Vnitřní energie, práce, teplo – maturitní otázka


Otázka: Vnitřní energie, práce, teplo

Předmět: Fyzika

Přidal(a): anonymus

 

 

Vnitřní energie

  • Vnitřní energie tělesa (soustavy) je součet celkové kinetické energie všech neuspořádaně se pohybujících částic tělesa a celkové potenciální energie vzájemné polohy těchto částic.
  • značka U
  • na počátku termodynamického děje má soustava vnitřní energii U1, při konečném stavu vnitřní energii U2;
  • děj charakterizuje změna vnitřní energie soustavy DU = U2 – U1.

 

Vnitřní energii tělesa můžeme změnit:

  • a) konáním práce
  • b) tepelnou výměnou

 

a) změna vnitřní energie konáním práce (příklady sami)

  • Při dějích probíhajících v izolované soustavě těles zůstává součet kinetické, potenciální a vnitřní energie konstantní.

b) změna vnitřní energie tepelnou výměnou

  • Tepelná výměna – předávání vnitřní energie, aniž by se konala práce; těleso s vyšší teplotou předává energii tělesu s nižší teplotou(neuspořádaně se pohybující částice teplejšího tělesa narážejí na částice studenějšího tělesa a předávají jim část své energie)

 

K tepelné výměně může dojít:

a) Vedením – dvě dotýkající se tělesa nebo v jednom tělese; různé látky vedou teplo různě

  • tepelné vodiče-dobře vedou teplo, např. kovy
  • tepelné izolanty – špatně vedou teplo, např. dřevo, papír
  • velmi špatnou tepelnou vodivost má voda a plyny,sypké a pórovité látky, které mají uvnitř vzduch – peří, tkaniny, suché dřevo, cihly, skelná vata

b)Prouděním – zahříváme-li kapalinu nebo plyn zdola; teplejší kapalina má menší hustotu, proto stoupá vzhůru a přenáší teplo do chladnějších míst, např. vaření,ohřev vzduchu v místnosti,tah komínu

c) Zářením – tepelná výměna pomocí tepelného elektromagnetického záření – infračervené záření-bez kontaktu

  • tepelné záření látkou tělesa (např. sklem) prochází, teplota tělesa se nezvýší.
  • tepelné záření se od povrchu tělesa převážně odráží a zvýšení teploty je malé – lesklé kovové plochy, světlé barvy
  • tepelné záření je povrchem tělesa pohlcováno a těleso se zahřívá-tmavé plochy

 

Teplo; Měrná tepelná kapacita

  • Velikost přijatého či odebraného tepla je přímo úměrná hmotnosti tělesa m a změně teploty tělesa Dt, pokud se nemění skupenství látky.
  • Q = m . c . Dt
  • m – hmotnost tělesa
  • c – měrná tepelná kapacita
  • Dt – změna teploty
  • Množství tepla, které se musí dodat tělesu o hmotnosti 1 kg, aby se jeho teplota zvětšila o 1 K, je jeho měrná tepelná kapacita c.
  • [c] = J × K–1×kg–1
  • Měrná tepelná kapacita závisí na látce.
  • Množství tepla, které se musí danému tělesu dodat, aby se jeho teplota zvětšila o 1K,je jeho tepelná kapacita C.
  • [C] = J × K–1
  • Měrná tepelná kapacita je veličina charakteristická pro danou látku, pro různé látky a různá skupenství má měrná tepelná kapacita různou hodnotu.

 

Kalorimetrická rovnice

  • Vložíme těleso o vyšší teplotě t1 do kapaliny o nižší teplotě  t2. Dojde k tepelné výměně. Tělesa na konci děje dosáhnou rovnovážného stavu, tzn. mají stejnou teplotu t.
  • těleso: hmotnost m1, teplota t1, měrná tepelná kapacita c1
  • kapalina: hmotnost m2, teplota t2, měrná tepelná kapacita c2
  • Při tepelné výměně odevzdá teplejší těleso kapalině teplo Q1 = c1 . m1 . Dt1
  • Kapalina přijme teplo Q2 = c2 . m2 . Dt2
  • Ze zákona zachování energie plyne pro izolovanou soustavu, že úbytek vnitřní energie tělesa se rovná přírůstku vnitřní energie kapaliny tedy
  • Q1 = Q2
  • m1 · c1 · ( t – t1) = m2 · c2 · ( t2 – t)
  • Dostali jsme tzv. kalorimetrickou rovnici. Kalorimetrická rovnice však předpokládá, že nádoba, ve které je kapalina i předmět, žádné teplo nepřijme. Jestliže budeme uvažovat tuto skutečnost, dostaneme rovnici ve tvaru:
  • m1 · c1 · ( t – t1) = m2 · c2 · ( t2 – t) + C · ( t2 – t)
  • Kalorimetrická rovnice vyjadřuje zákon zachování energie při tepelné výměně.

 

První termodynamický zákon

  • Celková změna vnitřní energie soustavy DU se rovná součtu práce W vykonané okolními tělesy nebo soustavou silovým působením a tepla Q přijatého z okolních těles nebo odevzdaného okolním tělesům.
  • DU = W + Q
  • a.pro  Q = 0  nastává   DU = W  ….  adiabatický děj
  • b.pro  W = 0 nastává   DU = Q  ….  změna vnitřní energie se rovná teplu, které soustava přijala nebo odevzdala.
  • c.je-li W práce vykonaná okolními tělesy, pak W´ je práce konaná soustavou, pak   DU = -W´ + Q
  • tedy: Q = DU + W ´
  • …teplo dodané soustavě se rovná přírůstku vnitřní energie a práce, kterou soustava vykonala.
💾 Stáhnout materiál   🎓 Online kurzy