Termodynamika. Doplnkové materiály k prednáškam z Fyziky I pre EF Dušan PUDIŠ (2013)

Transcript

1 Termodynamika Teelný ohyb Teelná rozťažnosť látok Stavová rovnica ideálneho lynu nútorná energia lynov,. veta termodynamická, Izochorický dej, Izotermický dej, Izobarický dej, diabatický dej, Práca lynu ri termodynamických rocesoch, arnotov cyklus, Entroia Dolnkové materiály k rednáškam z Fyziky I re EF Dušan PUDIŠ (23)

2 tómy a molekuly neustály ohyb (závisí od teloty) teelný ohyb Difúzia renikanie častíc jednej látky do druhej najlešie funguje u lynov závisí od teloty r. arfum Brownov ohyb eľové zrnká vo vode. Brown 827 (zrnká vyzerajú ako živé) vysvetlenie 95 Einstein nárazy molekúl vody Teelný ohyb kinetická energia (u tuhých látok a u kvaalín v dôsledku silných väzieb je nízka)

3 ko charakterizovať teelný stav telies? telota (t) termodynamická telota (T) Telota je fyzikálna veličina... yvoláva subjektívne ocity závislé od teelnej vodivosti látok. kinetická energia (riemerná) telota Telotné stunice elziova [ o ] (, o... v rovnováhe ľad a voda ri normálnom tlaku) Kelvinova [K] (absolútna) T 273, 6K... termodynamická telota ri, o, čo je trojný bod vody o T[ K ] 273,5+ t[ ] t[ o ] T[ K ] 273,5 Teelné kmity roteínu alha helix (Wikiedia)

4 Teelný ohyb v ríade tuhých látok ozkmitanie atómov okolo rovnovážnych olôh l l T l αl T l l l t. j. zväčšenie rozmerov l l (+α T+α 2 T 2 ) α ll l T T dl l T l l α l l dl l (m) [ + ( T )] T l l α T T 2 T (K) l l (+α T) l l (+αt) l ( + α T + 2) l α T 2... re vyššie teloty

5 Materiál α. -6 (K - ) Hliník 24 Meď 7 Mosadz 9 Sklo Zinok 29 Železo 2 ríade objemovej rozťažnosti telies 3 3 l l α ( + ( T T )) ( + 3α T + α T + T ) α 3 ( + T) β m ρ m ( T) ρ ρ β ( + β T) β T β T + β T β T +... β > vo väčšine ríadov, ale voda v intervale do 3,99 o má β < Pr. ortuťový telomer

6 ohyb molekúl kinetická energia molekúl Telo (energia) Mechanickou energiou nar. trením sa mení usoriadaný ohyb na neusoriadaný ohyb molekúl. Pri styku dvoch telies telejšie odovzdáva kinetickú energiu (telo) chladnejšiemu. Q cm T c...[ Jkg K ]... merná teelná kaacita Merná teelná kaacita je množstvo tela, ktoré je otrebné na ohriatie (ochladenie) jedného kilogramu látky o jeden telotný stueň. Q k T k...[ JK ]... teelná kaacita Teelná kaacita je telo, ktoré je otrebné na ohriatie telesa o jeden telotný stueň.

7 ,, T ko charakterizovať lyn z hľadiska veličín?, T,... stavové veličiny, lebo oisujú stav lynu res. n konšt T T. 8,34JK 834JK mol kmol n... látkové množstvo [mol] redstavuje množstvo látky s očtom molekúl určeným tzv. vogadrovým číslom (6, mol - ) stav,, T stav 2 2 2,, T 2

8 U E E k... Potenciálna energia vzájomného silového ôsobenia... Kinetická energia teelného ohybu častíc U E + E k U U U U U > U <... nútorná energia sústavy sa nemení... nútorná energia sústavy rastie... nútorná energia sústavy klesá U du du d dq... Dodaním formou mechanickej ráce... Dodaním formou tela

9 . Energia lynu dodaná formou ráce dl F ' Práca lynu: dfdl ' ' d 2. Energia lynu dodaná formou tela... k rácu koná vonkajšia sila... k rácu koná lyn Sdl d Q Q... Telo dodané sústave... Telo odovzdané sústavou U Q+ U Q'. v. termodynamická Prírastok vnútornej energie sa rovná súčtu sústave dodaného tela a dodanej ráce. (rí. odovzdanej ráce) du d+ dq Pre kruhový dej latí du

10 ... Teelná kaacita ri konštantnom objeme... Teelná kaacita ri konštantnom tlaku?ký je vzťah medzi a? dq dq dq du + d du,( d ) du dq du + d du + d + d Mayerov vzťah + d d

11 dej izotermický...tkonšt. konšt. Boylov-Mariottov zákon... ri stálej telote je súčin tlaku a objemu ideálneho lynu konštantný T izobarický...konšt. konšt. Gay-Lussacov zákon ()... ri stálom tlaku je odiel objemu a termodynamickej teloty ideálneho lynu konštantný T izochorický...konšt. konšt. Gay-Lussacov zákon (2)... ri stálom objeme je odiel tlaku a termodynamickej teloty ideálneho lynu konštantný Daltonov zákon... ýsledný tlak zmesi lynov sa rovná súčtu arciálnych tlakov zložiek zmesi i

12 izochora o všeobecnosti telo dodané sústave sôsobí zvýšenie vnútornej energie a vykonanie ráce: dq du + d' du d ' d dq + d Pri izochorickom deji dq dq mc d Telo dodané sústave ri izochorickom deji sôsobí len zmenu vnútornej energie.

13 izoterma d d d o všeobecnosti telo dodané sústave sôsobí zvýšenie vnútornej energie a vykonanie ráce: dq + Pri izotermickom deji dq d' Q ' d d d nt ' nt d ' ln nt

14 izobara o všeobecnosti telo dodané sústave sôsobí zvýšenie vnútornej energie a vykonanie ráce: dq du + d' ( U ) dq d + dq dh H H U + entalia Telo rijaté sústavou ri izobarickom deji sa rovná rírastku entalie.

15 izoterma Dej bez výmeny tela sústavy s okolím, res. deje rebiehajúce veľmi rýchlo. dq adiabata d + d d + d d +d + d + d d + + d d / Poissonova konštanta Poissonova rovnica ln ln + ln konšt.

16 konšt. ' d ' d ( ) ' T T n + ( ) ' ( ) ' ( ) ' ( ) ' + + ( ) ' T T n + ( ) ' T T n

17 Kruhový dej, ri ktorom lyn koná rácu na úkor svojej vnútornej energie. izoterma Q B ' ' + ' + ' + ' ' B B ln nt B B D Q D D adiabata Q 2 ' Ohrievač dodáva telo Q a lyn koná rácu ri konštantnej telote T. ' B n ( T T) 2 ozínanie lynu okračuje ale keďže dodané telo je nulové telota klesne z T na T 2. Izotermická exanzia diabatická exanzia Izotermická komresia diabatická komresia D ' D nt2 ln Q2 ' Ohrievač odoberá telo Q 2, ričom dochádza ku komresii lynu ri konštantnej telote T 2. ' D n ( T T ) 2 Komresia lynu okračuje ale keďže odvádzané telo je nulové telota vzrastie z T 2 na T.

18 htt://galileoandeinstein.hysics.virginia.edu/more_stuff/flashlets/carnot.htm

19 η ' Q Q Q' Q 2 Teelný stroj... eriodicky sa oakujúci kruhový dej so systematickou remenou tela na rácu. η η n( T T2) ln 2 nt ln T T T 2 2 Účinnosť teelného stroja je daná len rozdielom teloty ohrievača a chladiča. Nar. re rozdiel telôt o a o je účinnosť η 26,8% Nie je teda možný teelný stroj remieňajúci všetko telo na rácu. Toto vyjadruje 2. veta termodynamická: Nie je možné zostrojiť eriodicky racujúci stroj, ktorý by len odoberal telo zo zásobníka a konal rovnocennú rácu.