Zěny skuenství látek Pevná látka Kaalina Plyn soustava velkého očtu částic Má-li soustava v rovnovážné stavu ve všech částech stejné fyzikální a cheické vlastnosti (stejnou hustotu, stejnou strukturu a stejné che. složení) nazýváe ji FÁZE různé fáze nař. různá skuenství, různé krystalové struktury evné látky Soustava ůže obsahovat více fází. FÁZOVÁ ZMĚNA řechod látky z jedné fáze do druhé Jeden z druhů fázové zěny je ZMĚNA SKUPENSVÍ. ání a tuhnutí telota tání t t skuenské telo tání L t (telo, které těleso o hotnosti z krystalické látky řije ři telotě tání, aby se řeěnilo v kaalinu téže teloty) Lt 1 ěrné skuenské telo tání l t lt = [ lt ] = J kg Oačný děj tuhnutí skuenské telo tuhnutí L t (aorfní látky ostuně ěknou až se řeění v kaalinu, neají evnou t t ) Látka řijíá telo roste E k částic zvětšuje se střední vzdálenost částic roste E vzájené olohy částic ři t t se rozkity částic narušuje vazba ezi částicei krystalové řížky řížka se rozadá tání Látka ři t t řijíá telo neění se ale E k a tí ani t zvětšuje se jen E Při t t je U roztátého tělesa > U téhož tělesa v krystalické stavu ři téže t. Kaalina odevzdává telejší tělesů telo E k částic kaaliny klesá, t kaaliny klesá Při telotě tuhnutí vznikají krystalizační jádra krystalizace vznikne soustava volně se ohybujících krystalků neravidelného tvaru. Při ztuhnutí celé látky se krystalky dotýkají a vznikají zrna vzniká olykrystalická látka onokrystalická látka vznik z jednoho krystalizačního jádra, ke kteréu se řiojují další částice látky
0 FYZIKA 2. ROČNÍK Křivka tání A) u většiny látek - s rostoucí vnější roste telota tání B) led, antion, některé slitiny - s rostoucí vnější telota tání klesá (ř. regelace ledu) A A 0 olovo 0 led Za norálního tlaku se udávají norální teloty tání látky tyu A ři tání zvětšují obje látky tyu B ři tání snižují obje (zalňování rostorových kanálků ři tání) důsledek lavání ledu na hladině Subliace řeěna z evného skuenství v lynné (oak je desubliace) Měrné skuenské telo subliace: Ls ls = L s skuenské telo subliace řijaté tělese o hotnosti ři jeho subliaci za dané t l s závisí na telotě, ři které látka subliuje = J kg [ ] 1 l s Subliuje-li látka o dostatečné hotnosti o čase se ustaví rovnovážný stav ezi evnou fází a její árou, ta se nazývá sytá ára. Subliační křivka závislost tlaku syté áry na telotě - body znázorňují rovnovážné stavy ezi evnou látkou a její sytou árou A Subliační křivka
Vyařování a var kaaliny Vyařování robíhá z volného ovrchu kaaliny za každé teloty. l v L v = ěrné sku. telo vyařování S rostoucí telotou vyařování l v klesá. Var: kaalina se vyařuje i uvnitř (bublinky) telota varu (norální t v ři norální vnější ) (vyšší vnější vyšší t v Painův hrnec; nižší vnější nižší t v ) Měrné skuenské telo varu = l v ři t v Vyařování kaaliny z hlediska olekulové fyziky: olekuly s dostatečnou energií unikají z volného ovrchu kaaliny - ovrch kaaliny oouštějí olekuly s nejvyšší E k - střední E k olekul kaaliny se zenší okles teloty vyařující se kaaliny Obrácený děj - kaalnění (kondenzace) Měrné skuenské telo kondenzace = ěrné skuenské telo vyařování ři téže t kaalnění sojování olekul do kaiček (snazší na drobných zrncích rachu nebo el. nabitých částicích) Úlohy: 1/ Led o hotnosti 1,0 kg a očáteční telotě -10 C se řeěnil na vodu o telotě 20 C za norálního tlaku. Sestrojte graf závislosti teloty tělesa na řijaté tele. Měrná teelná kaacita ledu je 2,1 kj kg K, ěrná teelná kaacita vody je 4,2 kj kg K, ěrné skuenské telo tání ledu je l = 1 kg t l = 10 C c l = 2,1 kj kg K -1 l t = 334 kj kg v = 1 kg c v = 4,2 kj kg K t v = 20 C Q =? Q = c 0 t + l + c (20 0) l ( l ) t v ( ) ( 21 334 84) kj Q = 1 2,1 10 + 1 334 + 1 4, 2 20 kj Q = + + Q = 439kJ -1 334 kj kg. Vyočítejte celkové řijaté telo.
Celkové řijaté telo je 439 kj. 2/ Jak se zění vnitřní energie tělesa z cínu o hotnosti 3,0 kg ři telotě tání, jestliže se řeění z evného skuenství v kaalné téže teloty? Měrné skuenské telo tání cínu je 61 kj kg K. = 3 kg l t = 61 10 J kg K U =? 3 U = Q = l t = 3 61 10 3 = 183 kj Vnitřní energie tělesa se zvýší o 183 kj. 3/ Jak se liší vnitřní energie vody o hotnosti 300 g a teloty 20 C od vnitřní energie vodní -1 áry téže hotnosti a teloty, je-li l 20 = 2, 43 MJ kg? Práci sojenou se zvětšení objeu ři vyařování vody zanedbejte. = 0,3 kg t = 20 C -1 l 20 = 2, 43 MJ kg U =? U = L 20 = l 20 = 0,3 2,43 = 0,729 MJ Vnitřní energie vodní áry je vyšší o 0,729 MJ. 4/ Vodní ára o hotnosti 2,0 kg a o telotě 100 C zkaalní a vzniklá voda se ochladí na telotu 20 C. Jaké celkové telo odevzdá soustava do okolí? = 2 kg t = 100 C
l v = 3-1 2,26 10 kj kg c = 4,18 kj kg K t v = 20 C Q =? Q = l v + c (t t v ) = (2 2,26 10 3 + 2 4,18 80) kj = 5 200 kj = 5,2 MJ Celkové odevzdané telo do okolí je 5,2 MJ. Křivka syté áry - vyařování ka. v uzavřené nádobě - nastane dynaická rovnováha ezi ka. a árou sytá ára (Při rovnováze očet olekul, které oouštějí ovrch kaaliny za dobu t = očet olekul které se do kaaliny vracejí za dobu t). tlak syté áry nezávisí na objeu ři stálé t (zvětšíe-li obje nad kaalinou izotericky, okračuje vyařování do ůvodní hodnoty tlaku syté áry) nelatí ani Boyle - Mariottův zákon ani stavová rovnice - tlak syté áry roste s rostoucí telotou (olekuly ají větší E k, více jich řejde v áru ) - KŘIVKA SYÉ PÁRY závislost syté áry na její K K A A 0 A A očáteční bod křivky syté áry K A telota tuhnutí kaalné fáze ři tlaku A nejenší hodnota a, kdy je kaalina a sytá ára ještě v rovnováze K kritický bod křivky syté áry Při K a k je hustota kaaliny rovna hustotě syté áry zizí rozhraní ezi kaalinou a její sytou árou, látka se stává stejnorodou.
Při vyšší telotě než k je jen ára. Z křivky syté áry lze odečíst telotu varu kaaliny ři dané vnější tlaku ři varu v kaalině vznikají bubliny syté áry a vystuují k volnéu ovrchu kaaliny. o je v říadě, kdy se tlak syté áry uvnitř bublin rovná vnějšíu tlaku. Zvýší-li se tlak nad volný ovrche kaaliny, nastane var až o takové zvýšení teloty kaaliny, že se tlak uvnitř bublin vyrovná vnějšíu tlaku. elota varu tedy roste s rostoucí vnější tlake. Fázový diagra - všechny 3 výše uvedené křivky v jedno grafu I II K evné kaalné l. k b l. k IV III A řehřátá lyn ára k s 0 Každý bod znázorňuje určitý stav látky ři zvolené a. A trojný bod (ro H 2 O = 273,16 K A 610 Pa - v uzavřené nádobě led, voda a sytá ára) Oblast III řehřátá ára - á nižší tlak a hustotu než sytá ára téže teloty (buď sytou áru izotericky rozenee anebo ji zahříváe bez řítonosti kaaliny) Pokud je řehřátá ára daleko od stavu syté áry, oto ro ni řibližně latí stavová rovnice ideálního lynu. ( Pro sytou áru nelatí stavová rovnice ro IP Její tlak nezávisí na její objeu; Při dostatečné zvětšení objeu nebo zahřívání áry bez řítonosti kaaliny se bude rojevovat závislost tlaku na objeu áry) Oblast IV lyn - lyn zkaalníe ochlazení od telotu k a oto ho stlačíe ochlazení: - adiabatický rozínání - rudký vyařování některých zkaalněných lynů lze dosáhnout veli nízkých telot
Vodní ára v atosféře absolutní vlhkost vzduchu = vlastně hustota vodních ar V Vodní ára ve vzduchu je zravidla řehřátá ři určité telotě řejde v sytou (nař. další vyaření vody, oto je vlhkost axiální ( = ρ hustotě syté áry za dané teloty) relativní vlhkost vzduchu ϕ = v % Klesá-li telota vzduchu s řehřátou árou řehřátá ára se stává sytou a kaalní telota rosného bodu t r (je-li t r < 0 oto jinovatka nebo sníh) Příklad: Jaká je absolutní a relativní vlhkost vzduchu, á-li vzduch telotu 10 C a telota rosného bodu je 0 C? -3 abulky: Hustota syté vodní áry ři telotě 0 C á hodnotu 4,8 g. uto hustotu á i řehřátá ára vody teloty 10 C. Absolutní vlhkost vzduchu teloty 10 C je tedy -3 = 4,8 g. -3 Hustota syté vodní áry ři telotě 10 C je ρ = 9,4 g. Relativní vlhkost vzduchu ři této telotě je 4,8 ϕ = 100% 51%. 9, 4 Relativní vlhkost vzduchu se dá ěřit nař. vlasový vlhkoěre. en je založen na jevu, že lidský vlas zbaven tuku ění ři značné vlhkosti svou délku. Vlas se vede řes kladku oatřenou ručičkou. a ukazuje na stunici relativní vlhkost vzduchu. Úlohy: 1/ Při které telotě vzduchu je telota rosného bodu -5 C a relativní vlhkost vzduchu 67 %? t r = 5 C ϕ = 10 C t =?.
ϕ = = 0,67 t r = 5 C z tabulek: = 3, 24 g tr 3 = = 4,84 g z tabulek: t = 0 C 0,67 Výše uvedený odínká odovídá telota 0 C. tr 3 2/ V ístnosti o objeu 120 3 je ři telotě 15 C relativní vlhkost vzduchu 60 %. Jakou hotnost ají vodní áry v ístnosti? V = 120 3 t = 15 C ϕ = 60 % =?. = 12,8 g 3 = = 3 = 120 12,8 10 0,6 = V V ϕ = 0,92 kg Hotnost vodních ar v ístnosti je 0,92 kg.