Základné poznatky molekulovej fyziky a termodynamiky Opakovanie učiva II. ročníka, Téma 1. A. Príprava na maturity z fyziky, 2008
Outline Molekulová fyzika 1 Molekulová fyzika Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby 2 Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon 3
Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Metódy skúmania vlastností látok. Termodynamická metóda vychádza z opisu javov, meraní veličín a neopiera sa o nijaký model časticového zloženia látok Štatistická metóda: vychádza z vnútornej štruktúry látok a ich vlastnosti vysvetl uje ako dôsledok pohybu a vzájomného pôsobenia častíc (využíva poznatky z teórie pravdepodobnosti a matematickej štatistiky)
Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Metódy skúmania vlastností látok. Termodynamická metóda vychádza z opisu javov, meraní veličín a neopiera sa o nijaký model časticového zloženia látok Štatistická metóda: vychádza z vnútornej štruktúry látok a ich vlastnosti vysvetl uje ako dôsledok pohybu a vzájomného pôsobenia častíc (využíva poznatky z teórie pravdepodobnosti a matematickej štatistiky)
Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Metódy skúmania vlastností látok. Termodynamická metóda vychádza z opisu javov, meraní veličín a neopiera sa o nijaký model časticového zloženia látok Štatistická metóda: vychádza z vnútornej štruktúry látok a ich vlastnosti vysvetl uje ako dôsledok pohybu a vzájomného pôsobenia častíc (využíva poznatky z teórie pravdepodobnosti a matematickej štatistiky)
Kinetická teória stavby látok. Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Kinetická teória sa zakladá na troch experimentálne overených poznatkoch: 1 Látka má diskrétnu štrukúru.skladá sa z častíc - molekúl, atómov, alebo iónov. 2 Častice vykonávajú ustavičný neusporiadany pohyb, táto forma pohybu sa nazýva tepelný pohyb. 3 Častice na seba navzájom pôsobia prít ažlivými a súčasne odpudivými silami; vel kost týchto síl závisí od vzdialenosti medzi časticami
Kinetická teória stavby látok. Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Kinetická teória sa zakladá na troch experimentálne overených poznatkoch: 1 Látka má diskrétnu štrukúru.skladá sa z častíc - molekúl, atómov, alebo iónov. 2 Častice vykonávajú ustavičný neusporiadany pohyb, táto forma pohybu sa nazýva tepelný pohyb. 3 Častice na seba navzájom pôsobia prít ažlivými a súčasne odpudivými silami; vel kost týchto síl závisí od vzdialenosti medzi časticami
Kinetická teória stavby látok. Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Kinetická teória sa zakladá na troch experimentálne overených poznatkoch: 1 Látka má diskrétnu štrukúru.skladá sa z častíc - molekúl, atómov, alebo iónov. 2 Častice vykonávajú ustavičný neusporiadany pohyb, táto forma pohybu sa nazýva tepelný pohyb. 3 Častice na seba navzájom pôsobia prít ažlivými a súčasne odpudivými silami; vel kost týchto síl závisí od vzdialenosti medzi časticami
Kinetická teória stavby látok. Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Kinetická teória sa zakladá na troch experimentálne overených poznatkoch: 1 Látka má diskrétnu štrukúru.skladá sa z častíc - molekúl, atómov, alebo iónov. 2 Častice vykonávajú ustavičný neusporiadany pohyb, táto forma pohybu sa nazýva tepelný pohyb. 3 Častice na seba navzájom pôsobia prít ažlivými a súčasne odpudivými silami; vel kost týchto síl závisí od vzdialenosti medzi časticami
Kinetická teória stavby látok. Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Kinetická teória sa zakladá na troch experimentálne overených poznatkoch: 1 Látka má diskrétnu štrukúru.skladá sa z častíc - molekúl, atómov, alebo iónov. 2 Častice vykonávajú ustavičný neusporiadany pohyb, táto forma pohybu sa nazýva tepelný pohyb. 3 Častice na seba navzájom pôsobia prít ažlivými a súčasne odpudivými silami; vel kost týchto síl závisí od vzdialenosti medzi časticami
Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Dôkazy neusporiadaného pohybu častíc v látkach. Difúzia: Difúzia: Tlak plynu: Brownow pohyb samovol né prenikanie častíc jednej tekutiny medzi častice druhej tekutiny, zapríčinené neusporiadaným pohybom častíc.
Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Dôkazy neusporiadaného pohybu častíc v látkach. Difúzia: Tlak plynu: Brownow pohyb Tlak plynu: neustály pohyb molekúl plynu uzavretého v nádobe spôsobuje ustavičné zrážky týchto molekúl s molekulami vnútorných stien nádoby (príp. molekulami povrchu telesa, ktoré sú vnútri plynu)
Predmet Molekulovej fyziky Kinetická teória stavby Dôkazy neusporiadaného pohybu častíc v látkach. Difúzia: Tlak plynu: Brownow pohyb Brownow pohyb Neusporiadaný pohyb častíc danej látky,pričom každý z možných smerov pohybu je rovnako pravdepodobný
Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Častice v silovom poli susedných častíc. F k 2 k 0 r 0 r k 1 F - sila medzi časticami r - vzdialenost medzi časticami k 1 - graf prít ažlivej sily k 2 - graf odpudivej sily k - graf výslednej sily r 0 - rovnovážna poloha častíc
Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Rovnovážny stav termodynamickej sústavy Termodynamická sústava: skupina telies ktorých stav skúmame. Stavové veličiny: ako sú tlak, teplota, objem, energia. Izolovaná sústava speje do rovnovážneho stavu.
Vnútorná energia telesa Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon U = E k + E p Potenciálna e. častíc E p je mierou prít ažlivých síl medzi časticami Kinetická e. častíc E k je mierou pohybu častíc Deje pri korých sa mení vnútorná energia telies môžeme rozdelit na konaním práce tepelnou výmenou. Energiu ktorú odovzdá teplejšie teleso chladnejšiemu nazývame teplo. Jednotkou je joule.
Vnútorná energia telesa Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon U = E k + E p Potenciálna e. častíc E p je mierou prít ažlivých síl medzi časticami Kinetická e. častíc E k je mierou pohybu častíc Deje pri korých sa mení vnútorná energia telies môžeme rozdelit na konaním práce tepelnou výmenou. Energiu ktorú odovzdá teplejšie teleso chladnejšiemu nazývame teplo. Jednotkou je joule.
Vnútorná energia telesa Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon U = E k + E p Potenciálna e. častíc E p je mierou prít ažlivých síl medzi časticami Kinetická e. častíc E k je mierou pohybu častíc Deje pri korých sa mení vnútorná energia telies môžeme rozdelit na konaním práce tepelnou výmenou. Energiu ktorú odovzdá teplejšie teleso chladnejšiemu nazývame teplo. Jednotkou je joule.
Vnútorná energia telesa Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon U = E k + E p Potenciálna e. častíc E p je mierou prít ažlivých síl medzi časticami Kinetická e. častíc E k je mierou pohybu častíc Deje pri korých sa mení vnútorná energia telies môžeme rozdelit na konaním práce tepelnou výmenou. Energiu ktorú odovzdá teplejšie teleso chladnejšiemu nazývame teplo. Jednotkou je joule.
Vnútorná energia telesa Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon U = E k + E p Potenciálna e. častíc E p je mierou prít ažlivých síl medzi časticami Kinetická e. častíc E k je mierou pohybu častíc Deje pri korých sa mení vnútorná energia telies môžeme rozdelit na konaním práce tepelnou výmenou. Energiu ktorú odovzdá teplejšie teleso chladnejšiemu nazývame teplo. Jednotkou je joule.
Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Modely štruktúr látok rozličných skupenstiev Pevná látka U =. E. p E k = 0 Kvapalná látka U = E p + E. k E k = Ep Plynná látka U =. E. k E p = 0 Plazma
Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Modely štruktúr látok rozličných skupenstiev Pevná látka U =. E. p E k = 0 Kvapalná látka U = E p + E. k E k = Ep Plynná látka U =. E. k E p = 0 Plazma
Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Modely štruktúr látok rozličných skupenstiev Pevná látka U =. E. p E k = 0 Kvapalná látka U = E p + E. k E k = Ep Plynná látka U =. E. k E p = 0 Plazma
Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Modely štruktúr látok rozličných skupenstiev Pevná látka U =. E. p E k = 0 Kvapalná látka U = E p + E. k E k = Ep Plynná látka U =. E. k E p = 0 Plazma
Termodynamická teplota Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Teplota: je funkcia stavu látky Celziova teplotná stupnica: Termodynamická teplotná stupnica: odvodená od trojného bodu vody. T r = 237, 16K t = T 273.15
Termodynamická teplota Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Teplota: je funkcia stavu látky Celziova teplotná stupnica: Termodynamická teplotná stupnica: odvodená od trojného bodu vody. T r = 237, 16K t = T 273.15
Termodynamická teplota Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Teplota: je funkcia stavu látky Celziova teplotná stupnica: Termodynamická teplotná stupnica: odvodená od trojného bodu vody. T r = 237, 16K t = T 273.15
Termodynamická teplota Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Teplota: je funkcia stavu látky Celziova teplotná stupnica: Termodynamická teplotná stupnica: odvodená od trojného bodu vody. T r = 237, 16K t = T 273.15
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Látkové množstvo Molekulová fyzika Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Relatívna atómová hmotnost A r : A r = ma m u m u je atómová hmotnostná konštanta,m u = 16605 10 27 kg Relatívna molekulová hmotnost M r : A r = ma m u rovná sa súčtu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu Látkové množstvo n n = N N A = m M m N A je Avogadrova koštanta, N A = 6, 0210 2 3mol 1 pre molovú hmotnost platí: M m = M r 10 3 kg.mol 1
Prvý termodynamický zákon Vnútorná energia a jej formy Ostatné veliciny Prvý termodynamický zákon Prvý termodynamický zákon zmena vnútornej energie sústavy U sa rovná súčtu práce W vykonanej okolitými telesami, ktoré pôsobia na sústavu silami a tepla Q odovzdaného okolitými telesami sústave. U = W + Q
Zákon rozdelenia molekúl podl a rýchlostí Zákon rozdelenia molekúl podl a rýchlostí Čím je väščí rozdiel medzi danou rýchlost ou od najpravdepodobnejšej, tým menší je počet molekúl pohybujúcich sa touto rýchlost ou.
Stredná kvadraticka rýchlost Rovnica v k = 3kT m 0 v k je rýchlost ou ktorou ak by sa pohybovali všetky častice, nezmenila by sa ich kinetická energia.
Stredná kvadraticka rýchlost Rovnica v k = 3kT m 0 Odvodenie E k = N 1 2 m 0v 2 k E k = 1 2 m 0(N 1 v 2 1 + N 2v 2 2 + N 3v 2 3 +... + N iv 2 i ) v 2 k = fracn 1v 2 1 + N 2v 2 2 + N 3v 2 3 +... + N iv 2 i N
Stredná kvadraticka rýchlost Rovnica v k = 3kT m 0 E k E k = 1 2 m 0v 2 k E k = 3 2 kt
Základná rovnica M.K.T. S.L. Stavová rovnica ideálneho plynu pv = NkT Princíp Určenie t ažkomeratel ných mikroskopických veličín, ako je E a v z l ahkomeratel ných makroskopických ako je T a p
Základná rovnica M.K.T. S.L. Stavová rovnica ideálneho plynu pv = NkT Odvodenie???
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie Makroskopické veličiny: Objem V Teplota T Tlak p
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie Makroskopické veličiny: Objem V Teplota T Tlak p
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie Mikroskopické veličiny: Počet častíc N Hustota častíc N V = N V Rýchlost častice v v x = v y = v z N 3 = N 3 = N 3
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie Mikroskopické veličiny: Počet častíc N Hustota častíc N V = N V Rýchlost častice v v x = v y = v z N 3 = N 3 = N 3
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie Mikroskopické veličiny: Počet častíc N Hustota častíc N V = N V Rýchlost častice v v x = v y = v z N 3 = N 3 = N 3
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = F S o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = F S p x = Fx S x o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = Fx S x Pomocné Odvodenie F x F = am = dp dt o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = Fx S x Pomocné Odvodenie F x F = am = dp dt Fx = δpx dt o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = Fx S x Pomocné Odvodenie F x Fx = δpx dt Fx = δp x N dt o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = Fx S x Pomocné Odvodenie F x Fx = δp x N dt Fx = 2m 0v x N dt o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = Fx S x Pomocné Odvodenie F x Fx = 2m 0v x N dt Fx = 2m 0v x S x v x dtn V dt6
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = Fx S x Pomocné Odvodenie F x Fx = 2m 0v x S x v x dtn V dt6 Fx = m 0v x S x v x N V 3 o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = m 0v 2 x S x N V 3S x Pomocné Odvodenie F x Fx = m 0v x S x v x N V 3 Fx = m 0v 2 x S x N V 3 o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = m 0v 2 x S x N V 3S x p x = m 0v 2 x N V 3 o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = m 0v 2 x N V 3 p = m 0v 2 k N V 3 o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p x = m 0v 2 x N V 3 p = 1 3 m N 0 V v k 2 o
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = 1 3 m N 0 V v k 2
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = 1 3 m N 0 V v k 2 p = 1 2 2 3 m N 0 V v k 2
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = 1 2 2 3 m N 0 V v k 2 p = 2 N 1 3 V 2 m 0vk 2
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = 2 N 1 3 V 2 m 0vk 2 p = 2 N 3 V E k
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = 2 N 3 V E k p = 2 N 3 3 V 2 kt
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = 2 N 3 3 V 2 kt p = N V kt
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT p = N V kt pv = NkT
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT pv = NkT Variant B pv = NkT pv = nr m T
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT pv = NkT Variant B pv = nn A kt pv = nr m T
Základná rovnica M.K.T. S.L. Odvodenie pv = NkT pv = NkT Variant B pv = nr m T
Základná rovnica M.K.T. S.L. pv = NkT pv = nr m T Stavova rovnica 1 p 1 V 1 = N 1 kt 1 2 p 2 V 2 = N 2 kt 2
Základná rovnica M.K.T. S.L. pv = NkT pv = nr m T Stavova rovnica p 1 V 1 p 2 V 2 = N 1T 1 N 2 T 2
Doporučená literatúra I Kolektiv Autorov. Fyzika pre 2.ročník gymnázia. Bratislava, 1985.