Dijalog kultura 01.09.2013.

Tema: TERMODINAMIKA – ENERGIJA, ENTROPIJA, EKSERGIJA I ODRŽIVI RAZVOJ; NAUKA O TOPLOTI I MEHANICI FLUIDA, TEORIJA KONVEKTIVNOG PRENOSA TOPLOTE; TOPLOTNI RAZMENJIVAČI; TEČNI METALI, LEMLJENJE, TVRDO LEMLJENJE I ZAVARIVANJE

„Termodinamičari ističu generalnu važnost te discipline za sve prirodne fenomene“, kaže prof. dr Dušan P. Sekulić, redovni profesor na Departmanu za mašinstvo Fakulteta za inženjerstvo Univerziteta Kentakija u Leksingtonu, SAD, gde predaje predmete iz termičkih nauka, mehanike fluida i konvenktivnog prenosa toplote i, na istom univerzitetu, direktor Laboratorije za spajanje metala i za primenu tih postupaka na toplotne razmenjivače.

Upravo ta generalna važnost termodinamike sugeriše da je ta nauka ona nit koja povezuje tri oblasti kojima se Sekulić bavi: toplotni razmenjivači, zatim tečni metali i termodinamika i održivi razvoj. Pored velikog broja radova u tim oblastima Sekulić je ostvario i tri knjige: Fundamentals of Heat Exchanger Design (Inženjersko oblikovanje toplotnih razmenjivača), u izdanju Wiley, Hoboken, NY, 2003, a koja je prevedena, te i u Kini objavljena 2010, zatim Thermodynamics and the Destruction of Resources (Termodinamika i uništenje resursa) u izdanju Cambridge University Press, 2011, i Advances in Brazing: Science, Technology and Applications (Savremena dostignuća u oblasti spajanja metala i nemetala na visokom temperaturama – nauka, tehnologija i primena), u izdanju Woodhead, Cambridge, UK, 2013.

Gde sve nalazimo toplotne razmenjivače kao uređaje? Šta kazuje sama teorija toplotnih razmenjivača za koju Sekulić naglašava da počinje sa termodinamikom, a nastavlja sa konstrukcijama tih uređaja i ponovo završava sa termodinamikom – pri ocenjivanju njihovog učinka?

Kako se definišu energija, entropija i eksergija?

Šta su tečni metali, u čemu je aktuelnost njihove primene, odnosno gde se sve primenju danas i koje su razlike između lemljenja, tvrdog lemljenja i zavarivanja?

Šta termodinamika, kao jedna od fundamentalnih nauka kada je o održivom razvoju reč, kaže o sprečavanju uništenja prirodnih resursa, svih materijalnih i energetskih izvora?

Sekulić, ističe da je celokupna fenomenološka termodinamika nastala iz nastojanja inženjera da razumeju kako se iz toplote može dobiti koristan rad. On takođe, između ostalog, objašnjava: „Takozvani toplotni razmenjivači su naprave koje inženjeri konstruišu da bi ostvarili prenos toplotne energije sa jednog na drugi fluid u međusobnom dodiru. Dakle, u toj interakciji pojavljuje se toplotna energija koju mi zovemo toplota, ili hladnoća, već u zavisnosti od naše percepcije. Kako termodinamika objašnjava pojave koje kontrolišu taj prelaz kao i transformacije toplotne energuje u druge vidove energije, jasno je da konstrukcija inženjera u kojoj te pojave moraju da se odvijaju mora biti tesno vezana za termodinamiku kao fundamentalnu nauku koja opisuje te pojave. Konačno, toplotni uređaji su naprave načinjene od konstrukcionih materijala, recimo metala. Oni imaju stotine elementata koji moraju biti uklopljeni u celinu da bi se njihova funkcija ostvarila. To smeštanje u celinu u običnom razgovoru možemo nazvati proizvodnjom tih aparata. Jasno je da komponente koje su najčesće načinjene od metala moraju biti spojene, po pravilu nerazdvojivo. To spajanje je najidealnije ako su spojevi načinjeni od materijala koji je takođe metal. Da bi spajanje bilo potpuno, taj metal mora biti istopljen, mora biti doveden do spojeva i potom se mora stvrdnuti formirajući nerazdvojivu vezu. Ti procesi u kojima tečni metal ostvaruje vezu među konstruktivnim elementima su takođe termodinamički opisani kao topljenje, kvašenje metalnih površina tečnim metalom i njegovo stvrdnjavanje. Mora biti jasno da svi ti procesi zadovoljavaju prirodne zakone koje opisuje termodinamika. Dakle, da bi inženjer konstruisao toplotni razmenjivač, i da bi ga proizvođač načinio, poznavanje termodinamike je ključno. Na primer, kako opisati prostiranje tečnog metala preko hrapave površine koja uz to hemijski reaguje sa tečnim metalom? Opis te pojave zahteva poznavanje mnogih disciplina fizike i hemije na različitim nivoima razmera sistema koji se posmatraju – od globalnih do nano razmera, često i do atomskog nivoa.“

O savremenim saznanjima u oblasti spajanja metala i nemetala, i šta se podrazumeva pod lemljenjem, šta pod tvrdim lemljenjem i šta pod zvarivanjem, Sekulić, između osalog kaže: „Ako se materijali koji se spajaju, koji su pogodno izabrani, zagrevaju do temperature od oko 450C i pritom se doda treći metal, takođe pogodno, iskustveno izabran, koji se na toj temperaturi otopi, proces bi se zvao lemljenje. Ako je taj proces na višim temperaturama, on se zove tvrdo lemljenje. Oba procesa se radikalno razlikuju od onoga što inženjeri zovu zavarivanjem jer u tom poslednjem i delovi koji se spajaju doživljavaju lokalno topljenje i metaluršku vezu uz pomoć dodatnog materijala. Recimo, ukoliko se spaja metal koji se zove molibdenum sa metalom koji se zove renijum bez mogućnosti topljenja bilo kojeg od ta dva metala, korišćenje molibdena i nikla je moguće na temperaturama i preko 1300C postupkom koji se zove tvrdo lemljenje. No, ukoliko se spaja elektronski čip na elektronskoj ploči, temperature mogu biti tek nešto više od 200 stepeni celzijusa sa legurom kalaja, srebra i bakra korišćenjem lemljenja.“

Razgovor s profesorom dr Dušanom P. Sekulićem u ovoj emisiji počinje relacijom termodinamika i održivi razvoj. U sledećoj zaključno razgovaramo o tome, zatim o Sekulićevoj životnoj i naučnoj biografiji i o njegovom pogledu na nauku i izazovima koji su pred njom.

Urednica i autorka: Drenka Dobrosavljević

Muzički urednik: Predrag Jovanović

Ton-majstorka: Marica Jung