4 Term ika. D ůsledky zavedení tep lo ty a tep la Stavová r o v n i c e Stavová rovnice termická a kalorická

Transkript

1 Obsah Předm luva И 1 Výchozí představy term odynam iky Předmět zkoumání termodynamiky Celkový r á m e c Teplo, teplota, e n tr o p ie Vymezení term o d y n am ik y Základní pojmy termodynamiky; term inologie Termodynamická soustava a její stav Pojmy známé z m ech an ik y Látka; množství látky; m o l Č ástice S t ě n a Stav soustavy; termodynamický d ě j Typy stavových v e l i č i n N ultý zákon term odynam iky; em pirická te p lo ta Rovnovážný s t a v První postulát term odynam iky R e la x a c e... : Druhý postulát (nultý zákon term odynam iky) Teplota; empirická t e p l o t a Druhý postulát - nultý zákon termodynamiky Rovnováha dvou so u stav Praktické měření te p lo ty P rv n í zákon term odynam iky; teplo Základní i d e a P r á c e Práce v m echanice Práce u soustavy tvořené p ly n e m Práce při zobecněných souřadnicích a s i l á c h T e p lo Energie T e p l o Chemická práce; chemický p o t e n c i á l Formulace prvního zákona term odynam iky l.ztd s neproměnným látkovým m n o ž stv ím Plné znění prvního zákona te rm o d y n a m ik y Historický význam prvního zákona termodynamiky Fluidová teorie, fluidum calor... 59

2 4 Term ika. D ůsledky zavedení tep lo ty a tep la Stavová r o v n i c e Stavová rovnice termická a kalorická Ideálni p l y n Van der Waalsův plyn Jiné m o d e ly Některé materiálové v e lič in y Tepelná k a p a c i t a Měrná tepelná kapacita (měrné t e p l o ) Latentní teplo (skupenské, výparné,... teplo) Teplotní r o z t a ž n o s t Teplotní ro z p ín a v o st S tlačiteln o st Prenos t e p l a K a lo rim e trie Adiabatický k a lo r im e tr Kalorimetrická r o v n i c e Tepelně vodivostní k a lo rim e tr Jednoduchý s y s té m Základní idea Izochorický děj {V = k o n st) Izobarický děj (p = konst); e n ta l p ie Izotermický děj (T = konst) Adiabatický děj (Q = 0 ) Polytropický děj (C = k o n s t ) Obecné d ě j e Joulův-Thomsonův p o k u s Systémy s více p ro m ě n n ý m i D ruhý zákon term odynam iky Základní i d e a Termodynamické stroje Cyklický s t r o j Idea tepelného m o t o r u Idea chladničky Idea tepelného č e rp a d la Nevratné s t r o j e Druhý zákon termodynamiky Carnotův c y k lu s Hlavní i d e a Nešlo by to jednodušeji? Složený Carnotův cyklus Účinnost termodynamických strojů Účinnost Carnotova stroje

3 5.6.1 Účinnost vratného s tro je Účinnost nevratného s t r o j e Termodynamická t e p l o t a E ntropie... Ì Clausiova rovnost a n e ro v n o st Zavedení e n tr o p ie Entropie mimo rámec term odynam iky Spojené zákony termodynamické Souvislost kalorické a termické stavové rovnice Entropie konkrétních s o u s t a v Termodynamické energie (potenciály) Energie v různých proměnných; Legendrova transformace Magický čtverec Gibbsovy-Helmholtzovy r o v n i c e Podmínky r o v n o v á h y Přechod izolovaného systému к rovnováze Entropie nerovnovážného s t a v u Podmínky rovnováhy uvnitř s y s t é m u Entropie v termodynamice a ve statistické f y z ic e Návod na perpetuum mobile 2. d ru h u T řetí zákon term odynam iky Základní i d e a...: Formulace třetího zákona te rm o d y n a m ik y Nedosažitelnost absolutní n u ly O tevřené systém y Základní i d e a Základní p o jm y Změna množství systému Chemický p o te n c iá l Gibbsův p a ra d o x Entropie ideálního p ly n u Chemický potenciál dokonalého p l y n u Grandkanonický potenciál Q Zákon působících hmot (Guldbergův-Waageův zákon) Fázové přechody Základní i d e a Fázový diagram jednosložkového systému Rovnováha v heterogenním systému Gibbsovo fázové p r a v id lo Ehrenfestova klasifikace fázových p ře c h o d ů Fázové přechody 1. d r u h u

4 8.6.1 C harakteristika Clausiova-Clapeyronova r o v n ic e Přehřátí a p o d c h la z e n í Spojité fázové přechody C harakteristika Ehrenfestovy ro v n ic e Jiné fázové přechody Dvojsložková soustava; destilace Základy nerovnovážne term odynam iky I d e a Základní představa Nové prvky v p ř í s t u p u P o d ro b n o sti Nové pojmy Zobecněná s í l a Tok, hustota t o k u Vztah mezi zobecněnými silami a t o k y Základní v z t a h y P o p i s Změny vnitřní a v n ě j š í Rovnice kontinuity Hustoty v e lič in Produkce e n tro p ie Lineární systémy bez p a m ě ti Příklad: termoelektrické j e v y Kinetické rovnice, produkce entropie Tepelná a elektrická v o d iv o s t S e e b e c k ů v je v Dodatek: Onsagerovy r e l a c e M olekulová fyzika Základní p ř e d s ta v y Molekulová fyzika versus statistická fyzika Mikroskopické složení l á t k y Trojí skupenství l á t k y Model pevné l á t k y Model k a p a lin y Model p ly n u Molekulárně kinetická teorie p ly n u Konkrétní makroskopické veličiny ľ Brownův p o h y b «- Problémy modelu ideálního p ly n u

5 11 Základy sta tistic k é fyziky Vztah termodynamiky a statistické f y z i k y Termodynamika - s h r n u t í Statistická fyzika - s h r n u tí Klasický p o p i s Semiklasický p o p is Kvantový p o p is Základní potřebné pojmy z klasické f y z i k y O z n a č e n í Liouvillův teorém; invariance fázového objemu Rozdělovači funkce; ergodická h y p o té z a Rozdělovači funkce Středování Ergodická h y p o t é z a Základní pojmy z kvantové m e c h a n ik y Přehled důležitých typů s o u b o r ů Mikrokanonický soubor Kanonický s o u b o r Fyzikální odvození z m o d e l u Přehled užitých statistických v e lič in Vztahy mezi termodynamickými a statistickými veličinami Odvození výrazů pro teplo, teplotu a entropii Grandkanonický s o u b o r Ideální plyn (M-В, B-E, F-D) O z n a č e n í Kanonické r o z d ě le n í Grandkanonické r o z d ě le n í Kombinatorické odvození Porovnání klasického a kvantového p l y n u A plikace sta tistic k é fyziky (RNDr. Z. Koupilová, Ph.D.) Neideální plyn - odvození stavové r o v n i c e Fotonový p l y n Degenerovaný p l y n Tepelná kapacita k ry sta lu Einsteinův m o d e l Debyeův m o d e l A P o třeb n á m atem atika 257 A.l Primitivní funkce f aneb matematik vs. f y z ik A.2 Parciální derivace: znak d A.3 Značení parciálních d e r iv a c í A.4 Derivace inverzní f u n k c e A.5 Derivace implicitní funkce

6 A.6 Totální d if e r e n c iá l A.7 Pfaffova fo rm a A.8 Geometrická představa integrability Pfafřovy f o r m y A.9 Integrace totálního diferen ciálu A. 10 Úpravy termodynamických vzorců ( magický čtverec ) A Legendrova transformace v m e c h a n ic e A Geometrický význam Legendrovy transformace A. 11 Některé statistické in te g r á ly В Fyzika a jazyk 279 B. l Základní fyzikální pojmy podle norem B. l.l V e U č in a B.l.2 D ě j B.1.3 Součinitel, činitel, koeficient, modul, č í s l o B.2 Různé konkrétní t e r m ín y B.3 Etymologie některých slov cizího původu B.3.1 Etymologie o b ecn ě B.3.2 Slova cizího původu, termíny a s lo v n íč e k C R e js třík osob 291 D Aplikace; rozbor činnosti některých s tro jů 299 D.l Subjektivní pocit t e p l o t y D.2 Porovnávací c y k l u s D.3 Parní stroj: nejjednodušší s c h é m a D.4 Realistický parní s t r o j D.5 Výbušný motor (čtyřtaktní b e n z ín o v ý ) D.6 Vznětový motor (Dieselův, n a f t o v ý ) D. 7 Stroje s lázněmi konečné tepelné k a p a c i t y E D ata 307 E. l Základní fyzikální k o n s ta n ty E.2 Porovnání nejnovější teplotní stupnice f g o E.3 Termomechanické ta b u lk y E.3.1 Vlastnosti některých pevných l á t e k E.3.2 Vlastnosti některých k a p a l i n E.3.3 Vlastnosti některých p l y n ů E.3.4 Hustota suchého vzduchu a v o d y E.3.5 Teploty a měrná skupenská tepla fázových přeměn E.3.6 Molární hmotnosti M a Poissonova konstanta к plynů. 310 L ite ratu ra 311 R ejstřík 317