ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK

Transkript

1 ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK

2 TÁNÍ A TUHNUTÍ - OSNOVA Kapilární jevy příklad Skupenské přeměny látek Tání a tuhnutí Teorie s video experimentem Příklad

3 KAPILÁRNÍ JEVY - OPAKOVÁNÍ

4 KAPILÁRNÍ JEVY - PŘÍKLAD Jak musí být tenká kapilára, ve které by vystoupila voda do výšky 10 m? Řešení: hg R 2 R 2 hg 2.0, ,81 1, m 0,0015mm

5 SKUPENSKÉ PŘEMĚNY LÁTEK

6 TÁNÍ A TUHNUTÍ Video Teplota tání = teplota, při které nastává tání pevné látky. Teplota tuhnutí = teplota, při níž se kapalina mění v pevnou látku U čistých krystalických látek jsou teploty stejné

7 TÁNÍ A TUHNUTÍ Skupenské teplo tání Teplo, které látka o hmotnosti m přijme při skupenské přeměně L m. t l t l t měrné skupenské teplo tání (J/kg) Skupenské teplo tuhnutí

8 Kovy malé měrné skupenské teplo tání průmysl Voda velké měrné skupenské teplo tání Sníh a led roztává na jaře pomalu (pomalé zamrzání vody v rybníce uvolnění tepla do okolí)

9 TÁNÍ A TUHNUTÍ Při tání většina látek zvětšuje svůj objem Výjimka: Voda zmenšuje při tání svůj objem. Teplota tání závisí na tlaku S rostoucím tlakem roste teplota tání Výjimka: Voda Led při rostoucím tlaku taje při nižší teplotě

10 PŘÍKLADY Řešení: Nezmrzlá voda má hmotnost 109g.

11 Příklady TÁNÍ A TUHNUTÍ

12 PŘÍKLAD 1 Povrch kaluže o obsahu 1,5 m 2 se při teplotě 0 C pokryl vrstvou ledu tloušťky 2,0 mm. Vypočtěte energii kterou mrznoucí voda odevzdala svému okolí. Hustota ledu při 0 C je 918 kg.m- 3. [0,92 MJ]

13 PŘÍKLAD 2 [6,7 TJ]

14 PŘÍKLAD 3 [52,1 MJ]

15 PŘÍKLAD 4 Kolik gramů vody o teplotě 100 C musíme nalít do termosky ke kusu ledu o hmotnosti 150g a teplotě 0 C, aby vznikla voda o teplotě 50 C?

16 Příklady na tání a tuhnutí VYPAŘOVÁNÍ, VAR A KONDENZACE

17 PŘÍKLAD 5 Počítat b)

18 PŘÍKLAD 6 - DÚ

19 VYPAŘOVÁNÍ vypařování...přechod látky z kapalného skupenství do plynného skupenství...při libovolné teplotě...z volného povrchu...snižuje si při tom teplota kapaliny (energie přechází do páry) pára...molekuly vyletující z kapaliny skupenské teplo vypařování L v...teplo, které musíme dodat kapalině, aby se přeměnila na páru téže teploty měrné skupenské teplo vypařování l v voda při 0 C : voda při 100 C : l v = 2,51 MJ.kg -1 l v = 2,26 MJ.kg -1

20 VAR KAPALINY intenzivní vypařování nejen z povrchu, ale i uvnitř teplota varu...teplota, při které se kapaliny vytváří bubliny páry...závisí na vnějším tlaku normální teplota varu...za normálního tlaku (1013 hpa) s rostoucím tlakem se zvyšuje teplota varu (využívá se v praxi) měrné skupenské teplo varu... l v při teplotě varu kapaliny voda při 100 C : líh při 78,3 C = var : l v = 2,26 MJ.kg -1 l v = 0,84 MJ.kg -1

21

22 KAPALNĚNÍ (KONDENZACE) kapalnění...obrácený děj k vypařování, pára kapalní...může nastat na povrchu kapaliny, pevného tělesa nebo ve volném prostoru...vytváření kapek zlehčují zrnka prachu, částice kouře nebo elektricky nabité částice skupenské teplo kondenzační...uvolňuje se při kapalnění měrné skupenské teplo kondenzační...rovno l v při stejné teplotě

23 PŘÍKLAD

24 Vypařování a var - příklady SYTÁ PÁRA A FÁZOVÝ DIAGRAM

25 PŘÍKLAD 1 Voda o hmotnosti 10 kg a teplotě 20 C se ohřeje na teplotu 100 C a pak se všechna přemění na páru téže teploty. Jaké celkové teplo soustava přijme? Jaká část z toho připadá na změnu skupenství? 26 MJ, 87%

26 PŘÍKLAD 2 33g

27 SYTÁ PÁRA rovnovážný stav, kdy se při vypařování kapaliny v uzavřené nádobě přestane zmenšovat objem kapaliny a zvětšovat objem páry sytá pára... pára v rovnovážném stavu se svou kapalinou Tlak syté páry nad kapalinou s rostoucí teplotou roste Tlak syté páry nezávisí při stále teplotě na objemu páry

28 SYTÁ PÁRA křivka syté páry...závislost tlaku na teplotě (pro různé látky různá) jde z ní určit teplota varu za daného tlaku A...počáteční bod...nejmenší tlak a teplota, při které existuje kapalina a sytá pára v rovnovážném stavu při zvyšování teploty T roste hustota páry a klesá hustota kapaliny K...kritický bod...kritický stav látky...mezi kapalinou a sytou párou zmizí rozhraní při vyšší teplotě než T K (kritická teplota) už látka neexistuje v kapalném skupenství vnější tlak teplota varu voda : T A = 273,16 K (0,01 C) p A = 0,61 kpa T K = 647,3 K (374,15 C) p T = 22,13 MPa ρ K = 315 kg.m -3

29 FÁZOVÝ DIAGRAM Znázornění rovnovážných stavů látky Křivka syté páry Křivka tání Sublimační křivka Přehřátá pára - pára s nižším tlakem a hustotou než sytá pára téže teploty

30 FÁZOVÝ DIAGRAM Wilsonova mlžná komora podchlazené syté páry (kondenzace) 1nAv28r2c Bublinková komora přehřátý kapalný vodík (bublinky páry) Podchlazená voda

31 PŘÍKLAD 3 Atmosférický tlak na povrchu Měsíce je menší než tlak odpovídající trojnému bodu vody. Může na povrchu Měsíce existovat soustava molekul H 2 O jako kapalné skupenství? Ne

32 PŘÍKLAD 4 Při táboření v horách zjistila skupina, že voda v kotlíku vře již při teplotě 95 C. Pomocí MFChT ujistěte, jaký byl v daném místě atmosférický tlak a v jaké nadmořské výšce se skupina nacházela. 845hPa, 1 400m

33 VODNÍ PÁRA V ATMOSFÉŘE Člověk lépe snáší vyšší teplotu při malé hmotnosti páry Vodní pára je ve vzduchu zpravidla přehřátá absolutní vlhkost vzduchu ϕ...rovno hustotě vodní páry ve vzduchu ϕ...[velké fí] V...objem vzduchu m...hmotnost vodní páry relativní vlhkost vzduchu φ...pro člověka je nejvhodnější 50% až 70%...měříme vlhkoměry φ...[malé fí] p...tlak vodní páry ve vzduchu p s...tlak syté páry suchý vzduch : φ = 0% vzduch se sytou vodní párou: φ = 100%

34 ROSNÝ BOD charakterizuje vlhkost vzduchu stav popsaný teplotou rosného bodu, na kterou by bylo třeba ochladit vzduch, aby se vodní pára stala sytou při dalším ochlazení sytá vodní pára kondenzuje...vzniká rosa, mlha, mraky je-li teplota rosného bodu nižší než 0 C, vzniká jinovatka či sníh

35 PŘÍKLAD 5 Při teplotě 25 C prošel trubicí s hygroskopickou látkou (kys. sírová, chlorid vápenatý) vzduch o objemu 3 m 3, čímž se hmotnost látky zvětšila o 42g. Určete absolutní a relativní vlhkost vzduchu při dané teplotě. Hustotu syté vodní páry při uvedené teplotě vyhledejte MFChT. 14 g/cm 3, asi 61%

36 PŘÍKLAD 6 V uzavřené nádobě je sytá vodní pára hmotnosti 800 g a tlaku 57,8 kpa. Do nádoby vpustíme vodu o hmotnosti 13 kg. Jakou musí mít voda teplotu, aby všechna pára zkapalněla a soustava měla výslednou teplotu 70 C? Měrné skupenské teplo vypařování je 2,29 MJ/kg. 35,5 C

37 PŘÍKLAD 7 0,41 kj.kg -1.K -1

38 ZDROJE Prezentace: _kapalin.ppt Video: Podchlazená voda: Emanuel Svoboda a kolektiv PŘEHLED STŘEDOŠKOLSKÉ FYZIKY Příklady: Halliday, Walker, Resnick - Fyzika GOOGLE PBASE.COM/ACCL YOUTUBE