Rovnovážná stav, vratný děj, tepelná rovnováha a teplota

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

fyzika

 

Otázka: Rovnovážná stav, vratný děj, tepelná rovnováha, teplota

Předmět: Fyzika

Přidal(a): Michaela H

 

 

Termodynamické soustavy

  • izolovaná – nedochází k výměně energie ani částic s okolím konáním práce nebo tepelnou výměnou
  • neizolovaná – dochází…
  • uzavřená – nedochází k výměně částic mezi soustavou a okolím
  • otevřená – dochází zde k výměně částic s okolím
  • adiabaticky izolovaná – nedochází v ní k tepelné výměně s okolím

 

Stavové veličiny

  • veličiny, charakterizují stav
  • např. teplota, tlak, objem
  • při interakci s prostředím dochází ke stavové změně soustavy
  • soustava přechází z počátečního stavu do výsledného stavu (konečného)

 

Rovnovážný stav

  • Každá soustava, která je od určitého okamžiku v neměnných vnějších podmínkách, přejde samovolně po určité době do rovnovážného stavu. V tomto stavu setrvá, pokud zůstanou tyto podmínky zachovány
  • nemění se objem, tlak ani teplota, neprobíhají žádné změny skupenství, chemické reakce ani jaderné přeměny
  • Pokus: Do termosky s vlažnou vodou nasypeme led. Teplota obou složek se změní a ustálí při neměnných vnějších podmínkách na konstantní teplotě.
  • Je stavem s největší pravděpodobností výskytu
    • p = m/n
    • p – pravděpodobnost výskytu
    • m – počet příznivých výsledků
    • n – počet všech případů

 

Relaxační doba

  • Charakterizuje, za jak dlouho se termodynamická soustava vrátí do rovnovážného stavu, jestliže byla z něho vyvedena

 

Rovnovážný děj

  • soustava prochází řadou na sebe navazujících rovnovážných stavů
  • reálně děj lze považovat za rovnovážný probíhá-li dostatečně pomalu
  • pomalé stlačování plynu ve válci pomocí pístu, pomalé ohřívání nebo ochlazování kapaliny

 

Nerovnovážný děj

  • většina reálných dějů
  • rychlé stlačení nebo rozpínání plynu, rychlé ochlazení kapaliny

 

Termodynamické děje

  • Termodynamický děj (též tepelný děj) je děj, při kterém se mění stav tělesa (mění se některé ze stavových veličin).
  • Dělíme na:
    • Vratné (reverzibilní) děje – vratné děje jsou takové, u nichž lze původního stavu dosáhnout obrácením pořadí jednotlivých úkonů.
      • jsou pouze ideální, lze se jim ale přiblížit
    • Nevratné (ireverzibilní) děje – Nevratné děje jsou takové děje, které probíhají bez vnějšího působení pouze v jednom směru, tzn. původního stavu nelze dosáhnout přesně stejným postupem v obráceném pořadí.
      • hoření dřeva, rozpouštění cukru v čaji

 

Termodynamická teplota

  • Teplotní stupnice u kapalinových teploměrů jsou závislé na použité teploměrné látce, proto se vědci snažili najít stupnici nezávislou.
  • Termodynamická teplotní stupnice zavedena skotským fyzikem W. Thomsonem (lord Kelvin)
  • T [K] … kelvin    základní jednotka SI soustavy
  • Trojný bod vody – rovnovážný stav soustavy vody + led + pára – Tr = 273,16 K
  • Kelvin je 1/273,16 díl termodynamické teploty trojného bodu vody
  • Počátkem stupnice je termodynamická teplota 0 K (teplota absolutní nuly). Libovolná soustava se k ní může přiblížit, ale nemůže jí dosáhnout, protože při těchto velmi nízkých teplotách ustává tepelný pohyb atomů.
  • na měření se využívá teploměr s termodynamickou teplotní stupnicí
    • t = (T – 273,16) °C    – Celsiova teplota
    • T = (t + 273,16) K

 

Teplota plynu z hlediska molekulové (statistické) fyziky

  • Molekuly plynu vykonávají tepelný pohyb.
  • Teplota v plynu je přímo úměrná střední kinetické energii molekul a frekvenci jejich srážek.
  • Z toho plyne, že čím vyšší je teplota plynu, tím větší je střední rychlost
  • Při velmi malých teplotách (blízko absolutní nuly) tepelný pohyb téměř ustává.

 

Celsiova teplotní stupnice

  • Jednotkou stupeň Celsia [°C]
  • Vytvořena v roce 1792 švédským astronomem Andersem Celsiem
  • Dva pevné body:
    • 0 °C – teplota tání
    • 100 °C – teplota varu vody
  • Původně byly pevné body obráceně
  • Dnes je jako vedlejší jednotka SI soustavy definována pomocí trojného bodu vody, kterému je přiřazena teplota 0,01 °C a tím, že absolutní velikost jednoho dílku teplotní stupnice (1 °C) je rovna 1 K.
  • Teplotní rozdíl ve °C se rovná teplotnímu rozdílu v K

 

Fahrenheitova teplotní stupnice

  • Jednotkou stupeň Fahrenheita [°F]
  • Pojmenována po německém skláři Gabrielu Fahrenheitovi
  • Dva referenční body:
    • 0 °Fnejnižší teplota, jaké byl schopen dosáhnout (smícháním soli a ledu)
    • 96 °F teplota lidského těla
  • Později upraveno na
    • 32 °F – bod mrazu
    • 212 °F – bod varu vody
  • Dnes se používá především v Americe

 

Réaumurova stupnice

  • Jednotkou stupeň Réaumura [°R]
  • Zavedena v roce 1730 francouzským přírodovědcem René Réaumurem
  • Dva referenční body
    • 0° R – bod mrazu
    • 80° R – bod varu vody
  • Dříve byla velmi rozšířena, ale přestala se používat.
  • K = 5(F + 459,67)/9
  • F = (9K/5) – 459,67
  • C = (5(F-32))/9
  • C = 5/4 R
    • C je teplota ve stupních Celsia
    • F je teplota ve stupních Fahrenheita
    • R je teplota ve stupních Réaumura

 

Druhy teploměrů

  • Kapalinový – teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá teplotní roztažnosti teploměrné kapaliny (rtuť, líh)
  • Bimetalový – teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá bimetalový (dvojkový) pásek složený ze dvou kovů s různými teplotními součiniteli délkové roztažnosti. Při změně teploty se pásek ohýbá a tento pohyb se přenáší na ručku přístroje.
  • Plynový – teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost tlaku plynu na teplotě při stálém objemu plynu, popř. závislost objemu plynu na teplotě při stálém tlaku
  • Odporový – teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost elektrického odporu vodiče nebo polovodiče na teplotě
  • Termoelektrický – Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá termoelektrický jev, změnou teploty spoje dvou různých kovů se mění vzniklé termoelektrické napětí.