Vnitřní energie, práce a teplo

Transkript

1 Vnitřní energie, práce a teplo Míček upustíme z výšky na podlahu o Míček padá zvětšuje se, zmenšuje se. Celková mechanická energie se - o Míček se od země odrazí a stoupá vzhůru zvětšuje se, zmenšuje se. Celková mechanická energie se. Platí U skutečného míčku a skutečné podlahy se po každém odrazu míček odrazí do výšky jeho mechanická energie se až míček zůstane v klidu na podlaze. I přesto ale platí zákon zachování energie. Mechanická energie se změnila na jiné formy. o se teplota míčku, podlahy a vzduchu mechanická energie míčku se změnila na vnitřní energii soustavy míček-vzduch-podlaha. Vnitřní energie tělesa Vnitřní energii tělesa (soustavy) značíme. Je dána součtem celkové kinetické energie neuspořádaně se pohybujících částic tělesa (, a ) a celkové potenciální energie vzájemné polohy částic. Vnitřní energie konstantní veličinou. Vnitřní energii tělesa můžeme zvýšit: o Konáním - např. o výměnou Zákona zachování energie: Při dějích probíhajících v izolované soustavě těles zůstává součet kinetické, potenciální a vnitřní energie těles konstantní. A: Uveď příklady dějů, při kterých se konáním práce zvětšuje vnitřní energie tělesa. B: Při šplhu po tyči je při sestupu nutné ručkovat. Proč není možné se po tyči spustit dolů? 1

2 C: těleso o hmotnosti 2 kg padá z výšky 15 m do písku. Vypočítejte jak se změní při dopadu vnitřní energie tělesa a písku. Změna vnitřní energie tělesa při tepelné výměně. Teplo. Ponoříme-li do teplé vody studenější těleso, pozorujeme teploty vody a teploty tělesa. Po určité době nastane stav. o Při dotyku dochází ke částic na rozhraní těles a při tom částice teplejšího tělesa předají částicím studenějšího tělesa část své. o Toto předávání probíhá také mezi částicemi téhož tělesa, pokud mají teplotu. o Předávání energie neprobíhá konáním práce (tělesa jsou v klidu), ale tepelnou výměnou Děj, při kterém neuspořádaně se pohybující částice teplejšího tělesa narážejí na částice dotýkajícího se studenějšího tělesa a předávají jim část energie, nazýváme. Odevzdá-li teplejší těleso chladnějšímu tepelnou výměnou energii, odevzdalo mu Teplo Q je určeno, kterou při tepelné výměně odevzdá teplejší těleso studenějšímu. Jednotkou tepla je. Teplo vztahujeme k, nikoli k tělesu nelze proto mluvit o teplu tělesa Sledujeme ohřívání rukou: o Vnitřní energie rukou se zvýšila (ruce přijaly teplo) - o Vnitřní energie vody se snížila (voda odevzdala teplo) - o Tvoří-li ruce a voda soustavu (teplo neutíká pryč), platí (Přijaté teplo teplu odevzdanému). 2

3 Měrná tepelná kapacita A: Ve varné konvici o výkonu 2200 W ohříváme různé kapaliny. Najdi veličiny, které rozhodují o tom, jak dlouho bude třeba kapalinu ohřívat (a tedy jak velké množství tepla přijme). Záleží na: Množství tepla potřebného k ohřátí m kilogramů vody o Δt stupňů: Měrná tepelná kapacita c Množství, které musíme dodat látky, aby se ohřál o Jednotka je Různé hodnoty pro látky, ale i pro skupenství látky Závisí na látky hodnoty uvedeny v B: Měrná tepelná kapacita vody je větší než měrná tepelná kapacita lihu. Rozhodni na základě tohoto tvrzení pravdivost následujících výroku. a) Abychom ochladili stejná množství lidu i vody o stejnou teplotu, musíme z vody odebrat více energie než z lihu. b) Když stejně zahříváme vodu a líh, líh se rychleji ohřívá. c) Energie 1000 J ohřeje o 1 K větší množství vody než lihu. 3

4 Tepelná kapacita udává množství tepla potřebného k ohřátí tělesa o. Jednotkou je Platí vztahy: C: Jakou tepelnou kapacitu má hliníková nádoba o hmotnosti 50 g? Měrná tepelná kapacita hliníku je 896 J kg -1. D: Na obr. 2-9 jsou grafy změny teploty dvou těles stejné hmotnosti jako funkce tepla přijatého tělesy. Jaká je počáteční a konečná teplota obou těles? Jaké jsou měrné tepelné kapacity látek, jestliže hmotnost každého tělesa je 2 kg? 4

5 Kalorimetrická rovnice A: do 200 ml vody o teplotě 20 C (pokojová teplota) přilijeme 150 ml vody o teplotě 80 C (horká voda). Odhadni teplotu výsledné teplé vody. Urči teplotu vody výpočtem. Odhadni teplotu vody, jaká by reálně byla naměřena teploměrem. Kalorimetrická rovnice : Teplo = teplo K experimentálnímu měření měrné tepelné kapacity se používají kalorimetry (metr na kalorie). B: Kolik studeného čaje o teplotě 20 C musíme nalít do 0,25 l horkého čaje o teplotě 80 C, abychom získali čaj o teplotě 45 C? 5

6 C: Železné závaží o hmotnosti 200 g hodíme do 0,5 litru vody o teplotě 20 C. Teplota vody se ustálila na 22 C. Jaká byla původní teplota závaží? 6

7 První termodynamický zákon - pohyb částiv látek způsobuje, že mají tělesa energii, která s teplotou. Vnitřní energii tělesa můžeme měnit dvěma způsoby: o Konáním práce W 0, když okolí koná práci na tělesu W 0, když těleso koná práci na okolí o Tepelnou výměnou Q 0, když těleso teplo přijímá Q 0, když těleso teplo odevzdává Přírůstek vnitřní energie soustavy se rovná součtu práce vykonané okolními tělesy působícími na soustavu silami a tepla odevzdaného okolními tělesy soustavě. Rovnici nazýváme první termodynamický zákon. Mohou nastat dva speciální případy dějů: Q = 0 ( děj) - k výměně tepla s okolím. Platí: W = 0 při ději se nekoná práce a platí: První termodynamický zákon můžeme zapsat také ve tvaru, který vyjadřuje, že teplo dodané soustavě se rovná přírůstku její a, kterou vykonala soustava. 7

8 Přenos vnitřní energie Přenos vnitřní energie z míst s vyšší teplotou do míst s nižší teplotou se může uskutečnit 3 způsoby: Tepelnou výměnou o Tepelná vodivost je u různých látek různá o Nejlepší tepelnou vodivost mají, tepelná vodivost vody je. Nejmenší tepelnou vodivost mají, které se používají jako. Tepelnou výměnou o Záření vyzařují všechna tělesa o Množství a druh záření závisí na o Míra, do jaké předmět dopadající záření pohlcuje a sám se zahřívá, souvisí s jeho a typem Např. v triku nám bude o Např. Země je zahřívána Tepelnou výměnou o Probíhá pouze u o Závisí na rozdílu a tekutiny A: Vysvětli: a) proč jsou vařečky vyrobeny ze dřeva? b) proč je vnitřní vybavení sauny dřevěné a ne kovové? B: Vysvětli, proč polévku míchat nemusíme, ale u krupicové kaše je míchání nutné. C: Proč je během jasné noci větší zima, než když je v noci zataženo? D: Vysvětli, proč je v létě povrch asfaltu mnohem teplejší než chodníky. 8

9 E:Vysvětli konstrukci termosky. Učební texty z fyzika 1. ročník, zdravotnické lyceum 2015/2016 F: Vysvětli, jaké vláno by měl mít dobrý spací pytel (ve kterém je možné spát i při teplotách pod bodem mrazu). G: Máme dva stejné kousky ledu. Jeden položíme volně na talířek, druhý zabalíme do teplého svetku. Který z obou kousků ledu roztaje dříve? H: Největší tepelné ztráty domů způsobují okna. Jaká okna budou mít největší, jaké naopak nejmenší tepelné ztráty a proč? I: Nejúspornější typ oken jsou okna vakuová. Mezery mezi skly jsou vzduchotěsně izolovány a místo vzduchu obsahují speciální plynnou náplň s malou tepelnou vodivostí. Proč není možné, aby vakuová okna měla místo vzduchu mezi skly vakuum? 9