Tepelná vodivost. střední rychlost. T 1 > T 2 z. teplo přenesené za čas dt: T 1 T 2. tepelný tok střední volná dráha. součinitel tepelné vodivosti

Transkript

1 Tepelná vodivost teplo přenesené za čas dt: T 1 > T z T 1 S tepelný tok střední volná dráha T součinitel tepelné vodivosti střední rychlost

2 Tepelná vodivost součinitel tepelné vodivosti při T = 300 K součinitel tepelné vodivosti l (W K -1 m -1 ) materiál He H H 0.14 He l (WK -1 m -1 ) Ar Kr O N m -1/ N O 0.06 vzduch Ar Kr

3 Tepelná vodivost součinitel tepelné vodivosti při T = 300 K součinitel tepelné vodivosti l (W K -1 m -1 ) materiál He H H 0.14 He l (WK -1 m -1 ) Ar Kr O N m -1/ N O 0.06 vzduch Ar Kr Mn 401 Cu

4 Tepelná vodivost 4 He při teplotě nižší než.17 K 4 He je boson ( p + n) Bose Einsteinův kondenzát (zředěný plyn bosonů při teplotě blízké 0 K) součinitel tepelné vodivosti při T = 300 K supratekutá komponenta normální komponenta l (W K -1 m -1 ) H 0.14 He N O materiál 0.06 vzduch Ar Kr Mn 401 Cu 0.01 He-I (4 K) > 10 5 He-II ( K)

5 Tepelná vodivost He-II zvuk vlna hustoty druhý zvuk vlna teploty

6 dusík dusík: bod varu 77 K (-196 o C) při atmosférickém tlaku dusík: rovnovážný fázový diagram kyslík: bod varu 90 K (-183 o C) při atmosférickém tlaku

7 Van der Waalsova rovnice reálný plyn: vlastní objem molekul + kohezní síly Van der Waalsova rovnice: n látkové množství a p n V V nb nrt nenulový objem molekul kohezní tlak způsobený molekulárními silami a, b konstanty, které je pro daný plyn nutné stanovit experimentálně Van der Waalsovy izotermy T c kritická teplota p p inflexní bod izotermy 0 V T V T nrt n a p V nb V 8a T c p 7Rb 0 V T V c 3nb p V T 0 p c a 7b Freon: T c = 117 o C p c =4 MPa

8 Van der Waalsova rovnice reálný plyn: vlastní objem molekul + kohezní síly Van der Waalsova rovnice: p a n V V nb nrt n látkové množství a, b konstanty, které je pro daný plyn nutné stanovit experimentálně T c kritická teplota: mizí rozhraní plyn - kapalina Van der Waalsovy izotermy

9 Van der Waalsova rovnice reálný plyn: vlastní objem molekul + kohezní síly Van der Waalsova rovnice: p a n V V nb nrt T c kritická teplota Maxwellova konstrukce: S 1 = S kritický bod p V V G V G VL V L p dv S S 1 kapalina směs plyn + kapalina plyn

10 Van der Waalsova rovnice reálný plyn: vlastní objem molekul + kohezní síly Van der Waalsova rovnice: p a n V V nb nrt T c kritická teplota Maxwellova konstrukce: S 1 = S kritický bod mezi body G, F je systém směsí plynu a kapaliny kapalina plyn plyn kapalina S kapalina směs plyn + kapalina plyn S 1

11 Joulův-Thomsonův jev volná adiabatická expanze nevratný proces (vzroste entropie) p p 1 1V p V ideální plyn: teplota se nezmění a bude platit: 1 reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) V 1 p 1 V p < p 1 V > V 1

12 Joulův-Thomsonův jev volná expanze nevratný proces (vzroste entropie) 1V p V ideální plyn: teplota se nezmění a bude platit: 1 reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) T i inverzní teplota p 1, T > T i plyn se vždy ohřeje p 1, T < T i plyn se ochladí nebo ohřeje Joule-Thomsonův koeficient T JT T1 p p1 JT > 0 ochlazení JT < 0 ohřev JT T p H p křivka inverzní teploty H U pv konst.

13 Joulův-Thomsonův jev volná expanze nevratný proces (vzroste entropie) 1V p V ideální plyn: teplota se nezmění a bude platit: 1 reálný plyn: teplota se změní (buď vzroste nebo klesne) T i inverzní teplota p 1, T > T i plyn se vždy ohřeje p 1, T < T i plyn se ochladí nebo ohřeje Joule-Thomsonův koeficient T JT T1 p p1 JT > 0 ochlazení JT T p vzduch JT 0.5 K bar -1 při 300 K ochlazení o 1/4 o C při redukci tlaku o 1 bar (100 kpa) H p křivka inverzní teploty HU pv konst.

14 Rovnovážný fázový diagram fáze část soustavy, která ma stejné fyzikální a chemické vlastnosti rovnovážný fázový diagram (stavové veličiny p, T) pro jednosložkovou látku fázové rozhraní nespojitý skok v tepelné kapacitě solidus rozhraní pevná látka plyn (kapalina), pro většinu látek má kladnou směrnici liquidus rozhraní kapalina látka plyn p kritický bod mizí rozhraní mezi kapalinou a plynem trojný bod kapalina pevná látka plyn T

15 Gibbsovo pravidlo fází Gibbsovo pravidlo fází f N počet stupňů volnosti jednosložkový systém (N = 1): počet složek počet fází f 3 p kritický bod mizí rozhraní mezi kapalinou a plynem trojný bod kapalina dusík pevná látka plyn T

16 Rovnovážný fázový diagram rovnovážný fázový diagram (stavové veličiny p, T) pro vodu led I h hexagonální struktura I h, I c, II, III, IV, - různé fáze ledu led VIII tetragonální struktura

17 Rovnovážný fázový diagram rovnovážný fázový diagram (stavové veličiny p, T) pro vodu I h, I c, II, III, IV, - různé fáze ledu hustota vody je vyšší než hustota ledu I h

18 s + l l+ g Skupenská tepla fázových přeměn teplo, které je nutné dodat (odebrat) při fázových transformacích molární skupenská tepla [J mol -1 ] tání, var (endotermické) tuhnutí, kondenzace (exotermické) Q skupenské teplo varu př. molární skupenské teplo varu He: 0.45 kj mol -1 voda: kj mol -1 skupenské teplo tání Tm Tb T

19 Práce a p-v diagram práce vykonaná při změně objemu dv: celková práce: závisí na cestě konvence W práce, kterou vykonají vnější síly na soustavu W práce, kterou vykoná soustava rovnovážný děj W = - W p p 1,V 1 p,v V