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



Podobné dokumenty
IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

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

Teplota a její měření

Mol. fyz. a termodynamika

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

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

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

Termodynamika 1. UJOP Hostivař 2014

Příklady k zápočtu molekulová fyzika a termodynamika

6. Stavy hmoty - Plyny

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

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

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, interaktivní tabule, fyzikální pomůcky

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMKA MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMIKA

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

9. Struktura a vlastnosti plynů

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

Termodynamika. Děj, který není kvazistatický, se nazývá nestatický.

Zákony ideálního plynu

Molekulová fyzika a termodynamika

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

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

ÚVODNÍ POJMY, VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

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

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

T0 Teplo a jeho měření

3.5 Tepelné děje s ideálním plynem stálé hmotnosti, izotermický děj

UČIVO. Termodynamická teplota. První termodynamický zákon Přenos vnitřní energie

Termodynamické zákony

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. I. Základní pojmy FCH a kinetická teorie plynů

POZNÁMKA: V USA se používá ještě Fahrenheitova teplotní stupnice. Převodní vztahy jsou vzhledem k volbě základních bodů složitější: 9 5

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Molekulová fyzika a termika:

Elektroenergetika 1. Termodynamika

Elektroenergetika 1. Termodynamika a termodynamické oběhy

Chemická kinetika. Reakce 1. řádu rychlost přímo úměrná koncentraci složky

13 otázek za 1 bod = 13 bodů Jméno a příjmení:

Přehled otázek z fyziky pro 2.ročník

soustava - část prostoru s látkovou náplní oddělená od okolí skutečnými nebo myšlenými stěnami okolí prostor vně uvažované soustavy

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

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

měření teploty Molekulová fyzika a termika Teplotní délková roztažnost V praxi úlohy

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Fyzika - Sexta, 2. ročník

Základní poznatky. Teplota Vnitřní energie soustavy Teplo

FYZIKÁLNÍ CHEMIE chemická termodynamika

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Termomechanika cvičení

VÝHODY A NEVÝHODY PNEUMATICKÝCH MECHANISMŮ

Jméno: _ podpis: ročník: č. studenta. Otázky typu A (0.25 bodů za otázku, správně je pouze jedna odpověď)

Zpracování teorie 2010/ /12

II. VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

přednáška č. 6 Elektrárny B1M15ENY Tepelné oběhy: Stavové změny Typy oběhů Možnosti zvýšení účinnosti Ing. Jan Špetlík, Ph.D.

FYZIKA I cvičení, FMT 2. POHYB LÁTKY

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

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

Termomechanika 3. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK

PŘEVODY JEDNOTEK. jednotky " 1. základní

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

Hmotnost atomu, molární množství. Atomová hmotnost

Teplo, práce a 1. věta termodynamiky

Cvičení z termomechaniky Cvičení 2. Stanovte objem nádoby, ve které je uzavřený dusík o hmotnosti 20 [kg], teplotě 15 [ C] a tlaku 10 [MPa].

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

Vnitřní energie, práce a teplo

Vnitřní energie, práce, teplo.

Termodynamické zákony

Termodynamika pro +EE1 a PEE

3. TEKUTINY A TERMIKA 3.1 TEKUTINY

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Látkové množství n poznámky 6.A GVN

Základy molekulové fyziky a termodynamiky

Ing. Stanislav Jakoubek

TERMIKA. (Petr Jizba) Doporučená literatura:

IDEÁLNÍ PLYN 14. TEPELNÉ STROJE, PRVNÍ A DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

Otázky Termomechanika (2014)

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

Termochemie. Katedra materiálového inženýrství a chemie A Ing. Martin Keppert Ph.D.

1. Látkové soustavy, složení soustav

[381 m/s] 12. Ocelovou součást o hmotnosti m z = 4 kg, měrném teple c z = 420 J/kgK, zahřátou na teplotu t z = 900 C ponoříme do olejové lázně o

1/6. 2. Stavová rovnice, plynová konstanta, Avogadrův zákon, kilomol plynu

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

5 Základy termodynamiky

Joulův-Thomsonův jev. p 1 V 1 V 2. p 2 < p 1 V 2 > V 1. volná adiabatická expanze nevratný proces (vzroste entropie)

TEPLOTA (termodynamické a statistické pojetí)

Vnitřní energie, teplo a práce

Transkript:

Termodynamika termodynamická teplota: Stavy hmoty jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické teploty trojného bodu vody (273,16 K = 0,01 o C). 0 o C = 273,15 K T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] další teplotní stupnice: Fahrenheit William Thomson lord Kelvin (1824 1907) Celsius 96 F teplota zdravého 0 C tání vody lidského těla 0 F teplota směsi ledu, 100 C var vody vody a chloridu amonného

Termodynamika termodynamická teplota: Stavy hmoty jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické teploty trojného bodu vody (273,16 K = 0,01 o C). 0 o C = 273,15 K T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] teplotní délková (objemová) roztažnost: l=l 0 1 T V =V 0 1 T součinitel teplotní délkové roztažnosti součinitel teplotní objemové roztažnosti =3 (pro pevné látky) aplikace: dilatační spáry, pružná kolena parovodů, měření teploty William Thomson lord Kelvin (1824 1907) [K 1 ] Al 2,4 x 10 5 Cu 1,7 x 10 5 Ag 1,9 x 10 5 W 0,4 x 10 5 Fe 1,2 x 10 5 beton 1,0 x 10 5

Termodynamika termodynamická teplota: Stavy hmoty jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické teploty trojného bodu vody (273,16 K = 0,01 o C). 0 o C = 273,15 K T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] teplotní délková (objemová) roztažnost: l=l 0 1 T V =V 0 1 T součinitel teplotní délkové roztažnosti součinitel teplotní objemové roztažnosti =3 (pro pevné látky) aplikace: dilatační spáry, pružná kolena parovodů, měření teploty William Thomson lord Kelvin (1824 1907) [K 1 ] Al 2,4 x 10 5 Cu 1,7 x 10 5 Ag 1,9 x 10 5 W 0,4 x 10 5 Fe 1,2 x 10 5 beton 1,0 x 10 5

Termodynamika Norma stanoví maximální vzdálenost dilatačních spár v konstrukci z prostého betonu na 10 m. Spočtěte, o kolik se prodlouží 10 m betonová deska při změně teploty z 20 o C na +40 o C. [6 mm] [K 1 ] Al 2,4 x 10 5 Cu 1,7 x 10 5 Ag 1,9 x 10 5 W 0,4 x 10 5 Fe 1,2 x 10 5 beton 1,0 x 10 5

Teplo Q [J] přenos energie mezi 2 termodynamickými systémy např. při rozdílné teplotě, fázovém přechodu Q=mc T Q t =ml t Q v =ml v teplo skupenské teplo tání skupenské teplo varu měrná tepelná kapacita c [J kg 1 K 1 ] (u pevných látek a kapalin netřeba rozlišovat c p > c V ) Měrné tepelné kapacity stavebních materiálů měrné skupenské teplo tání l t [J kg 1 ] (led: 333 700 J kg 1 ) měrné skupenské teplo varu l v [J kg 1 ] tepelná kapacita (kalorimetru,...) [J K 1 ] C= Q T

Teplo Q [J] Bazén, který má tvar kvádru délky 5 m, šířky 2,5 m a hloubky 1,5 m, se naplní vodou, kterou je třeba ohřát z 10 C na 22 C. Voda v bazénu se ohřeje na požadovanou teplotu za 12 h při účinnosti ohřívače vody 85%. Voda má hustotu 1000 kg m 3 a měrnou tepelnou kapacitu 4180 J kg 1 K 1. Určete výkon ohřívače vody.

Teplo Q [J] kalorimetrická rovnice např. tání ledu v kalorimetru s vodou: Q=m l c l 0 t l m l l t m l c v t 0 =C t v t m v c v t v t měrná tepelná kapacita c [J kg 1 K 1 ] (u pevných látek a kapalin netřeba rozlišovat c p > c V ) Měrné tepelné kapacity stavebních materiálů měrné skupenské teplo tání l t [J kg 1 ] (led: 333 700 J kg 1 ) měrné skupenské teplo varu l v [J kg 1 ] tepelná kapacita (kalorimetru,...) [J K 1 ] C= Q T

Ideální plyn soustava velkého počtu volných částic (atomů, molekul) srážky částic mezi sebou a se stěnami nádoby dokonale pružné (zachování hybnosti a kinetické energie) náhodný pohyb částic, žádný směr není preferován stavové veličiny: p, V, T, n (látkové množství) [mol] Vlastnosti plynu definice molu: Mol je látkové množství, které obsahuje tolik elementárních jedinců, kolik je atomů obsažených ve 12 g uhlíku 12 C. Avogadrova konstanta: N A = 6,022 x 10 23 mol 1 stavová rovnice: pv =n RT R = 8,314 J mol 1 K 1 (molární plynová konstanta) molární hmotnost [kg mol 1 ]: M= m n molární tepelná kapacita při stálém objemu C mv [J mol 1 K 1 ]: molární tepelná kapacita při stálém tlaku C mp [J mol 1 K 1 ]: C mp =C mv R Q=nC mv T Q=nC mp T

tlak plynu: termodynamická teplota: Kinetická teorie ideálního plynu p= 1 3 N V m v 2 k T = střední kvadratická rychlost: v k = N 3n R m v 2 k= N A 3 R m v 2 k= 1 2 m v 3k k B N 2 vi i=1 N Boltzmannova konstanta: k B = 1,38 x 10 23 J K 1 vnitřní energie: N 1 U= i=0 obecný vztah pro vnitřní energii: n v počet stupňů volnosti 1 molekuly: jednoatomové molekuly 2 m v 2 i =N 1 2 m v 2 k=n 3 2 k BT =n 3 2 RT (pro jednoatomové molekuly) U=N n v 2 k B T =n n v 2 R T n v =3 C mv = 3 2 R U= 3 2 n R T dvouatomové molekuly tří a více atomové molekuly n v =5 C mv = 5 2 R U= 5 2 n RT n v =6 C mv =3 R U=3 n R T

Termodynamika práce plynu: A= V 1 V 2 p dv da=f ds= p S ds= p dv 1. věta termodynamiky: (zákon zachování energie) Teplo Q dodané plynu se spotřebuje na přírůstek vnitřní energie plynu U a na práci A, kterou plyn vykoná. p P 1 Q= U A U=nC mv T P 2 2. věta termodynamiky: 0 V 1 dv V 2 V Teplo nemůže při styku dvou těles různých teplot samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na těleso teplejší.

Děje v plynech stavová rovnice pro ideální plyn: pv =n RT Děje v plynech n=konst. děj konst. zákon 1. věta termodynamiky izotermický izobarický izochorický T = konst. p = konst. V = konst. adiabatický Q = 0 pv =konst. V 1 = p 2 V 2 V /T =konst. V 1 /T 1 =V 2 /T 2 p/t =konst. /T 1 = p 2 /T 2 pv =konst. V 1 = p 2 V 2 U=0 Q= A Q 1 =A 1 0 U=0 p A= p V 2 V 1 Q= U A=0 izoterma Q=n C mv T Q=0 U= A =C mp /C mv =1 2/n v V

Děje v plynech stavová rovnice pro ideální plyn: pv =n RT Děje v plynech n=konst. děj konst. zákon 1. věta termodynamiky izotermický izobarický izochorický T = konst. p = konst. V = konst. adiabatický Q = 0 pv =konst. V 1 = p 2 V 2 V /T =konst. V 1 /T 1 =V 2 /T 2 p/t =konst. /T 1 = p 2 /T 2 pv =konst. V 1 = p 2 V 2 U=0 Q= A Q= U A Q=n C mp T A= p V 2 V 1 A=0 p Q= U Q=n C mv T izobara Q=0 U= A =C mp /C mv =1 2/n v V

Děje v plynech stavová rovnice pro ideální plyn: pv =n RT Děje v plynech n=konst. děj konst. zákon 1. věta termodynamiky izotermický izobarický izochorický T = konst. p = konst. V = konst. adiabatický Q = 0 pv =konst. V 1 = p 2 V 2 V /T =konst. V 1 /T 1 =V 2 /T 2 p/t =konst. /T 1 = p 2 /T 2 pv =konst. V 1 = p 2 V 2 p U=0 Q= A Q= U A Q=n C mp T A= p V 2 V 1 Q= U A=0 izochora Q=n C mv T Q=0 U= A =C mp /C mv =1 2/n v V

Děje v plynech stavová rovnice pro ideální plyn: pv =n RT Děje v plynech n=konst. děj konst. zákon 1. věta termodynamiky izotermický izobarický izochorický T = konst. p = konst. V = konst. pv =konst. V 1 = p 2 V 2 V /T =konst. V 1 /T 1 =V 2 /T 2 p/t =konst. U=0 Q= A Q= U A Q=n C mp T A= p V 2 V 1 A=0 adiabatický Q = 0 /T 1 = p 2 /T 2 pv =konst. V 1 = p 2 V 2 Q=0 U= A =C mp /C mv =1 2/n v Poissonova konstanta

Děje v plynech V dokonale utěsněné místnosti pravoúhlých rozměrů (délka 4 m, šířka 5 m, výška 2,5 m) zvýšíme teplotu z 15 C na 25 C. Kolikrát se zvýší (nebo sníží) tlak vzduchu v místnosti? Jaká bude práce plynu, změna jeho vnitřní energie a teplo dodané plynu? Předpokládejte, že vzduch je ideální plyn.

Carnotův cyklus ideální tepelný stroj: pracovní látka ideální plyn, n = konst. (žádné úniky) =1 T 2 T 1 dokonale tepelně izolován (nulové ztráty tepla) ohřívač konst. teplota T 1 dodává pracovní látce teplo Q 1 chladič konst. teplota T 2 přijímá od prac. látky teplo Q 2 ohřívač a chladič dokonale připojen k prac. látce, příp. dokonale izolován cyklus: I. izotermická expanze II. adiabatická expanze III. izotermická komprese IV. adiabatická komprese Q 1 =Q I =A I 0 U I =0 Q II =0 A II = U II 0 Q 2 =Q III =A III 0 U III =0 Q IV =0 A IV = U IV = A II 0 Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 1832)

i Carnotův cyklus =1 40 273,15 pracovní látka ideální plyn, n = 120 273,15 =0,20 =1 T 2 T 1 dokonale tepelně izolován (nul ohřívač konst. teplota T 1 dodává pra chladič konst. teplota T 2 přijím = A I A III Q 1 = A Q 1 ohřívač a chladič dokonale připojen k prac. látce, příp. izolován cyklus: I. izotermická expanze II. adiabatická expanze III. izotermická komprese IV. adiabatická komprese Q 1 =Q I =A I 0 U I =0 Q II =0 A II = U II 0 Q 2 =Q III =A III 0 U III =0 Q IV =0 A IV = U IV = A II 0 Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 1832)

Obrácený Carnotův cyklus kompresorová chladnička: T 2 : výparník vypařování pracovní kapaliny skupenské teplo vypařování (vnitřek ledničky) kompresor vyšší tlak kondenzace (T 1 ) skupenské teplo kondenzační (okolí ledničky)

Obrácený Carnotův cyklus Motor chladničky má výkon 200 W. Vypočítejte její ideální chladící faktor, jestliže teplota uvnitř chlazeného prostoru je 275 K a vně 300 K. Jaké je maximální teplo, které může být odebráno z chlazeného prostoru za 10 min? Kolik vody by tato chladnička dokázala za daný čas ochladit?

Obrácený Carnotův cyklus tepelné čerpadlo: vypařování pracovní kapaliny skupenské teplo vypařování (venkovní vzduch, země, voda) kompresor vyšší tlak kondenzace skupenské teplo kondenzační (topná voda) topný faktor (ideální tepelné čerpadlo): K= Q 2 A = T 2 T 1 T 2 = 273 293 273 14