Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Mechanika kvapalín a plynov- Izabela Gazdová - Coggle Diagram
Mechanika kvapalín a plynov- Izabela Gazdová
Základné vlastnosti kvapalín
Kvapaliny a plyny označujeme spoločným názvom : tekutiny
vlastnosti kvapalín: tekutosť (nemajú stály tvar, nadobúdajú tvar nádoby do ktorej boli naliate)
vlastnosti kvapalín: voľná hladina na voľnom povrchu (voľná hladina v pokoji je kolmá na tiažovú silu)
vlastnosti kvapalín: vnútorné trenie(je príčinou rozdielnej tekutosti kvapalín)
vlastnosti kvapalín: stlačiteľnosť (kvapaliny sú veľmi málo stlačiteľné)
vlastnosti kvapalín: tlakové sily v kvapalinách (pôsobia kolmo na ľubovoľnú plochu)
vlastnosti kvapalín: kapilárne javy (Kapilarita - môže byť prevýšenie/ zníženie hladiny kvapaliny v kapiláre)
Ideálna kvapalina: zanedbávame molekulovú štruktúru, považujeme ju za spojitú, je bez vnútorného trenia, preto je dokonale tekutá a považujeme ju za nestlačiteľnú
Povrchová vrstva
Sféra molekulového pôsobenia
rm - polomer sféry molekulového pôsobenia
je oblasť v okolí molekuly, v ktorej sa prejavuje medzimolekulové pôsobenie
Ak je molekula a jej sféra molekulového pôsobenia
v kvapaline...
je výslednica príťažlivých síl, ktoré na uvažovanú molekulu pôsobia nulovo
Na molekuly, ktorých vzdialenosť od voľného povr-
chu kvapaliny je menšia ako rm ...
Na každú molekulu, ktorá leží v povrchovej vrstve kvapaliny pôsobia susedné molekuly príťažlivou silou, ktorá má smer dovnútra kvapaliny
Povrchová energia
pri posunutí molekuly zvnútra kvapaliny do jej povrchovej vrstvy treba vykonať prácu, o ktorú sa zväčší jej energia. Molekula v povrchovej vrstve má väčšiu energiu
Po preliatí kvapaliny do inej nádoby sa zmení povrch
kvapaliny daného objemu o ΔS
ΔS= S2-S1
So zmenou obsahu povrchu kvapaliny sa zmení aj energia
povrchovej vrstvy o hodnotu ΔE
σ - povrchové napätie
Kvapalina daného objemu má snahu nadobúdať taký
tvar,aby jej povrch bol najmenší a tým bola minimálna povrchová energia
guľa má pri danom objeme najmenší obsah povrch
Energia okolo nás
Kinetická teória stavby látok
Látky aj pri svojom vonkajšom spojitom vzhľade ma-
jú istú vnútornú štruktúru
koncom 19. stor. vznikla kinetická teória stavby látok
Molekulová fyzika:
študuje vlastnosti látok s použitím kinetickej teórie stavby látok
vychádza z vnútornej štruktúry látok a ich vlastností vysvetľuje ako dôsledok pohybu a vzájomného pôsobenia častíc
3 poznatky kinetickej teórie stavby látok:
Látka akéhokoľvek skupenstva sa skladá z častíc -molekúl, atómov alebo iónov
Častice v látke sa pohybujú, ich pohyb je ustavičný a neusporiadaný
Častice na seba navzájom pôsobia príťažlivými a súčasne odpudivými silami
Model plynnej látky:
molekuly plynu sa skladajú z atómov
stredné vzdialenosti molekúl za normálnych podmienok v porovnaní s rozmermi molekúl sú veľké
molekuly sa ustavične chaoticky pohybujú
zmena rýchlosti nastáva zrážkami molekúl s inými molekami
medzi zrážkami sa molekuly pohybujú približne rovnomerne priamočiaro
Model pevnej látky:
väčšina má častice pravidelne usporiadané
príťažlivé sily medzi časticami spôsobujú stály tvar a objem telies z pevnej látky
častice kmitajú okolo rovnovážnych polôh
potenciálna energia sústavy molekúl je väčšia ako celková kinetická energia častíc
Model kvapalnej látky:
kvapaliny sa vyznačujú istou usporiadanosťou, ale iba na krátku vzdialenosť
poloha molekuly kvapaliny sa s časom mení, čím je
teplota kvapaliny vyššia, tým častejšie
preskoky molekúl pri pôsobení vonkajšej sily kvapaliny sú prevažne v smere pôsobiacej sily
preto je kvapalina tekutá a nezachováva si svoj tvar
potenciálna energia sústavy molekúl je porovnateľná s ich celkovo kinetickou energiou
Termodynamická teplota
telesá sa nachádzajú v rozličných stavoch
Stav skúmaného telesa opisujeme stavovými veličinami- tlak, objem
Ak sa časovo nemenia vonkajšie podmienky, v ktorýcj je sústava, ptotom po istom čase prejde sústava do rovnovážneho stavu
Telesám, ktoré sú pri vzájomnom styku v rovnováž-
nom stave priraďujeme rovnakú teplotu
Ak telesá po uvedení do vzájomného styku menia svoje pôvodné rovnovážne stavy( na začiatku deja mali rozličné teploty)
Teplomer je porovnávacie teleso, slúžiace na určenie teploty
Využíva poznatok, že so zmenou rovnovážneho stavu
sa menia stavové veličiny telesa(objem)
Anders Celsius (1788 - 1827), švédsky fyzik
značka veličiny: T
jednotka: 1K(kelvin)
Wiliam Thomson,(1824 -1907),anglický fyzik
Teplotný rozdiel Δt=t2-t1 je rovnaký ako ΔT=T2-T1
Ideálny plyn
Pri odvodzovaní zákonov platných pre plyn je často
vhodné nahradiť plyn (napr. kyslík, dusík) zjednošeným modelom, ktorý nazývame ideálny plyn
1.Rozmery molekúl ideálneho plynu sú zanedbateľne malé v porovnaní so strednou vzdialenosťou molekúl
Kyslík O2 pri teplote t=0oC a tlaku p=101325 Pa: d = 0,364 nm,
h = 6,3 nm
2.Molekuly ideálneho plynu nepôsobia na seba navzájom príťažlivými silami
3.Vzájomné zrážky molekúl ideálneho plynu a zrážky molekúl so stenou nádoby sú dokonale pružné
Rýchlosť molekuly pre nárazom a po náraze sú rovnaké
Vnútorná energia ideálneho plynu s dvojatómovými
molekulami: posuvný+ rotačný+kmitavý
Energia sústavy molekúl sa rovná súčtu kinetických energií posuvného pohybu molekúl a energie ich rotačného a kmitavého pohybu
Potenciálna energia sústavy molekúl je nulová
plyn v nádobe obsahuje N molekúl hmotnosti mo: N1= v1, N2=v2, Ni=vi Ni- počet molekúl s rýchlosťou vi
teoreticky dokázal vzťah: James Clark Maxwell (1831 - 1879) škótsky fyzik
Tlak plynu z hľadiska molekulovej fyziky
Tlak plynu: Nárazy molekúl plynu na stenu s obsahom S sa prejavuje ako tlaková sila F
Tlak plynu v danom okamihu je vyjadrený podielom veľkosti tlakovej sily F a obsahuS
Fluktuácia tlaku: Počet dopadajúcich molekúl a ich rýchlosti sa menia , tlak plynu nie je konštantný, ale kolíše sa okolo strednej hodnoty ps
Hustota molekúl:číselne udáva počet molekúl v jednotkovom objeme , Nádoba s objemom V obsahuje N rovnakých molekúl
s hmotnosťou mo
tlak plynu:zmena hybnosti molekuly pri kolmom dopade,Zrážky molekúl so stenami nádoby sú dokonale pružné, rýchlosť pohybu molekuly pred a po náraze je rovnaká
Tepelné deje s ideálnym plynom
Tepelné deje s ideálnym plynom môžu prebiehať
tak, aby niektorá stavová veličina bola stála
Izotermický dej - je dej, pri ktorom je teplota plynu stála
T = konšt
stláčanie (kompresia)
rozpínanie (expanzia)
ak sa nemá zmeniť teplota plynu, potom:
pri izotermickom stláčaní musí plyn odovzdávať teplo
pri izotermickom rozpínaní musí plyn prijímať teplo
Robert Boyle: anglický fyzik
Pri izotermickom deji s ideálnym plynom so stálou
hmotnosťou je súčin tlaku a objemu plynu stály
Graf sa volá izoterma, je to vetva hyperboly
Izochorický dej - je dej, pri ktorom je objem plynu stály
V = konšt
zohrievanie
ochladzovanie
ak sa nemení objem plynu, potom:
pri zohrievaní sa zväčšuje teplota a tlak plynu
pri ochladzovaní sa zmenšuje teplota a tlak plynu
Alexander Cézar Charles, francúzsky fyzik
Pri izochorickom deji s ideálnym plynom stálej hmotnosti je tlak plynu priamo úmerný jeho termodynamickej teplote
Graf sa volá izochora
Izochora je úsečka rovnobežná s tlakovou osou
Izobarický dej - je dej, pri ktorom je tlak plynu stály
p = konšt.
rozpínanie( expanzia)
stláčanie(kompresia)
ak sa nemá meniť tlak plynu, potom:
pri zohrievaní sa zväčšuje teplota a objem plynu
pri ochladzovaní sa zmenšuje teplota a objem plynu
Joseph Louis Gay-Lussac, francúzsky fyzik
Pri izobarickom deji s ideálnym plynom stálej hmotnosti je
objem plynu priamo úmerný jeho termodynamickej teplote
graf sa volá izobara
Izobara je úsečka rovnobežná s osou objemu
Stavová rovnica ideálneho plynu
Stavové veličiny: charakterizujú plyn v rovnovážnom stave
Stavová rovnica ideálneho plynu: vyjadruje vzťah medzi stavovými veličinami
Úprava základnej rovnice pre tlak ideálneho plynu
p - tlak plynu
V - objem plynu
N - počet častíc
T - termodynamická teplota
Vyjadrenie pomocou iných veličín:
p - tlak plynu
V - objem plynu
m - hmotnosť plynu
T - termodynamická teplota
p - tlak plynu
V - objem plynu
m - hmotnosť plynu
T - termodynamická teplota
Rm - mólová plynová konštanta
p - tlak plynu
V - objem plynu
n - látkové množstvo
T - termodynamická teplot
T - termodynamická teplota
p - tlak
V - objem
N - počet molekúl
m - hmotnosť plynu
n - látkové množstvo
Adiabatický dej s ideálnym plynom
je dej, pri ktorom je plyn tepelne izolovaný
Pri adiabatickom deji neprebieha tepelná výmena medzi plynom a okolím
stláčanie(kompresia)
Pri adiabatickej kompresii vonkajšia sila koná prácu, teplota plynu a jeho vnútorná energia sa zväčšujú
rozpínanie(expanzia)
Pri adiabatickej expanzii prácu koná plyn, teplota plynu a jeho vnútorná energia sa zmenšujú
Poissonov zákon
S. D. Poisson (1781 - 1840), francúzsky matematik a fyzik
Graf vyjadrujúci tlak plynu ako funkciu jeho objemu
graf sa volá adiabata
Adiabatické deje v technickej praxi:
vo vznetových motoroch sa adiabatickou kompresiou zvýši teplota vzduchu na zápalnú teplotu nafty, ktorá sa po vstreknutí do horúceho vzduchu vznieti
Práca vykonaná plynom pri stálom a premennom tlaku
práca vykonaná plynom
Plyn uzavretý v nádobe s pohyblivým piestom pôsobí na piest tlakovou silou F
plyn pri zväčšovaní objemu koná prácu
Práca vykonaná plynom pri izobarickom deji
tlak plynu ostáva konštantný
S - plošný obsah piestu
ΔV - prírastok objemu plynu
Práca vykonaná plynom pri izobarickom deji sa rovná súčinu tlaku plynu a prírastku jeho objemu
