Mol. fyz. a termodynamika

Transkript

1 Molekulová fyzika pracuje na základě kinetické teorie látek a statistiky Termodynamika zkoumání tepelných jevů a strojů nezajímají nás jednotlivé částice

2 Molekulová fyzika základem jsou: Látka kteréhokoli skupenství se skládá z atomů, molekul nebo iontů Molekuly, atomy a ionty se neustále a chaoticky pohybují tepelný pohyb Libovolné částice látky na sebe navzájem působí odpudivými a přitažlivými silami

3 Povrch krystalu křemíku

4 Difuze samovolné pronikání částic jedné látky mezi částice látky druhé téhož skupenství Tranfuze difuze dvou různých plynů pórovitými stěnami nebo blánami Osmóza difuze kapalin přes polopropustnou přepážku

5 Brownův pohyb

6 Skupenství látek Pevná fáze Kapalná fáze Plynná fáze Plazma

7

8 Veličiny popisují soustavu částic Relativní (atomová) hmotnost A r A = r m m a u m u je atomová hmotnostní konstanta m 1, u kg

9 1 mu je definována jako 12 klidové 12 hmotnosti nuklidu uhlíku C 6 Relativní (poměrná) molekulová hmotnost M r M = r m m m u m m je klidová hmotnost molekuly

10 Avogadrova konstanta N A A) udává počet atomů v nuklidu 12 uhlíku o hmotnosti (přesně) 6 C 0,012 kg B) udává počet částic (atomů, molekul, iontů) v chemicky stejnorodé látce o látkovém množství jeden mol N A 6, mol 1

11 Číselná hodnota hmotnosti jednoho molu látky vyjádřená v gramech je rovna relativní molekulové či atomové hmotnosti látky Látkové množství n = N [ mol ] N A je celkový počet částic N

12 Molární hmotnost Molární objem m M = m n V V = m n Za normálních fyzikálních podmínek je molární objem u plynů stejný t o = 0 C p =101, 325kpa V m 3 = 22, m mol 3 1

13 Pevné látky krystalické a amorfní Krystalová mřížka pravidelné uspořádání atomů látky Plynná látka částice jsou vzájemně velmi vzdáleny neexistují mezimolekulové síly Kapalná látka přechod mezi pevnou a plynnou fází

14 Poznámka Kladné částice - kationty Záporné částice - anionty Kladná elektroda anoda Záporná elektroda - katoda

15 Teplota a její měření Teplota souvisí s pohybem částic Teplotu měříme pomocí teploměrů Kapalinových Bimetalických Digitálních - polovodiče

16 Teplotní stupnice Celsiova např. t =18 o C Termodynamická teplota např. T = 13 K Nejnižší možnou teplotou je T = 0 K Pro převod mezi t a T platí:

17 Termodynamika Rovnovážný děj a rovnovážný stav Termodynamická soustava Izolovaná Neizolovaná Uzavřená Neuzavřená Adiabaticky izolovaná

18 Soustava přechází z počátečního stavu do výsledného stavu Rovnovážný stav Každá soustava, která je od určitého okamžiku v neměnných vnějších podmínkách, přejde samovolně po určité době do rovnovážného stavu. V tomto stavu setrvává, pokud zůstanou tyto podmínky zachovány.

19 Probíhá-li děj tak, že se mění jeden rovnovážný stav za druhý, nastává rovnovážný děj. Skutečné děje jsou nerovnovážné. Vratný děj Nevratný děj

20 Vnitřní energie Celková energie soustavy je tvořena E = Ek + E p + U U je vnitřní energie soustavy U je součtem vnitřní kinetické energie tepelného pohybu částic, vzájemného působení částic, energie elektronů a energie jader

21 Změna vnitřní energie U = U U 2 1 Konáním práce Tepelnou výměnou Současným konáním práce a tepelné výměny

22 Konáním práce

23 Tepelnou výměnou Odevzdáním tepla Přijetím tepla Popisována veličinou Q - teplo

24 1. termodynamický zákon

25 1. Termodynamický zákon U = W + Q Pokud proběhne děj takový, že se soustava dostane do původního stavu (kruhový děj) je U = 0 a Q = W Nelze sestrojit perpetum mobile prvního druhu

26 Kalorimetrická rovnice Udává vztah mezi Q a C (c) Měrná tepelná kapacita - c Q ( t ) c m( t) = c m t2 1

27

28 Kalorimetrická rovnice ( ) ( ) c m t t = c m t t Tato rovnice platí, pokud neuvažujeme tepelnou kapacitu kalorimetru

29 Práce ideálního plynu

30 Stavové veličiny p, V, T, N, n Stavová rovnice id. plynu pv = NkT pv = nrt pv p V p V = konst. 1 1 = 2 T T T n = N N A

31 Jednoduché děje v plynech Izobarický děj Izochorický děj Izotermický děj Adiabatický děj

32 Izobarický děj p je konstantní V = T konst.

33 Izochorický děj V je konstantní p = T konst.

34 Izotermický děj T je konstantní pv = konst.

35

36 Adiabatický děj Q = 0 U = W pv κ = konst. κ = c c p v

37 Práce plynu při kruhovém ději U = 0 Q 1 Q 2 = W

38 Účinnost kruhového děje je vždy menší než 1 2. zákon termodynamiky Nelze sestrojit cyklicky pracující tepelný stroj, který by jen přijímal teplo od určitého tělesa a vykonával stejně velkou práci

39 Struktura pevných látek Krystalické Amorfní Ideální krystalová mřížka geometrické uspořádání částic krystalické látky

40 Deformace pevného tělesa Tahem Tlakem Ohybem Krutem Smykem

41

42 Teplotní roztažnost pevných látek Délková l = α l T α je koeficient délkové roztažnosti Objemová V = β V T β je koeficient objemové roztažnosti β 3α

43 Skupenské změny látky Pevná kapalná = tání Pevná plynná = sublimace Kapalná plynná = vypařování (i var) Kapalná pevná = tuhnutí Plynná kapalná = kondenzace Plynná pevná = desublimace

44 Povrchové napětí kapalin Povrchová vrstva kapalného tělesa má větší potenciální energii než uvnitř kapalného tělesa Energie povrchové vrstvy je součástí vnitřní energie tělesa σ = F l

45 Kapaliny smáčivé a nesmáčivé

46 Kapilární elevace a deprese