Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

Transkript

1 Termodynamika 2 UJOP Hostivař 2014

2 Skupenské teplo tání/tuhnutí je (celkové) teplo, které přijme pevná látka při přechodu na kapalinu během tání nebo naopak Značka Veličina Lt J Nedochází při něm ke změně teploty tělesa, ale jedná se o změnu skupenství. L m t l t lt je měrné skupenské teplo tání/tuhnutí určené experimentálně pro každý prvek

3 Skupenské vypařování/kondenzace je (celkové) teplo, které přijme pevná látka při přechodu na kapalinu během vypařování nebo naopak Značka Veličina Lv J Nedochází při něm ke změně teploty tělesa, ale jedná se o změnu skupenství. L m v l v lv je měrné skupenské teplo vypařování/kondenzace určené experimentálně pro každý prvek

4 Grafické znázornění přechodů jednotlivými fázemi

5

6

7

8 Příklady 1. Voda o hmotnosti 10 kg a teplotou 0 C se zahřeje na 100 C a pak se celá vypaří na páru se stejnou teplotou. Jaké celkové teplo voda přijala? Kolik % z tohoto tepla připadá na ohřátí vody a kolik % na změnu skupenství? Výsledek vyneste do grafu. c vody = 4180 J.kg -1.K -1, l v = 2, J.kg Mosazný předmět má hmotnost 500 g a teplotu 20 C. Vypočtěte měrné skupenské teplo tání mosazi, pokud víte, že na roztavení daného předmětu třeba 267 kj tepla. Teplota tání mosazi je 970 C a měrná tepelná kapacita c (mosaz) = 394 J.kg -1 K -1. Výsledek vyneste do grafu.

9 3. Určete množství tepla, které je potřeba pro převedení 0,5 kg ledu o teplotě 100 K na páru o teplotě 120 C. c led = J/kg K, c voda = J/kg K, c pára = J/kg K, l t = 334 kj/kg, l v = kj/kg 4. Další příklady ve sbírce.

10 Ideální plyn Splňuje 3 podmínky: 1. rozměry molekul jsou ve srovnání se střední vzdáleností molekul od sebe zanedbatelně malé 2. molekuly ideálního plynu na sebe navzájem nepůsobí silami (kromě okamžiku vzájemných srážek) 3. vzájemné srážky molekul ideálního plynu a srážky těchto molekul se stěnami nádoby jsou dokonale pružné Vnitřní energie ideálního plynu je dána pouze celkovou kinetickou energií (posuvného, kmitavého a rotačního pohybu).

11 Stavová rovnice pro ideální plyn vyjadřuje vzájemnou závislost stavových veličin při termodynamických dějích v ideálním plynu pv = nrt p tlak [Pa] V objem [m 3 ] n látkové množství [mol] R molární plynová konstanta [J K -1 mol -1 ] R = 8,3 J K-1 mol-1 T termodynamická teplota [K]

12 V případě ideálního plynu platí: pv T = konst. Příklad: Vypočtěte látkové množství ideálního plynu v 1 litru vody za normálního tlaku a pokojové teploty. Ideální plyn uzavřený v nádobě má objem 1,3 m 3 a teplotu -13,15 C. Jaký je tlak tohoto plynu, pokud jeho látkové množství je 4 kmol?

13 Děje v plynu Izobarický tlak je konstantní V 1 T 1 = V 2 T 2 Izochorický objem je konstantní p 1 T 1 = p 2 T 2 Izotermický teplota je konstantní p 1 V 1 = p 2 V 2 Adiabatický nedochází k tepelné výměně s okolím pv κ = konst. k... Poissonova konstanta

14 pro dvouatomové plyny pro jednoatomové plyny pro víceatomové plyny

15 Příklady 1. Hustota vzduchu za normálních podmínek je ρ1 = 1,3 kg.m -3. Jaká bude hustota vzduchu, pokud jej za normálních podmínek ohřejeme na 30 C. (Množství vzduchu se nemění). 2. Při závodech Formule 1 se teplota vzduchu v pneumatikách zvýšila ze 19 C na 79 C. Jak se změní tlak v pneumatice, když byla původně nahuštěna na 240 kpa. Proč je před ostrým startem zařazeny "zahřívací kolo"? (Vnitřní objem pneumatiky se nemění) 3. V kruhovém válci je vzduch uzavřený pohyblivým pístem umístěným ve vzdálenosti 50 cm od dna válce. Vzduch má tlak 105 Pa. Pokud píst při adiabatické kompresi posuneme o 20 cm ke dnu, tlak vzduchu se zvětší na 2, Pa. Určete Poissonovo konstantu vzduchu!

16 4. Při adiabatické kompresi vzduchu se jeho objem snížil na 1/10 původního objemu. Vypočtěte tlak a teplotu vzduchu po skončení adiabatické komprese. Počáteční tlak vzduchu byl 105P, počáteční teplota 20 C. κ (vzduch) = 1,4 5. Jaký děj je zapsán v tabulce: 6. Argon má při normálním tlaku p 1 = Pa objem V 1 = 10 litrů. Po adiabatické kompresi se jeho objem změní na V 2 = 4 litry a tlak na p 2 = 0,468 MPa. Určete Poissonovu konstantu pro argon. 7. Další příklady ve sbírce

17 Doporučená literatura d je_v_plynech1.pdf