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
- Vratné (reverzibilní) děje – vratné děje jsou takové, u nichž lze původního stavu dosáhnout obrácením pořadí jednotlivých úkonů.
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 °F – nejnižší 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.