Popis fyzikálního chování látek

Transkript

1 Popis fyzikálního chování látek pro vysvětlení noha fyzikálních jevů již nevystačíe s pouhý echanický popise Terodynaika oblast fyziky, která kroě echaniky zkouá vlastnosti akroskopických systéů, zejéna z hlediska transforace různých fore energie. zabývá se tepelnýi ději probíhajícíi v akroskopických systéech Látky jsou složeny z obrovského počtu částic - 1 kg H částic -ůžee se pokusit popsat pohyb jednotlivých částic látky poocí echaniky -určit jejich polohu a rychlost v čase olekulární dynaika ikroskopický přístup

2 Popis fyzikálního chování látek existují dva základní přístupy při zkouání akroskopických fyzikálních procesů: ) Statistická etoda - vychází z poznatků o částicové struktuře látek a používá teorie pravděpodobnosti a ateatické statistiky k popisu fyzikálních vlastností akroskopického systéu statistická fyzika B) Fenoenologická etoda - akroskopický přístup, jenž nepřihlíží k částicové struktuře látek, vychází z epirického a experientálního pozorování akroskopický přístup terodynaika

3 Základní pojy olekulové fyziky TOM složen z jádra a elektronového obalu Proton: P = 1, kg Klidová hotnost Q = e = 1, C Neutron: n = 1, kg Elektron: e = 9, kg Q = e = 1, C Prvek X: = Z + N nukleonové číslo - látka složená z atoů o stejné protonové čísle Z X Nuklid prvku: protonové číslo - prvek složený ze stejných atoů (protonové i nukleonové číslo) Izotopy: -různé druhy téhož prvku s různý nukleonový čísle O 16 8 O 17 8

4 Základní pojy olekulové fyziky olekuly ezi sebou působí interakčníi odpudivýi a přitažlivýi silai velikost odpudivých sil se zenšuje daleko výrazněji nežli velikost přitažlivých sil dw F( r) = dt P rovnovážná poloha potenciální energie 2 částic

5 Základní pojy olekulové fyziky Periodická tabulka prvků:

6 Základní pojy olekulové fyziky TOM Srovnávání hotnosti částic klidová hotnost atoů je veli alá (cca kg) = a Relativní atoová hotnost r : r ( 12 6 C) = 12 r u 12-1/12 klidové hotnosti nuklidu uhlíku 6C u =& 1, kg v tabulkách se uvádějí střední relativní hotnosti všech izotopů prvku toová hotnostní konstanta u : MOLEKUL stabilní soustava složená z více atoů poocí vazebných sil Relativní olekulová hotnost M r : M r = u = u a

7 Základní pojy olekulové fyziky Srovnávání počtu částic 12 byl zvolen srovnávací vzorek nuklidu uhlíku 6C počet částic ve vzorku o hotnosti 0,012 kg je látkové nožství 1 ol N v = = & 6, ( C) r 12 6 Látkové nožství: Molární hotnost: u 23 n = vogadrova konstanta M = N N n [ol] [kg/ol] Molární veličiny vztažené na jednotku látkového nožství M N NN = = = = M ru N = M r n N N 10 3 kg/ol Molární obje: V -3-1 = [kg ol ] n V

8 Základní pojy olekulové fyziky Norální fyzikální podínky: Teplota 0 C, tlak 101,325 kpa Norální olární obje: V n V0 M = = = = & konst. = n ρ n ρ ,4 d /ol vogadrův zákon Plyn o látkové nožství 1 ol za norálních podínek zaujíá obje 22,14 l

9 Základní pojy terodynaiky Terodynaická soustava: - skupina akroskopických objektů, která je oddělena od okolí yšlený nebo skutečný rozhraní (např.plyn v nádobě, ) Druhy terodynaických soustav: 1) izolovaná nedochází k výěněčástic ani energie s okolí konání práce nebo tepelnou výěnou 2) uzavřená nedochází k výěněčástic soustavy s okolí 3) adiabaticky izolovaná nedochází k tepelné výěněčástic s okolí 4) terodynaicky hoogenní všechny části soustavy ají stejné vlastnosti a jsou ve stejné stavu (stejná teplota, tlak, hustota, cheické složení, struktura, elektrické a agnetické vlastnosti, ) 5) terodynaicky heterogenní soustava složená z hoogenních částí oddělených hraničníi plochai

10 Základní pojy terodynaiky Stav soustavy: - souhrn všech nezávislých vlastností a vnějších podínek, ve kterých se terodynaická soustava nachází Paraetry soustavy: Vnější paraetry - popisují stav soustavy, jsou závislé na čase a poloze Vnitřní paraetry charakterizují vnější podínky soustavy obje V Stavové veličiny: charakterizují danou soustavu při stejných vnějších paraetrech tlak p hustota ρ teplota T vnitřní energie U entropie S - soubor akroskopických paraetrů, které jednoznačně určují stav soustavy

11 Základní pojy terodynaiky Terodynaický děj: - každá zěna stavu terodynaické soustavy Vratný děj Nevratný děj ůže probíhat v obou sěrech, přičež soustava projde při obrácené ději všei stavy jako při ději příé (v obrácené pořadí) a okolí se vrátí do stejného stavu vratné děje se v přírodě nevyskytují nelze obrátit sěr děje každý děj je nevratný odel reálného děje, kdy rychlost děje je veli alá ve srovnání s rychlosti relaxačních procesů

12 Základní pojy terodynaiky Rovnovážný stav : Každá terodynaická soustava při neěnných vnějších podínkách dospěje pot tzv.relaxační době τ do stavu terodynaické rovnováhy - soustava je v rovnovážné stavu, pokud všechny stavové veličiny této soustavy zůstávají konstantní v čase Rovnovážný (kvazistatický) děj spojitá posloupnost nekonečně blízkých rovnovážných dějů Nerovnovážný (nestatický) děj rychlost zěny stavových paraetrů je konečná vratný děj nevratný děj

13 Základní pojy terodynaiky Nerovnovážné (nestatické) děje: poalé relaxační doba τ veli alých (akroskopických) dílčích částí soustavy je nohe enší nežli relaxační doba celé soustavy rychlé (turbulentní) -např.hoření hypotéza lokální rovnováhy předpokládáe rovnovážné procesy v dílčích částech soustavy, i když v celku probíhá nerovnovážný děj (např.vedení tepla) neplatí hypotéza lokální rovnováhy

14 Základní pojy terodynaiky Terodynaický děj: izobarický děj izochorický děj izoterický děj adiabatický děj polytropický děj tlak je konstantní: p = konst. obje je konstantní: V = konst. teplota je konstantní: T = konst. neprobíhá tepelná výěna s okolí tepelná kapacita soustavy je konstantní C = konst.

15 Základní pojy terodynaiky Energie terodynaické soustavy Kinetická energie W K Potenciální energie W P Vnitřní energie U Celková echanická energie soustavy jako celku 1. Celková kinetická energie tepelného pohybu částic závisí pouze na terodynaické stavu soustavy, neprojeví se zěnou polohy ani rychlosti soustavy jako celku 2. Celková potenciální energie částic 3. Energie elektronů v atoech 4. Energie jader atoů částic závisí na charakteru pohybu a vzájeného působení částic

16 Základní pojy terodynaiky Zěna vnitřní energie soustavy U plyn v pružné bláně ) konání práce: r F koprese expanze F r U > 0 = U 2 U1 U < 0 = U 2 U1 = U = U dv p dr r F r T S S Vnitřní tlaková síla: r r r = pds = pnds F T Práce vniřních sil: r r d = FT d = pdsdr = pdv adiabaticky izolovaná dv > 0 > 0 uzavřená soustava dv < 0 < 0

17 Základní pojy terodynaiky Zěna vnitřní energie soustavy U B) tepelnou výěnou: U U B -tělesa si vyěňují energii a) poocí vzájených srážek částic v ístě styku b) poocí tepelného záření U U B Teplo Q je írou zěny vnitřní energie při tepelné výěně ezi dvěa soustavai Q = U > 0 Q = U < 0 dodání tepla odebrání tepla bilance tepelné výěny U + U = U + U U B + U B Q = Q = B + Q Q B B = 0