plina je pV = nRT, s T u kelvinima. U izohornom procesu W = 0, u izobarnom W = pΔV, u izotermnom ΔU = 0, a u adijabatskom Q = 0. Prvi zakon termodinamike pišemo ΔU = Q - W kada je W rad koji plin izvrši. Drugi zakon kaže da spontani procesi povećavaju ukupnu entropiju; Carnotova korisnost je η = 1 - Tc/Th, uz temperature u kelvinima.
Riješeni primjer
Za zagrijavanje 2 kg vode od 20 °C do 80 °C treba Q = mcΔT = 2·4200·60 = 504 000 J = 504 kJ. Ako se to dogodi u 10 min = 600 s, prosječna snaga je P = Q/t = 504 000/600 = 840 W. Razlika temperatura ista je u °C i K, ali apsolutna temperatura u plinskim jednadžbama mora biti u K.
Zamke
Najčešća pogreška je zaboraviti latentnu toplinu pri faznoj promjeni ili upotrijebiti °C u pV = nRT. Pripazite na dogovor o predznaku rada i topline: ΔU = Q - W i ΔU = Q + W ne smiju se miješati. Korisnost toplinskog stroja ne može biti 100 % ako su spremnici konačnih temperatura.