Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Energia okolo nás - molekulová fyzika a termodynamika Tomáš Poruban -…
Energia okolo nás - molekulová fyzika a termodynamika
Tomáš Poruban
Kineticka teória stavby látok
Látka akéhokoľvek skupenstva sa skladá z častíc - molekúl, atómov alebo iónov
Brownov pohyb
je to neustály neusporiadaný chaotický pohyb častíc.
Difúzia
je samovoľné prenikanie častíc jednej tekutiny medzi častice druhej tekutiny
Izolovaná sústava
je opak otvorenej sústavy, teda fyzikálna sústava, ktorá nie je v interakcii so svojím okolím - nevymieňa si s ním ani energiu, ani hmotu (napr. častice).
Rovnovážny dej
prebieha tak, že sústava pri tomto deji prechádza niekoľkými na
seba nadväzujúcimi rovnovážnymi stavmi. (prebiehajú veľmi pomaly).
Celziová teplotná stupnica
má dve základné teploty: 0 °C a 100 °C.
Medzi týmito teplotami je stupnica rozdelená na rovnakých dielikov. Jeden dielik na stupnici zodpovedá jednému Celziovmu stupňu – °C. Voľba teplotnej stupnice závisí od voľby teplomernej látky.
Termodynamická teplotná stupnica
má jednu základnú teplotu
Teplotu rovnovážneho stavu sústavy ľad + voda + nasýtená para; tento rovnovážny stav sa volá trojný bod vody a dohodou sa mu priradila termodynamická teplota Tr=273,16 K.
Jednotkou termodynamickej teploty je Kelvin.
Kelvin je definovaný ako 1/273,16 termodynamickej teploty trojného bodu vody
Termodynamickú teplotu môžeme merať pomocou plynového teplomera.
Skladá sa z nádoby naplnenej plynom, ktorá je spojená úzkou rúrkou s otvoreným kvapalinovým manometrom. Manometer má jedno rameno pohyblivé v zvislom smere, aby sa udržiaval stály objem plynu.
Vnútorná energia a jej zmeny.
Je celková pohybová a polohová energia všetkých častíc v telese.
Pri zvýšení teploty telesa sa zväčšuje aj jeho vnútorná energia.
Častice telesa sa ustavične pohybujú, a preto nemôže byť vnútorná energia telesa nulová.
Zmena vnútornej energie telesa pri vykonaní práce
Vykonaním práce môžeme zväčšiť vnútornú energiu telesa.
Zväčšenie vnútornej energie sa navonok prejaví zvýšením teploty telesa.
Zmena vnútornej energie telesa pri tepelnej výmene
Pri styku dvoch telies s rôznymi teplotami teleso s vyššou teplotou odovzdáva teplo druhému telesu kým sa ich teploty nevyrovnajú. (Napr. horúca voda v šálke)
v tepelných vodičoch prebieha tepelná výmena rýchlo, v izolantoch za tých istých podmienok pomalšie.
Tepelná kapacita telesa
je miera tepla ktoré musí teleso prijať aby došlo k zmene jeho teploty.
značka C
Je definovaná ako množstvo tepla v jouloch, ktoré treba telesu dodať, aby sa jeho teplota zvýšila o 1 K, prípadne o 1 °C.
Kalorimetrická rovnica
Q = m . c . (t2 - t1)
je rovnica popisujúca tepelné výmeny pomocou zákonu zachovanie energie.
Na jej základe je možné určiť mernú tepelnú kapacitu materiálov, zistiť množstvo tepla, ktoré treba dodať, alebo odobrať, alebo určiť výslednú teplotu pri tepelnej výmene.
Vedenie, Prúdenie a Sálanie tepla
Vedenie tepla
je jeden zo spôsobov šírenia tepla v telesách, pri ktorom si pri vzájomných zrážkach častice materiálu navzájom odovzdávajú časť svojej pohybovej energie.
Ustálené vedenie tepla
teplotný rozdiel medzi jednotlivými časťami telesa sa v čase nemení.
Neustálené vedenie tepla
teplotné rozdiely medzi jednotlivými časťami telesa, medzi ktorými sa teplo prenáša sa postupne vyrovnávajú.
Prúdenie tepla (konvekcia)
je jeden zo spôsobov šírenia tepla v kvapalinách a plynoch, pri ktorom sa premiestňujú priamo častice s väčšou energiou.
Voľná konvekcia
nastáva účinkom gravitácie a smer prenosu tepla má zvislý smer. Teplo stúpa nahor, pretože teplejšie časti kvapalín a plynov majú menšiu hustotu.
Nútená konvekcia
nastáva ak je prúdenie vnútené (napríklad ventilátorom v miestnosti), vtedy smer prenosu tepla závisí od smeru prúdenia tekutiny.
Sálanie (radiácia)
je mechanizmus prenosu tepla, ktorý spočíva v emisii a absorpcii tepelného žiarenia.
je jediný spôsob prenosu tepla, pri ktorom nie je potrebné sprostredkujúce látkové prostredie.
Prvý termodynamický zákon
formulácia 1
Každá fyzikálna sústava má stavovú veličinu nazývanú vnútorná energia (U), ktorá sa mení len prostredníctvom výmeny energie s okolím (objemová práca, tepelná výmena)
formulácia 2
ΔU = ΔQ + Δ(Wp + Wk), kde:
ΔU: zmena vnútornej energie sústavy
ΔQ: zmena tepla sústavy (+ znamená dodanie, - znamená odobratie)
Δ(Wp + Wk): vykonaná/spotrebovaná objemová práca (+ znamená, že ju sústava vykonala, - znamená, že ju sústava spotrebovala)
formulácia 3
Nie je možné skonštruovať perpetuum mobile prvého druhu (teda stroj, ktorý cyklicky opakuje dej len s počiatočnou energiou)
Druhý termodynamický zákon
formulácia 1
nie je možné, aby sa teplo samovoľne šírilo z chladnejšieho miesta na teplejšie.
formulácia 2
Planckova-Kelvinova formulácia: nedá sa zostrojiť perpetuum mobile druhého druhu (teda cyklicky pracujúci tepelný stroj, ktorý by len prijímal teplo z teplejšieho telesa a vykonával rovnako veľkú prácu, ako toto teplo)
formulácia 3
Clausiusova formulácia: nemožno zostrojiť cyklicky pracujúce zariadenie, ktoré nevytvára žiaden efekt okrem toho, že prenáša teplo z telesa s nižšou teplotou na teleso s vyššou teplotou
Stavová rovnica ideálneho plynu
je termická stavová rovnica pre ideálne plyny.
Vyjadrenie pomocou Boltzmannovej konštanty
pV=NkT
p – je tlak plynu
V – je jeho objem
N– je celkový počet jeho častíc
k – je Boltzmannova konštanta (má hodnotu 1,38 . 10^ 23 J*K)
T – je teplota plynu.
Vyjadrenie pomocou plynovej konštanty
Stavová rovnica ideálneho plynu sa niekedy zapisuje v trochu inom tvare, kedy je počet častíc N nahradený ich látkovým množstvom n. Rovnica má potom tvar pV=nRT.
Deje s ideálnym plynom
Izotermický dej
je dej, pri ktorom je teplota plynu stála.
Ak sa nemá zmeniť teplota plynu
pri izotermickom stláčaní musí plyn odovzdávať teplo
pri izotermickom rozpínaní musí plyn prijímať teplo.
Izochorický dej
je dej, pri ktorom je objem plynu stály.
Ak sa nemení objem plynu
pri zohrievaní sa zväčšuje teplota a tlak plynu.
pri ochladzovaní sa zmenšuje teplota a tlak plynu
Izobarický dej
je dej, pri ktorom je tlak plynu stály.
Ak sa nemá meniť tlak plynu
pri zohrievaní sa zväčšuje teplota a objem plynu
pri ochladzovaní sa zmenšuje teplota a objem plynu.
Trojný bod
je hodnota teploty a tlaku vo fázovom diagrame, pri ktorom súčasne existujú všetky tri skupenstvá tejto látky za termodynamickej rovnováhy.
používa sa na definíciu kelvina, jednotky SI termodynamickej teploty.
Voda tento stav dosiahne pri teplote 0,01 °C a tlaku 611.73 Pa.
Mechanika kvapalín a plynov
Vlastnosti kvapalín
tekutosť
voľná hladina na voľnom povrchu
vnútorné trenie
stlačiteľnosť
tlakové sily v kvapalinách
kapilárne javy
Hydrostatický paradox
je označenie skutočnosti, že sila pôsobiaca na dno nádoby od hydrostatického tlaku nie je závislá od tvaru nádoby a môže byť odlišná od tiaže objemu kvapaliny v tejto nádobe.
Archimedov zákon
je fyzikálny zákon z hydrostatiky, ktorý sformuloval grécky učenec
Archimedes
zo Syrakúz.
Teleso ponorené do kvapaliny je nadľahčované hydrostatickou vztlakovou silou, ktorej veľkosť sa rovná tiaži kvapaliny, s rovnakým objemom ako je objem ponorenej časti telesa.
Výpočet vztlakovej sily
Fvz = Vp . pk . g
Fvz - vztlaková sila
Vp - objem ponorenej časti
pk - hustota kvapaliny
g - gravitačné zrýchlenie
Bernoulliho rovnica
je dôležitý vzťah používaný v hydrodynamike, ktorý je matematickým vyjadrením zákona zachovania energie v ustálenom toku kvapaliny alebo plynu.
Tlak
je fyzikálna veličina, vyjadrujúca pomer sily F kolmo, rovnomerne a spojito pôsobiacej na plochu a obsahu tejto plochy S.
p = F/S
Tlak neúčinkuje iba v bode pôsobenia sily, ale prenáša sa objemom telesa. Patrí k základným termodynamickým veličinám.
Jednotkou tlaku je pascal (Pa), čiže newton na meter štvorcový -
N.m−2
Kinetická energia
Kinetická energia alebo pohybová energia (Wk alebo Ek) je jeden z druhov mechanickej energie. Kinetickú energiu majú telesá, ktoré sa pohybujú. Jednotka je rovnaká ako pri energii - Joule.
Ek = 1/2 mv2
Kinetická energia hmotného bodu je množstvo práce, ktoré bolo potrebné vynaložiť, aby hmotný bod s hmotnosťou m zrýchlil z pokoja na rýchlosť v.
Veľkosť kinetickej energie závisí na hmotnosti a rýchlosti telesa. Ak je teleso v pokoji (v=0), jeho kinetická energia je nulová. Kinetická energia podľa definície nikdy nemôže byť záporná.