11. Tepelné děje v plynech

Podobné dokumenty
Výpočty za použití zákonů pro ideální plyn

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

HYDROPNEUMATICKÝ VAKOVÝ AKUMULÁTOR

Termodynamika ideálního plynu

2.6.6 Sytá pára. Předpoklady: 2604

V p-v diagramu je tento proces znázorněn hyperbolou spojující body obou stavů plynu, je to tzv. izoterma :

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

2.6.7 Fázový diagram. Předpoklady: Popiš děje zakreslené v diagramu křivky syté páry. Za jakých podmínek mohou proběhnout?

MĚŘENÍ VLHKOSTI. Vlhkoměr CHM 10 s kapacitní sondou

Popis fyzikálního chování látek

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

VÝHODY A NEVÝHODY PNEUMATICKÝCH MECHANISMŮ

9. Struktura a vlastnosti plynů

8. Termodynamika a molekulová fyzika

3.5 Tepelné děje s ideálním plynem stálé hmotnosti, izotermický děj

3.1.8 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru

Definice termodynamiky

Zákony ideálního plynu

KINETICKÁ TEORIE PLYNŮ

PŘEPLŇOVÁNÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ

2.3.6 Práce plynu. Předpoklady: 2305

Výpo ty Výpo et hmotnostní koncentrace zne ující látky ,

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

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

Hlavní body. Teplotní závislosti fyzikálních veličin. Teplota, měření

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

5. Výpočty s využitím vztahů mezi stavovými veličinami ideálního plynu

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

Kruhový děj s plynem

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

1 Poznámka k termodynamice: Jednoatomový či dvouatomový plyn?

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 9.

7. Měření dutých objemů pomocí komprese plynu a určení Poissonovy konstanty vzduchu Úkol 1: Určete objem skleněné láhve s kohoutem kompresí plynu.

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

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

Cvičení z termomechaniky Cvičení 5.

Termodynamika pro +EE1 a PEE

KRUHOVÝ DĚJ S IDEÁLNÍM PLYNEM. Studijní text pro řešitele FO a ostatní zájemce o fyziku. Přemysl Šedivý. 1 Základní pojmy 2

VLHKÝ VZDUCH STAVOVÉ VELIČINY

Hustota plynů - jak ji změřit?

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

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

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

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

1. Hmotnost a látkové množství

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

DOPLŇKOVÉ TEXTY BB01 PAVEL SCHAUER INTERNÍ MATERIÁL FAST VUT V BRNĚ ENERGIE

MECHANIKA KAPALIN A 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

Teplota a její měření

Termodynamické základy ocelářských pochodů

Změna skupenství, Tání a tuhnutí, Sublimace a desublimace Vypařování a kapalnění Sytá pára, Fázový diagram, Vodní pára

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

13. Skupenské změny látek

r j Elektrostatické pole Elektrický proud v látkách

TERMOMECHANIKA 4. První zákon termodynamiky

3.1.3 Rychlost a zrychlení harmonického pohybu

PZP (2011/2012) 3/1 Stanislav Beroun

Pokud světlo prochází prostředím, pak v důsledku elektromagnetické interakce s částicemi obsaženými

CHEMICKÉ VÝPOČTY II SLOŽENÍ ROZTOKŮ. Složení roztoků udává vzájemný poměr rozpuštěné látky a rozpouštědla v roztoku. Vyjadřuje se:

Termodynamické zákony

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

Hmotnostní tok výfukových plynů turbinou, charakteristika turbiny

Experimentální ověření modelu dvojčinného pneumomotoru

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Fázové přechody. navzájem nezávislé chemicky čisté látky obsažené v termod.soustavě

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

Výsledky úloh. Obsah KRUHOVÝ DĚJ S IDEÁLNÍM PLYNEM. Studijní text pro řešitele FO a ostatní zájemce o fyziku

2.2. Termika Teplota a teplo

V následující tabulce jsou uvedeny jednotky pro objemový a hmotnostní průtok.

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMKA MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMIKA

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

Pedagogická poznámka: Cílem hodiny je zopakování vztahu pro hustotu, ale zejména nácvik základní práce se vzorci a jejich interpretace.

Stabilita prutu, desky a válce vzpěr (osová síla)

4 Ztráty tlaku v trubce s výplní

Vnitřní energie ideálního plynu podle kinetické teorie

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

Teplo, práce a 1. věta termodynamiky

4 SÁLÁNÍ TEPLA RADIACE

KINETICKÁ TEORIE PLYNŮ

6. Stavy hmoty - Plyny

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ APLIKOVANÁ FYZIKA MODUL 1 STAVOVÉ VELIČINY TERMODYNAMICKÝCH SOUSTAV

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ APLIKOVANÁ FYZIKA MODUL 2 TERMODYNAMIKA

VUT, FAST, Brno ústav Technických zařízení budov

Gibbsova a Helmholtzova energie. Def. Gibbsovy energie G. Def. Helmholtzovy energie A

Viz též stavová rovnice ideálního plynu, stavová rovnice reálného plynu a van der Waalsova stavová rovnice.

Plynové turbíny. Nevýhody plynových turbín: - menší mezní výkony ve srovnání s parní turbínou - vyšší nároky na palivo - kvalitnější materiály

III. Základy termodynamiky

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

11. CHEMICKÉ SENZORY

Praktikum 1. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úloha č...xvi... Název: Studium Brownova pohybu

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

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

TERMIKA VIII. Joule uv a Thompson uv pokus pro reálné plyny

Úloha č.1: Stanovení Jouleova-Thomsonova koeficientu reálného plynu - statistické zpracování dat

Molekulová fyzika a termodynamika

Obrázek1:Nevratnáexpanzeplynupřesporéznípřepážkudooblastisnižšímtlakem p 2 < p 1

Transkript:

11. eelné děje v lynech 11.1 elotní roztažnost a rozínavost lynů elotní roztažnost obje lynů závisí na telotě ři stálé tlaku. S rostoucí telotou se roztažnost lynů ři stálé tlaku zvětšuje. Součinitel objeové roztažnosti označujee γ a nezávisí na tlaku ani na telotě a je ro 1 1 1 všechny lyny stejný: γ = = K t 27,1 Poěr objeu lynu ři stálé tlaku Pro objeovou roztažnost lynů ři stálé tlaku latí Gay-Lussacův zákon = ( 1 + γ t ) t. Musíe zde využít absolutní telotní stunici ozn.. Přičež označení = 27,1 K. Při stálé tlaku je oěr objeu lynu dané hotnosti a absolutní teloty stálý. ztah bude ít tvar: = Rozínavost lynů tlak lynu se ění s telotou ři stálé objeu. relativní zěnu tlaku ři zvýšení teloty o 1 C vyjádříe součinitele tlakové rozínavosti: 1 1 1 γ = = K t 27,1 Děj oisuje Charlesův zákon: t = ( 1 + γ t ). Či jeho následující tvar: = Poěr tlaku lynu dané hotnosti (ři stálé objeu) a absolutní teloty je stálý. Plyn který by se řesně řídil Gay-Lussacový a Charlesový zákone se nazývá dokonalý lyn. 11.2 Práce lynu Plyn uzavřený ve válci s osuvný íste P ůže ři zvětšování objeu konat ráci. Při zenšování objeu se koná ráce ůsobení vnějších sil na íst. Je-li osunutí ístu s tak alé, že se tlak lynu znatelně nezění, ůsobí na íst tlaková síla F= S a vykoná se ráce: W = F s = S s = ysvětlení: Působí-li na íst vnější síla F zění se osunutí ístu o s obje o a vykoná se ráce. Se zěnou objeu se ve skutečnosti ění i tlak lynu. Práci lynu ůžee roto vyočítat jako alé objeové zěny, ři kterých tlak zůstává stálý:, 1 2,... Celková ráce bude: W = 1 + 2 + +... + n. Závislost tlaku lynu na ěnící se objeu vyjádříe graficky. 1

Diagra ráce lynu Při objeové zěně 2 1 je ráce rovna vyšrafované loše. 11. Děj izoterický (Boyl-Mariottův zákon) Je o takový děj, ři které zůstává telota soustavy stálý. Definice: Součin objeu a tlaku lynu určité hotnosti je ři stál telotě stejný. Mateatické vyjádření: = = konst, kde, jsou očáteční hodnoty tlaku a objeu lynu. 1 odle kinetické teorie je tlak lynu: = Protože ři stálé telotě je střední rychlost 1 2 n 2 v k v stálá, získáe ro součin tlaku a objeu stálou 2 k hodnotu: = n vk konst. = Ověříe tento zákon v U trubici. U trubice á všude stejný růřez S a na jedno konci je uzavřená. alijee do ní rtuť a tí v ní uzavřee slouec vzduchu. Obje vzduchového slouce je = S h a tlak vzduchu je b. Přilévání rtuti se vzduchový slouec zkrátí na délku h k. vzájená vzdálenost ovrchu rtuti v obou raenech je l k. lak vzduchu v trubici se zvýší o hydrostatický tlak slouce rtuti o výšce l k : = ρ glk. lak vzduchu v trubici je: k = b +. Jeho obje je: k = S h k. Měření ověříe latnost vztahu: h k (b + ρ g l k ) = h b = konst. 2

Grafické znázornění růběhu tlaku (rovnoosá hyerbola). =. Graf této závislosti se jenuje izotera Při vyšší telotě je součin větší než ři nižší telotě. Při veli vysokých tlacích se na izoterách ukazují odchylky od ideálního tvaru. Příčinou těchto odchylek jsou olekulové síly, které se rojevují ři vyšších tlacích a vlastní obje olekul. Při zvětšování objeu koná lyn ráci a jeho vnitřní energie se zenšuje a lyn se ochlazuje. Aby děj zůstal izoterický usíe dodávat telo. Izoterický dej je roto děje teelný. 11.4 Děj izochorický (Charlesův zákon) Je to děj ři stálé objeu. Určuje závislost tlaku na telotě. Ukazuje se, že tlak je řío úěrný telotě a je to vyjádřeno títo vztahe: =. Při izochorické ději zůstává obje lynu stálý ( = ), nekoná se ráce. Přijatý tele se zvětšuje vnitřní energie lynu. Soustava řije telo: Q = U = cv, kde c v je ěrné 1 U telo lynu ři stálé objeu a je vyjádřeno: c v =. Grafický obraz funkce =. v - diagrau určuje izochoru, jež robíhá jako říka, rovnoběžná s osou tlaků. 11. Děj izobarický (Gay-Lussacův zákon) Je to děj ři stálé tlaku. Určuje závislost objeu na telotě. Obje lynu je řío úěrný telotě : =.

Při izobarické ději se ění obje lynu, a roto se koná ráce. nitřní energie lynu se ění, rotože lyn ění telotu. Měrné telo lynu ři stálé tlaku c se stanoví následující rovnicí: c = cv +, Poznáka: index ři znaku objeové zěny vyznačuje, že se zěna uskuteční ři stálé tlaku. Závěr: Měrné telo lynu ři stálé tlaku c je větší než ěrné telo ři stálé objeu cv o ráci vykonanou lyne o jednotkové hotnosti na zvětšení objeu. Grafické znázornění izobarického děje. Grafe je izobara a je v - diagrau znázorněna říkou, rovnoběžnou s osou objeů 11.6 Stavová rovnice zákonech ro lyny, které jse dosud uvedli, se ze tří veličin,, ěnily vždy jen dvě. e skutečnosti se ění všechny tři veličiny. očáteční stavu á lyn tlak, obje a telotu. Izotericky ho stlačíe tak, že se tlak zění na hodnotu, řičež nabude objeu. Podle rovnice =. Poto lyn zahřejee izobaricky tak, že jeho výsledná telota bude a obje se zění z hodnoty na odle rovnice = /. / Z oslední rovnice dosaďe za = / do ředcházející rovnice a dostanee stavovou rovnici: = = konst. Hodnota konstanty se určuje zravidla ro olární obje lynu a nazývá se olární lynová konstanta. Za norálního tlaku = 1,12 1 Pa a za teloty = 27, 1K je 1 olární obje = 22,41 1 ol. Pro olární lynovou konstantu dostanee 1 1 hodnotu stejnou ro všechny lyny: R = = 8,14 J ol K. Stavová rovnice ro 1 ol lynu á oto tvar: = R. Pro libovolné látkové nožství u lynu vyjádřené v jednotce ol o objeu latí: = n R. Je-li očet olekul ak n = a ůžee sát: = R. A A R Dále ůžee definovat = k a oto á stavová rovnice tento tvar: = k. A Stavová rovnice vyjadřující hotnost: 4

yjdee ze základního tvaru: = M R = n R, kde Poocí stavové rovnice ůžee vyočítat hustotu: yjdee z tvaru = R. Hustota je definována M ro hustotu: ρ = M R n = M. ýsledná rovnice je: ρ =. ýsledný vztah 11.7 Děj adiabatický Je to děj, ři ně je lyn teelně izolován, a roto žádné telo neřijíá ani neodevzdává. Platí U = W. nitřní energie se ění oocí ráce. Při adiabatické zenšování objeu lynu se koná ráce ůsobení vnějších sil. elota lynu se zvětšuje, vnitřní energie lynu roste. Při adiabatické zvětšování objeu lynu lyn koná ráci, jeho telota klesá, jeho vnitřní energie se zenšuje. Při adiabatické stlačování roste tlak lynu rychleji než ři izoterické stlačování. Adiabatický děj je znázorněn adiabatou. ýsledné křivky jsou na následující grafu. χ χ Pro adiabatický děj latí Poissonův zákon: = = konst., kde exonent je χ = c. Jeho hodnota závisí na očtu atoů v olekule. Její hodnota je vždy c větší než 1. Příklad: jednoatoové olekuly χ = 7. Dvouatoové olekuly χ =. 11.8 Adiabatické děje v řírodě a v raxi

1) Adiabatické rozínání Hustota vodní áry je,6 krát enší než hustota suchého vzduchu za stejné teloty a tlaku. Proto vlhký vzduch v tíhové oli stouá a suchý klesá. S výškou tlak vzduchu klesá, a roto se vlhký vzduch ři výstuu adiabaticky rozíná a ochlazuje (okles teloty s nadořskou výškou). 2) Kondenzace vodních ar Při adiabatické rozínání koná lyn ráci na účet vnitřní energie. S oklese teloty zenšuje se kinetická energie olekul a ůže oklesnout o tolik, že se rojeví olekulové síly, olekuly se začnou vázat a shlukovat do alých kaiček. Dochází ke kondenzaci. ) Adiabatické rozínání raxi se užívá dvěa zůsoby: a) Plyn o vysoké tlaku a vysoké telotě á velkou vnitřní energii. Adiabatický rozínání se ění jeho vnitřní energie v echanickou energii jiného tělesa, lyn koná ráci. b) Ochlazení, které rovází adiabatické rozínání, se využívá na získání nízkých telot. Dá se využít na kondenzaci lynů. Princiu adiabatického ochlazení oužili na zkaalňování lynů. 4) Adiabatické stlačení Prudký adiabatický stlačení se lyn ohřeje a tohoto zvýšení teloty se oužívá na zaalování v adiabatických zaalovačích a ve vznětových otorech. ) lakové zěny, když se šíří zvuková vlna v lynech jsou adiabatické. eelné děje v lynech jsou důležité nejeno ři řeěně vnitřní energie lynu na energii echanickou, ale i ři zěnách skuenství. 11.9 Plyny ři vysokých a nízkých tlacích 11.9.1 Plyn ři vysoké tlaku Hustota lynu je řío úěrná ρ tlaku: ρ =. S rostoucí tlake se hustota lynu blíží hustotě kaaliny. Při vyšších telotách ají olekuly dostatečně velkou střední kinetickou energii, a roto se ři srážkách nesojují. Existuje telota a jí odovídající střední kinetická energie olekul, ři které o stlačení (řiblížení olekul) začnou vznikat ezi olekulai vazby. uto telotu označíe k. Při této telotě á izotera odchylku od ideální izotery. Při dostatečně velké stlačení lynu se začnou olekuly lynu vázat dojde ke kondenzaci lynu. uto telotu nazýváe telotou kritickou a tlak jí odovídající kritický tlake. Při nižší telotě, než je kritická, a ři dostatečné stlačení lyn kondenzuje. 11.9.2 Plyn ři nízké tlaku Ukazuje se, že reálný lyn se nechová odle stavové rovnice. Rovnice je oněkud kolikovanější. Stavovou rovnicí se řídí lyn, který á enší tlak. Čí enší tlak bude tí lée bude odovídat stavové rovnici. Pokles tlaku zajistíe rozínání lynu. Zvětšování objeu se rovádí různě. Při nízké tlaku je střední volná dráha olekul větší, difúze robíhá rychleji a je ožno jí oužít na snížení tlaku lynu. Zařízení na výrobu nízkého tlaku se nazývá vývěva. 6