Termodynamická soustava Vnitřní energie a její změna První termodynamický zákon Řešení úloh Prof. RNDr. Emanuel Svoboda, CSc.



Podobné dokumenty
Popis fyzikálního chování látek

II. VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 9.

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

Elektrický proud v elektrolytech

MĚŘENÍ POVRCHOVÉHO NAPĚTÍ VODY

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 12

r j Elektrostatické pole Elektrický proud v látkách

1 Poznámka k termodynamice: Jednoatomový či dvouatomový plyn?

Termodynamika 1. UJOP Hostivař 2014

ZÁKLADNÍ POZNATKY MOLEKULOVÉ FYZIKY A TERMIKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - 2. ročník - Molekulová fyzika a termika

Základní poznatky. Teplota Vnitřní energie soustavy Teplo

REGULACE V TECHNICE PROSTŘEDÍ (STAVEB) Cvičení č. 2

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

FYZIKA 2. ROČNÍK. ρ = 8,0 kg m, M m kg mol 1 p =? Příklady

Ústřední komise Chemické olympiády. 47. ročník 2010/2011. OKRESNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH

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

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

12. Termomechanika par, Clausiova-Clapeyronova rovnice, parní tabulky, základni termodynamické děje v oblasti par

PRÁCE S ROZTOKY A JEJICH KONCENTRACE

VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO

FAKULTA STAVEBNÍ VUT V BRNĚ PŘIJÍMACÍ ŘÍZENÍ PRO AKADEMICKÝ ROK

KINETICKÁ TEORIE STAVBY LÁTEK

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

6. Jaký je výkon vařiče, který ohřeje 1 l vody o 40 C během 5 minut? Měrná tepelná kapacita vody je W)

Výpočty za použití zákonů pro ideální plyn

FYZIKA 2. ROČNÍK. Změny skupenství látek. Tání a tuhnutí. Pevná látka. soustava velkého počtu částic. Plyn

CHEMICKÁ ENERGETIKA. Celá termodynamika je logicky odvozena ze tří základních principů, které mají axiomatický charakter.

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŽENÝRSTVÍ cvičení 11

V xv x V V E x. V nv n V nv x. S x S x S R x x x x S E x. ln ln

Řešené úlohy ze statistické fyziky a termodynamiky

Základy vztlakové síly v pokusech

Zadání příkladů řešených na výpočetních cvičeních z Fyzikální chemie I, obor CHTP. Termodynamika. Příklad 10

Termodynamika materiálů. Vztahy a přeměny různých druhů energie při termodynamických dějích podmínky nutné pro uskutečnění fázových přeměn

Termika. Nauka o teple se zabývá měřením teploty, tepla a tepelnými ději.

12. Termomechanika par, Clausius-Clapeyronova rovnice, parní tabulky, základni termodynamické děje v oblasti par

Laboratorní práce č. 2: Určení měrné tepelné kapacity látky

Hlavní body. Teplotní závislosti fyzikálních veličin. Teplota, měření

KINETICKÁ TEORIE PLYNŮ

Téma sady: Všeobecně o vytápění. Název prezentace: základní pojmy 1

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ MOLEKULOVÁ FYZIKA 1

molekuly zanedbatelné velikosti síla mezi molekulami zanedbatelná molekuly se chovají jako dokonale pružné koule

Energie, její formy a měření

metoda je základem fenomenologické vědy termodynamiky, statistická metoda je základem kinetické teorie plynů, na níž si princip této metody ukážeme.

UNIVERZITA PARDUBICE FAKULTA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ. katedra fyziky F Y Z I K A I I

Tepelná výměna - proudění

3.1.6 Dynamika kmitavého pohybu, závaží na pružině

Newtonův zákon I

Termodynamika. T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] termodynamická teplota: Stavy hmoty. jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 3.

Termomechanika 4. přednáška

Cvičení z termomechaniky Cvičení 3.

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

Digitální učební materiál

Úlohy z termiky pro fyzikální olympioniky

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Termodynamické zákony

1/5. 9. Kompresory a pneumatické motory. Příklad: 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6, 9.7, 9.8, 9.9, 9.10, 9.11, 9.12, 9.13, 9.14, 9.15, 9.16, 9.

Elektrický náboj, Elektrické pole Elektrický potenciál a elektrické napětí Kapacita vodiče

Termochemie { práce. Práce: W = s F nebo W = F ds. Objemová práce (p vn = vnìj¹í tlak): W = p vn dv. Vratný dìj: p = p vn (ze stavové rovnice) W =

BEZSTYKOVÁ KOLEJ NA MOSTECH

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Poznámky k semináři z termomechaniky Grafy vody a vodní páry

Laboratorní cvičení z fyziky Stavová rovnice plynu

Dynamika I - příklady do cvičení

IDEÁLNÍ PLYN II. Prof. RNDr. Emanuel Svoboda, CSc.

Příklady k opakování TERMOMECHANIKY

MOLEKULOVÁ FYZIKA KAPALIN

5.7 Vlhkost vzduchu Absolutní vlhkost Poměrná vlhkost Rosný bod Složení vzduchu Měření vlhkosti vzduchu

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017 Studijní program: Fyzika Studijní obory: FFUM

EU PENÍZE ŠKOLÁM Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost

Mol. fyz. a termodynamika

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

Základní škola národního umělce Petra Bezruče, Frýdek-Místek, tř. T. G. Masaryka 454. Název DUM: Výkon v příkladech

Disperzní soustavy. Pravé roztoky (analytické disperze) Látková koncentrace (molarita) Molalita. Rozdělení disperzních soustav

Jednotlivým bodům (n,2,a,e,k) z blokového schématu odpovídají body na T-s a h-s diagramu:

Varianta A. Příklad 1 (25 bodů) Funkce f je dána předpisem

Výroba a užití elektrické energie

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 2. ČÁST

Složení hvězdy. Hvězda - gravitačně vázaný objekt, složený z vysokoteplotního plazmatu; hmotnost 0,08 M ʘ cca 150 M ʘ, ale R136a1 (LMC) má 265 M ʘ

VÝHODY A NEVÝHODY PNEUMATICKÝCH MECHANISMŮ

Domácí práce č.1. Jak dlouho vydrží palivo motocyklu Jawa 50 Pionýr, pojme-li jeho nádrž 3,5 litru paliva o hustote 750kg m 3 a

KLIMATIZACE A PRŮMYSLOVÁ VZDUCHOTECHNIKA VYBRANÉ PŘÍKLADY KE CVIČENÍ I.

Malé písemné práce II. 8. třída Tři malé opakovací písemné práce

1. Mechanika - úvod. [ X ] - měřící jednotka. { X } - označuje kvantitu (množství)

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 10.

Fyzikální veličiny. Převádění jednotek

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. II. Termodynamika

VNITŘNÍ ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 2. ročník - Termika

PLYNNÉ LÁTKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

CS Úřední věstník Evropské unie L 54/15

FYZIKÁLNÍ CHEMIE chemická termodynamika

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_18_FY_B

Vnitřní energie, práce, teplo.

Molekulová fyzika a termodynamika

TECHNOLOGIE I. Autoři přednášky: prof. Ing. Iva NOVÁ, CSc. Ing. Jiří MACHUTA, Ph.D. Pracoviště: TUL FS, Katedra strojírenské technologie

Vnitřní energie, práce a teplo

Povrchové procesy. Přichycení na povrch.. adsorbce. monomolekulární, multimolekulární (namalovat) Přichycení do objemu, také plyn v kapalině.

Transkript:

Vnitřní energie a její zěna erodynaická soustava Vnitřní energie a její zěna První terodynaický zákon Řešení úloh Prof. RNDr. Eanuel Svoboda, CSc.

erodynaická soustava a její stav erodynaická soustava (skupina akroskopických objektů oddělených od okolí rozhraní) Podle interakce s okolí ůže být soustava: - Izolovaná, neizolovaná (výěna částic a energie nenastává/nastává) - Uzavřená, otevřená (nedochází/dochází k výěně částic) - Adiabaticky izolovaná (nedochází k tepelné výěně s okolí) Hoogenní a nehoogenní soustava Souhrn vnějších podínek a souhrn vlastností soustavy určuje stav soustavy

Stavové veličiny, rovnovážný stav Veličiny popisující stav soustavy : teplota, tlak, obje, energie, hotnost, látkové nožství stavové veličiny Zěna stavu soustavy při zěně vnějších podínek Každá soustava, která je od určitého okažiku v daných časově neproěnných vnějších podínkách, dospěje do stavu terodynaické rovnováhy rovnovážného stavu (. postulát terodynaiky) Rovnováha echanická tepelná fázová cheická rovnováha koncentrace roztoků aj.

erodynaický děj zěna stavu Vratný děj ůže probíhat v obou sěrech; přičež při obrácené ději projde všei stejnýi stavy jako při příé ději (např. poalá koprese a expanze plynu v nádobě s píste, pozvolné zatěžování nebo odlehčování pružiny). Přito okolí soustavy se vrátí do původního stavu. Nevratný děj (např. tepelná výěna, rozpouštění látky v kapalině) Rovnovážný děj (kvazistatický) Soustava prochází spojitou řadou rovnovážných stavů ( a když i zpětně, tak je to současně vratný děj teríny totožné). Např. veli poalý děj. Nerovnovážný děj (nestatický) Jednoduché děje: izochorický, izobarický, izoterický, adiabatický, polytropický (C = konst.)

VNIŘNÍ ENERGIE SOUSAVY Hledisko terodynaické: U = E c - (E k,v +E p,v ) Hledisko olekulové fyziky složky U: Celková kin. energie E k tepelného pohybu N částic (posuvný pohyb olekuly jako celku, rotační a kitavý pohyb částic v olekule; odlišnost ) Celková potenc. energie E p vyplývající ze vzájeného působení částic Celková energie elektronů v obalu atoů a jader těchto atoů obsažených v soustavě Pro ech. a tepel. děje: první dvě složky E k, N N Vnitřní energie jako stavová veličina N E p

Vnitřní energie ideálního plynu Jednoatoový i. plyn (např. atoární vodík, chlór) 3k 3 U Ek N ovk N o Nk i Vnitřní energie ideálního plynu není funkcí objeu při dané počtu N! Dvouatoový i. plyn (např. H, O ) Příspěvek posuvného pohybu každé olekuly jako celku (3 stupeň volnosti) Příspěvek rotačního pohybu každé olekuly ( st. volnosti rotace kole osy jdoucí středy atoů se neuvažuje vazbová pod.) Příspěvek kitavého pohybu atoů v každé olekule ( st. volnosti kinetická a potenciální energie) Ekvipartiční teoré na každý st. v. připadá energie / k o

ZMĚNA U konání práce Příklady: stlačování či rozpínání plynu, ohýbání drátu, prudké íchání kapalin, nepružný ráz těles, letí zrnek kávy, tření, U U U W du W Dějová veličina; práce vykonaná nebo dodaná Př.: Výpočet práce (resp. U ) při stlačování plynu: V x dx V Při konst. tlaku: W = U = p(v V ) V Při proěn. tlaku W U pdv V

ZMĚNA U tepelnou výěnou Výěna vnitřní energie při dotyku těles U A U B U B U A +U B = konst. U A U A +U B = konst. U A +U B = U A +U B U U U U 0 Dodané teplo, přijaté teplo Dějová veličina POKUS: pružina + plaen A A B B U U A A U, B B 0 0 du

Poznáka fyz. terinologie a běžná řeč Vnitřní energie, zěna vnitřní energie, přírůstek, úbytek ; U, U = U koneč. U poč. Práce W (W) vykonaná, dodaná (ne W) eplo () - dodáe teplo, odeberee teplo; ne XXXXXXXXXXSOPXXXXXXXXX epelná energie ; je i teplo; udeřila tepla,.; pozůstatek fluidové teorie

První terodynaický zákon Oba děje konání práce a tepelná výěna probíhají současně U W du W U W du W Znaénková konvence -W = W - =

epelná a ěrná tepelná kapacita epelná kapacita C: C J K Měrná tepelná kapacita c: c J kg K C d c d C C c t Molární tepelná kapacita c : c J ol K Pozor: v literatuře často značení C c c nd n

Výpočet tepla při zěně teploty d t t C t C C C c c c ; d nc nc nc ; d

Kalorietrická rovnice (bez zěny skupenství) neuvažujee tepelnou kapacitu nádoby uvažujee tepelnou kapacitu C nádoby t t, t, c, t, c t c t t c t t c Ct t c t t C k ck

Řešení úloh cvičení MF Úloha Vzduch ve válci s píste přijal od svého okolí teplo 8, kj a současně zěnil svůj obje na dvojnásobek. Vypočtěte zěnu vnitřní energie vzduchu, byla-li při toto ději konstantní teplota. Počáteční tlak vzduchu ve válci byl,0 MPa a počáteční obje,0 litru. Řešte nejprve obecně, pak pro zadané hodnoty.

Řešení du= + W = W,resp. U = W V W pdv V V V pv V dv p V ln V V W =,00 6,00 3 ln J 693 J 0,69 kj U (8, 0,693) kj 7,5 kj pokles U

Úloha Vodu o objeu V a teplotě t začnee v kovové nádobě tepelné kapacity K * zahřívat na elektrické vařiči. Za dobu začne voda vřít při teplotě t. Vypočtěte: a) epelný výkon P vařiče; b) Jaké procentuální nepřesnosti se dopustíe při výpočtu P, když neuvažujee K? Řešte obecně, pak pro hodnoty V = 3,0 litrů, t = 0 C, t = 00 C, = 8 in, K = 5 JK, c 4, kjkg K. *Poznáka: Veli často se tepelná kapacita nádoby, ve které probíhá tepelná výěna ezi uvažovanýi tělesy, označuje písene K (pro odlišení tepel. kapacity uvažovaných těles). Problé je pak značka tepelné kapacity a jednotky kelvin (v tisku bez probléu K, K). Proto se často používá značka pro tepelnou kapacitu C k.

Řešení a) = ct = Vc(t t ) = Kt = K(t t ) P,9 kw Poznáka: Jak zázna zkoušky jednotek? τ t t K t t c V τ P ) ( ) ( τ K c V t t P ) )( (

Pokrač. řešení úlohy b) Vc( t P τ τ P =,00 kw t P = P P = 0,09 kw ε P 00% 0, 9% P ) % Ověření obec. vztahe: P t K τ K Vc K 9, 00 3

Úloha 3

Řešení úlohy 3 = 0,470 kg, t =4 o C, K = 00 JK = 0,400 kg, t =00 o C; t = 0 o C c = 4 80 Jkg K ; c =? Kalorietrická rovnice c t t Kt t ct t Hledaná ěrná tepelná kapacita kovu c K t t c t t 0, 470480 006 c J kg K 0, 39 kj kg 0, 40000 0 K Mosaz??