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 =

Podobné dokumenty
Klasická termodynamika (aneb pøehled FCH I)

Stanislav Labík. Ústav fyzikální chemie V CHT Praha budova A, 3. patro u zadního vchodu, místnost

Opakování: Standardní stav þ ÿ

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

FYZIKÁLNÍ CHEMIE chemická termodynamika

Termomechanika 4. přednáška

Viriálová stavová rovnice 1 + s.1

Zákony ideálního plynu

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Elektroenergetika 1. Termodynamika

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

Elektroenergetika 1. Termodynamika a termodynamické oběhy

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

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. II. Termodynamika

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

Termomechanika 6. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Cvičení z termomechaniky Cvičení 3.

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

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 3.

Teplota a její měření

6. Stavy hmoty - Plyny

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

VZOROVÝ ZKOUŠKOVÝ TEST z fyzikální chemie( 1

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Magnetokalorický jev MCE

VÝHODY A NEVÝHODY PNEUMATICKÝCH MECHANISMŮ

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

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

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

Termodynamika a živé systémy. Helena Uhrová

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

Termodynamika ideálního plynu

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. II. Termodynamika

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

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 12

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

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

9. Struktura a vlastnosti plynů

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

3.5 Tepelné děje s ideálním plynem stálé hmotnosti, izotermický děj

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

Cvičení z termomechaniky Cvičení 7.

Termodynamika pro +EE1 a PEE

Mol. fyz. a termodynamika

Kolik energie by se uvolnilo, kdyby spalování ethanolu probíhalo při teplotě o 20 vyšší? Je tato energie menší nebo větší než při teplotě 37 C?

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 4. Postulát, že nedochází k výměně tepla má dopad na první větu termodynamickou

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

Úloha č.1: Stanovení molární tepelné kapacity plynu za konstantního tlaku

8. Chemické reakce Energetika - Termochemie

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

MAGISTERSKÝ VÝBĚR úloh ze sbírek

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

Termodynamické zákony

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

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

Matematika II Urèitý integrál

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

Energie, její formy a měření

Matematika II Lineární diferenciální rovnice

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

Termodynamické zákony

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

a) Jaká je hodnota polytropického exponentu? ( 1,5257 )

= 2,5R 1,5R =1,667 T 2 =T 1. W =c vm W = ,5R =400,23K. V 1 =p 2. p 1 V 2. =p 2 R T. p 2 p 1 1 T 1 =p 2 1 T 2. =p 1 T 1,667 = ,23

Do známky zkoušky rovnocenným podílem započítávají získané body ze zápočtového testu.

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

Příklady k zápočtu molekulová fyzika a termodynamika

Příklady k opakování TERMOMECHANIKY

Aplikovaná fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel. 3302

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

Statistická termodynamika (mechanika)

Zpracování teorie 2010/ /12

Termodynamika. Martin Keppert. Katedra materiálového inženýrství a chemie

Řešené úlohy ze statistické fyziky a termodynamiky

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Termodynamika par. Rovnovážný diagram látky 1 pevná fáze, 2 kapalná fáze, 3 plynná fáze

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 2. ČÁST

Termodynamické potenciály

Projekt podpořený Operačním programem Přeshraniční spolupráce Slovenská republika Česká republika

Rovnováha kapalina{pára u binárních systémù

Fenomenologická termodynamika

Cvičení z termomechaniky Cvičení 5.

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

Nultá věta termodynamická

Základy fyzikální chemie Vybrané kapitoly pro posluchače Farmaceutické fakulty. doc. Ing. Alice Lázníčková, CSc. Ing. Vladimír Kubíček, CSc.

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

Úlohy z fyzikální chemie

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

PROCESY V TECHNICE BUDOV 8

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

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

Cvičení z termomechaniky Cvičení 6.

Poznámky k semináři z termomechaniky Grafy vody a vodní páry

=, V = T * konst. =, p = T * konst. Termodynamika ideálních plynů

Ing. Stanislav Jakoubek

Termomechanika. Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK

Transkript:

Termochemie { práce Práce: W = s F nebo W = Objemová práce (p vn = vnìj¹í tlak): W = V2 V 1 p vn dv s2 Vratný dìj: p = p vn (ze stavové rovnice) W = V2 V 1 p dv s 1 F ds s.1 Diferenciální tvar: dw = pdv (vratnì) Podobnì el. práce dw = Edq,...

Práce { pøíklady p/kpa práce proti konstantnímu vnìj¹ímu tlaku: W = p vn (V 2 V 1 ) izobarický vratný dìj: W = p(v 2 V 1 ) izochorický dìj: W = 0 izotermický vratný dìj { ideální plyn: W = nrt ln(v 2 /V 1 ) izotermický vratný dìj { vdw rovnice gracké urèení práce (plocha = integrál = W ) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 V2 p dv 1 V 1 0 0 5 10 15 20 25 30 V/dm 3 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 p dv s.2 0 0 5 10 15 20 25 30 V/dm 3

1. vìta termodynamická s.3 je vyjádøením zákona zachování energie. Pro uzavøený systém (nevymìòuje hmotu): Existuje stavová funkce nazývaná vnitøní energie, 12. øíjna 2015 je¾ si þpamatujeÿ ve¹kerou energii (teplo, práci), kterou systém s okolím vymìní. Integrovaný tvar: U = Q + W Diferenciální tvar: du = dq + dw Dùsledky: U = Q ([V ], nekoná se jiná práce) U je první vìtou urèeno a¾ na aditivní konstantu Pokud dw = innitezimální objemová práce: du = dq p vn dv vratně = dq pdv

Entalpie Úmluva: nebude-li jinak øeèeno, budeme uva¾ovat jen objemovou práci Denice: Dùsledky: H = U + pv dh = dq + Vdp s.4 H = Q ([p], objemová práce) Pou¾ití: energetické zmìny za [p] { zahrnuje objemovou práci Cyklický dìj: U = 0, H = 0

Poznámky s.5 Vnitøní energie je þpøirozenìÿ funkce objemu: U = U(V ), du = dq pdv Entalpie je þpøirozenìÿ funkce tlaku: H = H(p), dh = dq + Vdp Podstatou pøechodu U H je zmìna nezávisle promìnné Vzájemný pøechod U H je symetrický (tzv. Legendreova transformace): ( U p = V ( H V = p ) ) H = U + pv = U ( U V ( H U = H pv = H p ) ) V p

Tepelné kapacity s.6 C V = ( ) dq T V = ( U T ) V C p = ( ) dq T p = ( H T ) p Molární velièiny: U = nu m, H = nh m, C V = nc V m, C p = nc pm Pøíklad: Mìrná tepelná kapacita vody je 1 cal K 1 g 1. Jaká je tepelná kapacita vody v bojleru se 100 litry vody? Jak dlouho se bude ohøívat z 15 na 60 C výkonem 2 kw? 418 kj K 1, 2.6 hod

Vnitøní energie a entalpie ideálního plynu Empirie (Jouleùv pokus: expanze do vakua), molekulární pøedstavy: Vnitøní energie ideálního plynu nezávisí na objemu (tlaku) s.7 U = U(T ) Dùsledek: H = U + pv = U + nrt = U(T ) + nrt = H(T ) Entalpie i vnitøní energie ideálního plynu jsou pouze funkcí teploty. Mayerùv vztah: C pm = C V m + R Pøíklad: Kolik je H m U m pro a) vodík b) vodu pøi teplotì 25 C a tlaku 100 kpa? a) 2.48 kj mol 1, b) 1.8 J mol 1 Pro kondenzované fáze za bì¾ných tlakù H U

Výpoèet tepla a práce Izochorický dìj [V ]: s.8 W obj = 0 U = U 2 U 1 = Q C V = ( ) T2 U T V U = T 1 Izobarický vratný dìj [p]: C V dt W obj = p V H = H 2 H 1 = Q C p = ( ) H T p H = T2 Izotermický vratný dìj [T ] pro ideální plyn: U = U(T ) U = U(T, V 2 ) U(T, V 1 ) = 0 T 1 C p dt (pokud nepotkáme fázový pøechod) U = Q + W, W = nrt ln(v 2 /V 1 ) Q = nrt ln(v 2 /V 1 ) Adiabatický dìj [ad.]: Q = 0 U = W

Výpoèet tepla a práce { pøíklad Jeden mol dusíku o teplotì 300 K a tlaku 100 kpa pøijal (za konstantního tlaku) teplo 2.9 kj. Vypoètìte a) koneènou teplotu b) objemovou práci c) zmìnu vnitøní energie d) zmìnu entalpie Data: C pm (N 2 ) = 29 J K 1 mol 1 s.9 a) T2 = 400 K, b) W = 831.4 J, c) U = 2068.6 J, d) H = Q = 2.9 kj

Adiabatický vratný dìj { ideální plyn s.10 du = dw = pdv nc V m dt = nrt V dv T V κ 1 = const pv κ = const T p (1 κ)/κ = const kde κ = C pm = C pm, èasto se znaèí γ C V m C pm R V èeské literatuøe Poissonovy rovnice, κ = Poissonova konstanta (v cizinì pod jménem Poisson neznámé!) Shrnutí pøedpokladù: adiabatický vratný dìj ideální plyn tepelné kapacity nezávisejí na teplotì koná se jen objemová práce

Adiabaty a izotermy s.11 1000 900 800 700 n=1 mol, T 1 =1000 K, V 1 =10 dm 3, p 1 =831.4 kpa izotermicky adiabaticky, κ=5/3 (argon) adiabaticky, κ=1.4 (vzduch) 600 p/kpa 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 V/dm 3

Adiabatický dìj { pou¾ití Zvuk se ¹íøí adiabaticky. V ideálním plynu: s.12 v = κrt Odvození pro zájemce: do obecného vztahu ( p ) v = = V 2 ρ ad. M ( ) dosadíme p V ad. M ( ) p = κ p V získané diferencováním vztahu pv κ = const [ad.], napø. takto: d(pv κ ) = V κ dp + pκv κ 1 dv = 0 Adiabatický model atmosféry { pokles teploty s vý¹kou: dt dh = κ 1 gm κ R V ad.. = 0.01 K m 1 Odvození pro zájemce: ve vztahu pro hydrostatický tlak dp = ρgdh = Mp RT gdh pøevedeme dp vlevo na dt pomocí diferencování Poissonovy rovnice p 1 κ T κ = const Kompresory, spalovací motory, zkapalòování plynù...

Adiabatický dìj { pøíklad Jeden mol argonu (C p = 20.785 J K 1 mol 1 ) o teplotì 300 K a tlaku 100 kpa byl vratnì adiabaticky stlaèen na desetinu objemu. Vypoètìte koncový tlak, teplotu a objemovou práci potøebnou ke stlaèení. C V m = C pm R = (20.785 8.314) J K 1 mol 1 = 12.471 J K 1 mol 1 κ = C p C V = 20.785 12.471 = 1.667 ( ) κ p 1 V1 κ = p 2V2 κ V1. p 2 = p 1 = 100 kpa V 2 T 1 V κ 1 1 = T 2 V κ 1 2 T 2 = T 1 ( V1 V 2 ( 1 0.1 ) κ 1. = 300 K ) 1.667. = 4642 kpa ( 1 0.1 s.13 ) 0.667. = 1392 K W obj = U = nc V m (T 2 T 1 ). = 1 mol 12.471 J K 1 mol 1 (1392 300). = 13 624 J