Rovnovážná stav, vratný děj, tepelná rovnováha a teplota

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

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

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

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 – T_r = 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

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.

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

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

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

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.