TÉMA: Molekulová fyzika a tepelné děje v plynech VNITŘNÍ ENERGIE TĚLESA

Transkript

1 U.. vnitřní energie tělesa ( termodynamické soustavy) je celková kinetická energie neuspořádaně se pohybujících částic tělesa ( molekul, atomů, iontů) a celková potenciální energie vzájemné polohy těchto částic. Změny vnitřní energie mohou nastat : konáním práce vnější síly konají práci, část mechanické energie se mění na vnitřní energii tělesa (termodynamické soustavy) tepelnou výměnou částice jednoho tělesa předávají část sví kinetické energie částicím druhého tělesa A.ZMĚNA VNITŘNÍ ENERGIE KONÁNÍM PRÁCE Změnu vnitřní energie lze způsobit dějem, který nazýváme konání práce. Pro tento děj probíhající v izolované soustavě těles platí zobecněný zákon zachování energie: Při dějích probíhajících v izolované soustavě těles zůstává součet kinetické, potenciální a vnitřní energie těles konstantní. Změna vnitřní energie konáním práce může nastat: třením stlačením nebo rozpínáním plynu nepružným nárazem na podložku B.ZMĚNA VNITŘNÍ ENERGIE PŘI TEPELNÉ VÝMĚNĚ, TEPLO Děje, při nichž neuspořádaně se pohybující částice teplejšího tělesa narážejí na částice tělesa chladnějšího a předávají jim část své energie nazýváme tepelná výměna. Při tepelné výměně jsou tělesa v relativním klidu, takže předávání energie se neuskutečňuje konáním práce. Vnitřní energie izolované soustavy zůstává při tomto ději konstantní. Q.teplo veličina, která je mírou energie, kterou při tepelné výměně odevzdává teplejší těleso chladnějšímu [ ] = 1J, 1 kcal = 4200J C.tepelná kapacita tělesa - teplo, které je třeba k ohřátí tělesa o 1 0 C,

2 charakterizuje těleso, nezávisí na hmotnosti [ ] = J.K -1 c...měrná tepelná kapacita je rovna teplu, které je třeba k ohřátí 1kg látky o 1 0 C. charakterizuje látku [ ] Teplo, které přijme chemicky stejnorodé těleso je přímo úměrné hmotnosti tělesa a přírůstku teploty. Q = m. c. t A.ZMĚNA VNITŘNÍ ENERGIE SOUSTAVY KONÁNÍM PRÁCE -PŘÍKLADY 1. Výtah o hmotnosti 900kg byl tažen svisle vzhůru rychlostí 3,5ms -1 po dobu 12s silou o velikosti 11500N. Jak velká část mechanické práce připadá na zvýšení mechanické energie a jaké teplo bylo předáno okolí? 2. Míč o hmotnosti 0,5kg spadl z výšky 2,5m na podložku a po odrazu vyskočil do výšky 1,2m. Určete změnu vnitřní energie míče a podložky. 3. Projektil o hmotnosti 25g letí rychlostí 350ms -1, po průletu dřevěnou deskou se jeho rychlost snížila na 120ms -1. Určete změnu vnitřní energie projektilu a dřevěné desky. 4. Automobil o hmotnosti 1020kg jede po vodorovné silnici stálou rychlostí a náhle zabrzdí. Jaká byla jeho počáteční rychlost, jestliže při zastavení auta vzrostla vnitřní energie pneumatik, brzdových disků a vozovky o 0, 5. Z nejvyššího bodu nakloněné roviny ve výšce 0,8m klouže rovnoměrně zrychleným pohybem ocelový kvádr o hmotnosti 0,5kg. Kvádr se začíná pohybovat z klidu, na konci nakloněné roviny je jeho rychlost 3,5ms -1. Jaká část mechanické energie se změnila na vnitřní energii kvádru a podložky? 6. Při stlačení plynu v tepelně izolovaném válci působila na píst stálá síla o velikosti 75N po dráze 35cm. Jak se změnila vnitřní energie plynu?

3 B. ZMĚNA VNITŘNÍ ENERGIE SOUSTAVY TEPELNOU VÝMĚNOU - PŘÍKLADY 1. Jaké teplo přijal olej o objemu 6dm 3, jestliže se teplota zvýšila z 20 0 C na 65 0 C? Hustota oleje je 910kg.m -3, měrná tepelná kapacita 1760 J.kg.K V hliníkové nádobě o hmotnosti 0,5kg zahříváme1,8 litru vody z teploty 18 0 C na teplotu varu. Kolik tepla je nutno dodat? Měrná tepelná kapacita hliníku je 896J.kg -1.K -1, vody 4180 J.kg -1.K Za jakou dobu ohřeje elektrický ponorný vařič o příkonu 500W vodu oí hmotnosti 200g potřebnou na přípravu čaje z teploty 21,5 0 C na C, je-li účinnost vařiče 85 %? Měrná tepelná kapacita vody je 4180J.kg -1.K Určete hmotnost petroleje, který spotřeboval petrolejový vařič k zahřátí vody o hmotnosti 1,2kg o 50 0 C. Účinnost vařiče je 40%, výhřevnost petroleje H=44MJkg -1 (množství tepla, které vznikne dokonalým spálením 1kg petroleje). 5. Určete objem vody, kterou můžeme za 0,5 minuty odebrat z elektrického ohřívače vody, je-li jeho příkon 2kW a účinnost 90%. Počáteční teplota vody, která do ohřívače přitéká je 18 0 C, voda, která vytéká má teplotu 60 0 C. Měrná tepelná kapacita vody je 4180J.kg -1.K -1, hustota vody 1000kg.m -3.. Počáteční teplota měděného válečku je 15 0 C, železného 30 0 C. Měrná tepelná kapacita mědi je 380 J.kg -1.K -1, železa 450 J.kg -1.K -1. Hmotnost každého z těchto těles je 2,5kg. a) Sestrojte graf závislosti teploty těchto dvou těles na velikosti přijatého tepla. b) O kolik se liší teplota těchto těles, dodáme-li každému z nich 5kJ? c) Kolik tepla musíme dodat, aby se teplota těchto těles lišila o 1,5 0 C?

4 A. ZMĚNA VNITŘNÍ ENERGIE SOUSTAVY KONÁNÍM PRÁCE PŘÍKLADY - ŘEŠENÍ

5

6 TÉMA: Molekulová fyzika a tepelné děje v plynech