Základní pojmy termodynamiky

Transkript

1 Základní pojmy ermodynamiky eploa - charakerizuje sav ermodynamické rovnováhy sousavy epelná rovnováha máme-li dvě ělesa A a B v konaku, poom po určié době nasane sav epelné rovnováhy ve savu epelné rovnováhy neprobíhá epelná výměna obě ělesa mají sejnou eplou A Nulý zákon ermodynamiky: pokud dva sysémy jsou v ermální rovnováze s řeím sysémem, pak jsou éž ve vzájemné ermální rovnováze. B Q A Q B měření eploy

2 Základní pojmy ermodynamiky Měření eploy eplou měříme na základě změny vhodných fyzikálních veličin s eploou (např. objem, lak, elekrický odpor, el.napěí, ): A) Kapalinové eploměry: elsiova supnice Objemová rozažnos kapalin o β o - β ( + β) β f () d d [K součiniel objemové rozažnosi ] závisí na ypu kapalin (např. ruť, líh), jejichž objemová rozažnos je závislá na eploě referenční savy (za normálních podm.): ) Rovnovážný sav čisé vody a jejího ledu ) Rovnovážný sav čisé vody a její syé páry

3 Základní pojmy ermodynamiky Objemová rozažnos vody (H O) - voda má anomální rozažnos -led mávěší objem nežli kapalná fáze - minimální objem pro 4 ( 6,47 + 8,553 6, ) o (,33 ) u věšiny kapalin pozorujeme normální rozažnos, j. s rosoucí eploou se zvěšuje objem

4 Základní pojmy ermodynamiky B) Plynové eploměry: - nádoba sálého objemu naplněná zředěným plynem, u nějž měříme lak -zředěné plyny se chovají prakicky všechny sejně plynová supnice p p p p o p ( ) o p + 73,5 γ p Pa o 73,5 absoluní nula - prakicky nedosažielná p pro dosaečně řídké plyny Rozpínavos plynů p ( + γ ) součiniel rozpínavosi γ p p o - & p absoluní eploa ( + 73,5) K K kons.

5 Základní pojmy ermodynamiky absoluní (Kelvinova) eploní supnice: p p ( + ) p izochorický (harlesův) zákon p ermodynamická eploní supnice: -je oožná s absoluní eploní supnicí -je nezávislá na eplooměrné láce - je definována pomocí vhodných bodů (např.rojných bodů, bodů varu a ání různých láek) a inerpolačních vzahů mezi nimi K /73,6 kons. referenční sav: rojný bod vody - eploa 73,6 K - lak p63 Pa Mezinárodní eploní supnice (968) Farenheiova eploní supnice: F.8 + 3

6 Základní pojmy ermodynamiky Měření eploy: a) doykové měření kapalinové plynové bimealové odporové ermoelekrické magneické, b) bezdoykové měření senzory epelného (IČ) záření

7 Základní pojmy ermodynamiky eploní rozažnos pevných láek Délková rozažnos: α d l l d [K ] l l ( + α) α f () l l ε l l α Objemová rozažnos: abc a 3 ( + α) ( + 3α bc ) c a b β 3α součiniel objemové rozažnosi c a b

8 Základní pojmy ermodynamiky eploní rozažnos pevných láek Maeriál α, β 6 [K - ] ocel - hliník 4 invar,-,9 dřevo 6-9 dřevo 55 cihla 3-8 beon 5- sklo 7-9 ruť 8-89 líh voda ( ) 7 U konsrukcí z běžných maeriálů je nuné velmi pečlivě uvažova s jejich eploní rozažnosí dilaace, kombinace vhodných konsrukčních maeriálů, apod.

9 Základní pojmy ermodynamiky Příklad: (objemová a délková eploní rozažnos) a) určee na kolik procen lze naplni ocelovou cisernu s kapalinou (vodou), aby by při daném eploním rozdílu nevyekla objem nádoby: objem kapaliny: n k ( + 3α ) n ( + β ) k X + 3α % + β k % n % β 3 K - α 5 K - 4 o X % & 9,7% b) Určee napěí σ v ocelové yči o délce L (upevněné na obou koncích), kerá je zahřáa o (pevnos oceli σ m 4 MPa) Poměrná deformace: L ε L α σ Eε Eα α 5 K - 3 o E GPa σ 63 MPa < σ m L

10 Základní pojmy ermodynamiky ke sejné změně eploy různých láek pořebujeme doda různá epla dq Měrná epelná kapacia c: c [Jkg K ] d m množsví epla, keré je nuno doda kg láky, aby se ohřál o K Pevné láky, kapaliny -určována epelná kapacia při kons.laku plyny Q mc d d [JK epelná kapacia : - epelná kapacia závisí na podmínkách, při kerých je určována lak konsanní p kons. p p p > κ > ] Objem konsanní kons. Poissonova konsana

11 Základní pojmy ermodynamiky Měření množsví epla, epelné kapaciy: založeno na zákonu zachování energie provádí se v izolované sousavě (např. kalorimeru) Příklad: (ermoska) Určee, výslednou eplou X po smíchání m,7 kg vody (čaje) o eploě a m,3 kg rumu o eploě 5 a eplou Y po době τ4 hod., jesliže epelná zráa ermosky je P Z,5 W. c c 48 Jkg K 5 Jkg K m kalorimerická rovnice ( X ) ( mc + )( X ) c Q Z JK P τ ( m c + m c)( Z X Y ) X Y m c + ( mc m c + m c + + ) & 86 o ( m c + mc) X P τ ( m c + m c ) & 5,7 Z o