STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Transkript

1 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ. Ideální lyn ředstavuje model ideálního lynu, který často oužíváme k oisu různých dějů. Naříklad ozději ředokládáme, že všechny molekuly mají SEJNĚ ELKOU RYCHLOS, která je ro daný vzorek lynu tyickou veličinou (= střední kvadratická rychlost, která není ani růměrnou ani nejravděodobnější rychlostí molekul daného vzorku, jak si vysvětlíme ozději) IDEÁLNÍ PLYN: a) elikosti molekul jsou zanedbatelné vzhledem k jejich středním vzdálenostem ( málo molekul, lyn lze stlačit na nulový objem). b) Molekuly na sebe ůsobí silami ouze ři vzájemných srážkách. c) Srážky (mezi molekulami navzájem nebo nárazy molekul na stěnu nádoby) jsou ideálně ružné ( kinetická energie se zachovává).. Rozdělení molekul odle rychlosti nejravděodobnější rychlost v má ji většina molekul růměrná rychlost není to v Střední kvadratická rychlost v k teoreticky stanovená rychlost - stejná ro každou molekulu - tak, aby měl vzorek lynu stejnou celkovou kinetickou energii, jako když mají molekuly různou rychlost (díky srážkám at.) relativní molekul očet v v v m s ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY - - SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

2 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í,,, N, v, v,,,, N, v k E N k = m v i E k = N mv k i = v k = N i = v N i 3. Střední kinetická energie molekuly E 0 k = = m0v 3 k 3 - k =,38.0 J. K Boltzmannova konstanta hmotnost JEDNÉ molekuly Střední kinetická energie molekuly záleží ouze na telotě lynu Kinetická energie vzorku obsahujícího N molekul: E = NE 0 = R = kna = 8,3 J.K mol... Univerzální lynová konstanta Avogadrovo číslo = 6, mol - Otázky: očet molů m n = = M N m N A. Dva vzorky různých lynů (kyslík, dusík) mají stejnou telotu. a) Jaký vztah latí mezi středními kinetickými energiemi jejich molekul? b) Jaký je vztah mezi středními kvadratickými rychlostmi jejich molekul? c) Když je umístíme do nádob se stejným objemem a za stejného tlaku, co můžeme říct o očtu částic v nádobách?. Sočítejte střední kvadratickou rychlost molekul kyslíku ři telotě -00 C; 0 C; 00 C g argonu má telotu 0 C. Sočítejte celkovou kinetickou energii jeho molekul. ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY - - SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

3 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í 4. lak lynu je zůsoben nárazy molekul na stěnu nádoby = 3 N L3/64-76 m0v k = ρv k 3 5. Stavová rovnice ideálního lynu N = m 3 0v k 3k v k = odvoďte níže uvedenou rovnici m 0 = nr kde m n = = M N m N A ato rovnice latí jen ro lyn ři nízkém tlaku a vysoké telotě. ylešení - an der Waals Nobelova cena 90. Avogadrův rinci (8) Pokud umístíme dva lyny do nádob stejného objemu a mají stejný tlak i telotu, otom musejí obsahovat stejný očet částic (vysvětli omocí stavové rovnice) 6. Děje s ideálním lynem Máme lyn v nádobě, jeho očet molů (molekul, hmotnost) je konstantní. Jedna z veličin,, se nemění, další dvě se budou měnit velmi omalu izotermický (I), izochorický (ICH, I) a izobarický (IB) děj. obecná rovnice latí, i když se ŠECHNY veličiny mění: = nr = = konst ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

4 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í 7. Izotermický děj = = = konst = konst Boylův Mariottův zákon (Boyle s Law, IE, 67-69, F, ) Co ředstavuje konstanta z B. M. zákona? Jak byste ukázali izotermický děj?? - diagram označte osy a dokončete grafy 8. Izochorický děj = = konst = = konst Charlesův zákon (Pressure Law, F, ) Co ředstavuje konstanta v uvedeném zákoně? Najděte analogie a rozdíly mezi dějem oisujícím tento zákon a využitím tlakového hrnce. - diagram označte osy?? ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

5 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í 9. Izobarický děj = = konst = = konst Gay Lussacův zákon (Gay Lusac s Law, ) Co ředstavuje konstanta v uvedeném zákoně? Nakreslete a vysvětlete demonstrační okus, který jste viděli. - diagram označte osu? L3/77-83, 86-7, X88-9, 90, X První termodynamický zákon a stavové změny z energetického hlediska První termodynamický zákon: Q = U + W elo dodané lynu může zvýšit jeho vnitřní energii nebo se řeměnit na vykonanu ráci. Znaménka: Q > 0 když se lyn ohřívá Q < 0 když se ochlazuje U > 0 když telota roste U < 0 když telota klesá W > 0 když se lyn rozíná ( roste) W < 0 když se lyn stlačuje ( klesá) alikujeme na děje s ideálním lynem a) I = konst U = 0 Q = W ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

6 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í ALE: Druhý zákon termodynamiky: Není možné sestrojit eriodicky racující teelný stroj, který by jen řijímal telo od určitého tělesa a konal stejně velkou ráci. Najdi a vysvětli rozdíl mezi ředchozími dvěma stanovisky. b) ICH = konst W = 0 Q = U Q = mc t c měrná teelná kaacita ro izochorický děj c) IB = konst Q = U + W Q = mc t c měrná teelná kaacita ro izobarický děj Otázky: 4. Definujte měrné teelné kaacity ro ICH a IB děj. Můžeme je někde najít? Jaký je mezi nimi rozdíl? 5. Je některá z nich vždy větší bez ohledu na druh lynu? ysvětli roč (následující tabulka nestačí). c PLYN kj kg K c c dusík,037,404 kyslík 0,9,40 vodík 4,89,4 ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

7 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í. Adiabatický děj všechny veličiny,, se mění rychlé stlačení/rozínání telo se nevyměňuje (rychlý děj) rozdíly mezi adiabatickým dějem a I, ICH a IB ději κ = konst Poissonův zákon (F, ) c κ... kaa Poissonova konstanta... κ = c dolňte symbol větší/rovno/menší κ má velmi odobnou hodnotu ro molekuly mající stejný očet atomů (,4 ro dvouatomové;,66 ro jednoatomové;,3 ro tříatomové) AD I říklad adiabatické komrese: dieselův motor (vysvětli) říklady adiabatické exanze : CO hasicí řístroj htt://en.wikiedia.org/wiki/fire_extinguisher odstraňování bradavic dusíkem htt:// ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

8 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í První termodynamický zákon ro AD děj: Q = 0 0 = U + W Platí rovnice = konst také ro AD děj? ysvětli. L3/ 94-95, Práce ideálního lynu IB děj W = F s = As = locha od - diagramem = vykonaná ráce (ro libovolný tvar/děj!!!) ostatní děje O jaké děje se jedná? ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

9 W = Otázky: d I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í 6. Jak velkou ráci vykoná,3 g vzduchu, když za stálého tlaku změní telotu z 0 C na 00 C? Předokládejte molární hmotnost vzduchu 9 g mol -. L3/ Kruhový děj s ideálním lynem Když vzorek lynu koná ráci, stlačíme ho, zahřejeme, ochladíme, a o sérii dějů jsou všechny stavové veličiny (,, ) stejné, jako byly na začátku. A locha od W vykonaná PLYNEM (exanze) B locha od W vykonaná NA PLYNU (komrese) výsledná ráce vykonaná lynem během jednoho cyklu = locha uvnitř křivky/smyčky ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

10 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í Otázky: 7. MPa 0.3 A B i) Jaké děje jsou odle grafu AB, BC, CD, DA? ii) Naište stavovou rovnici a rovnici ro rvní zákon termodynamiky. iii) Jak velká ráce se vykoná ři AB, BC, CD, DA? iv) Dodáváme nebo odebíráme telo? 0. D C v) Zvyšuje se nebo snižuje telota? vi) Jak bychom děj realizovali? 6 litr vii) Jak velkou ráci vykoná lyn během jednoho cyklu? AB BC CD DA i) děje ii) rovnice iii) W iv) Q v) vi) jak udělat účinnost (η ) energie (výkon )vykonaná η = < energie (výkon ) dodaná ro jeden cyklus:,, stejné U = 0 dodané W = Q = Q Q odevzdané = vykonaná ráce Q = dodaná energie/telo W Q -Q Q η = = = - < Q Q Q Otázky: 8. Plyn řijal během jednoho cyklu telo 7 MJ a odevzdal 3 MJ. Jak velkou ráci během jednoho cyklu vykonal a jaká je účinnost cyklu? ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

11 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í 9. Pojmenuj děje AB, BC, CA. Jak velká ráce se během nich vykoná? MPa 5 A B C 4 l Carnotův cyklus ro ideální lyn x AD + x I děj telota se jednoduše měří, telo se musí očítat telota ohřívače telota chladiče AD komrese I exanze AD exanze η = = I komrese L3/ eelné stroje Část vnitřní energie sáleného aliva se řemění na telo arní stroje telo uvolněné hořením aliva ohřeje vodu na áru o vysokém tlaku rotace turbíny/osuvný ohyb ístu ára se ochladí kondenzace voda ohřeje se znovu = kruhový děj (James Watt, skotský inženýr, 784 vylešení oužil stejnou vodu) salovací motory zážehové (jiskra) a vznětové (bez jiskry) alivo se vzduchem se vznítí exanze ohyb ístu Použijte informace z internetu a oište funkci čtyřdobých a dvoudobých zážehových a vznětových motorů, najděte rozdíly. ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY - - SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ

12 I N E S I C E D O R O Z O J E Z D Ě L Á Á N Í tryskové motory odobné alivo, racují na rinciu zákona zachování hybnosti nasávání vzduchu, stlačení vzduchu (víc O ), 3 rostor salování aliva, 4 tryska dodávající benzín, 5 turbína ro komresor, 6 tryska Otázky: 0. Najděte rozdíly a shody mezi výše uvedenými tyy motorů.. e kterém taktu koná dvoudobý (čtyřdobý) motor ráci? Odovědi:. a) je stejná b) těžší molekuly jsou omalejší c) je stejná. a) 367 m s - b) 46 m s - c) 539 m s kj 7. 9,8 J 9. 4 MJ; 57% 0. 5 kj; (-)9 kj; 0 ENO PROJEK JE SPOLUFINANCOÁN EROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A SÁNÍM ROZPOČEM ČESKÉ REPUBLIKY - - SRUKURA A LASNOSI PLYNŮ