- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiálFAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
Termodynamika
Garant předmětu:
Doc. RNDr. Milena Kheilová, CSc.
Autoři textu:
Doc. RNDr. Milena Kheilová, CSc.
Brno 13.11. 2003
2 FEKT Vysokého učení technického v Brně
Obsah
1 ÚVOD..................................................................................................................................5
2 ZAŘAZENÍ PŘEDMĚTU VE STUDIJNÍM PROGRAMU..........................................5
2.1 ÚVOD DO PŘEDMĚTU FYZIKA 2, A TO ČÁSTI TERMODYNAMIKA...................................... 5
2.2 VSTUPNÍ TESTY ............................................................................................................... 7
2.2.1 Teplo a teplota............................................................................................. 7
2.2.2 Kinetická teorie plynů ................................................................................. 8
2.2.3 Entropie....................................................................................................... 9
3 TEPLO A TEPLOTA........................................................................................................9
3.1 STAV SYSTÉMU ............................................................................................................. 10
3.1.1 Termodynamický systém............................................................................ 10
3.1.2 Stavové parametry..................................................................................... 10
3.1.3 Stav termodynamické rovnováhy............................................................... 10
3.2 TEPLOTA JAKO STAVOVÁ VELIČINA............................................................................... 11
3.3 MĚŘENÍ TEPLOTY .......................................................................................................... 11
3.3.1 Plynový teploměr s konstantním objemem. ............................................... 11
3.3.2 Celsiova teplotní stupnice ......................................................................... 12
3.3.3 Kelvinova stupnice .................................................................................... 12
3.4 TEPLOTNÍ ROZTAŽNOST................................................................................................. 13
3.4.1 Délková roztažnost .................................................................................... 13
3.4.2 Objemová roztažnost................................................................................. 13
3.5 TEPLOTA A TEPLO ......................................................................................................... 13
3.5.1 Tepelný pohyb ........................................................................................... 13
3.5.2 Vnitřní energie........................................................................................... 14
3.5.3 Teplo.......................................................................................................... 14
3.6 ZAHŘÍVÁNÍ PEVNÝCH LÁTEK A KAPALIN ....................................................................... 15
3.6.1 Tepelná kapacita ....................................................................................... 15
3.6.2 Měrná tepelná kapacita............................................................................. 15
3.6.3 Molární tepelná kapacita .......................................................................... 16
3.6.4 Kalorimetrická rovnice ............................................................................. 16
3.7 PRÁCE VYKONANÁ PLYNEM .......................................................................................... 17
3.8 PRVNÍ PRINCIP TERMODYNAMIKY ................................................................................. 19
3.9 ZVLÁŠTNÍ PŘÍPADY PRVNÍHO PRINCIPU TERMODYNAMIKY ............................................ 20
3.9.1 1PT pro izolovaný systém.......................................................................... 20
3.9.2 Adiabatický děj.......................................................................................... 20
3.9.3 Izochorický děj .......................................................................................... 21
3.9.4 Cyklický (kruhový) děj............................................................................... 21
3.9.5 Volná expanze (expanze do vakua) ........................................................... 22
3.10 MECHANIZMUS PŘENOSU TEPLA.................................................................................... 22
3.11 SHRNUTÍ-TEPLO A TEPLOTA .......................................................................................... 23
Stavové parametry, stav termodynamické rovnováhy ............................................. 23
Teplota,teploměry.................................................................................................... 23
Kelvinova a Celsiova stupnice................................................................................. 23
Teplotní roztažnost .................................................................................................. 23
Vnitřní energie a teplo............................................................................................. 24
Tepelná kapacita, měrná a molární tepelná kapacita............................................. 24
Práce spojená se změnou objemu............................................................................ 24
Termodynamika 3
První princip-první zákon termodynamiky ..............................................................24
Aplikace prvního zákona termodynamiky ................................................................25
KONTROLNÍ OTÁZKY A PŘÍKLADY KE KAPITOLE TEPLO A TEPLOTA ......................................25
3.12 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY .........................................................................................................26
4 KINETICKÁ TEORIE PLYNŮ .................................................................................... 29
4.1 LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ......................................................................................................29
4.1.1 Stanovení molární hmotnosti m
m
..............................................................30
4.2 IDEÁLNÍ PLYN ................................................................................................................30
4.2.1 Pojem ideálního plynu ...............................................................................30
4.2.2 Práce, kterou koná ideální plyn.................................................................31
4.3 STŘEDNÍ KVADRATICKÁ RYCHLOST, TLAK PLYNU .........................................................32
4.3.1 Střední kvadratická rychlost ......................................................................32
4.3.2 Tlak plynu ..................................................................................................33
4.4 ROZDĚLENÍ RYCHLOSTÍ MOLEKUL ................................................................................34
4.5 VNITŘNÍ ENERGIE, MOLÁRNÍ TEPELNÉ KAPACITY ..........................................................35
4.5.1 Vnitřní energie ideálního plynu .................................................................35
4.5.2 Molární tepelná kapacita při stálém objemu.............................................35
4.5.3 Molární tepelná kapacita při konstantním tlaku........................................38
4.6 ADIABATICKÉ ROZPÍNÁNÍ IDEÁLNÍHO PLYNU.................................................................40
4.7 SHRNUTÍ-KINETICKÁ TEORIE PLYNŮ..............................................................................42
Kinetická teorie plynů..............................................................................................42
Avogadrova konstanta .............................................................................................42
Tlak, teplota a rychlost molekul...............................................................................43
Teplota a kinetická energie......................................................................................43
Maxwellovo rozdělení rychlostí molekul..................................................................43
Molární tepelné kapacity .........................................................................................44
Stupně volnosti a C
V
.................................................................................................44
Adiabatický děj.........................................................................................................44
Volná expanze ..........................................................................................................45
4.8 KONTROLNÍ OTÁZKY A PŘÍKLADY KE KAPITOLE KINETICKÁ TEORIE PLYNŮ .................45
4.9 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY .........................................................................................................46
5 ENTROPIE ...................................................................................................................... 47
5.1 NEVRATNÉ DĚJE ............................................................................................................47
5.1.1 Vratný děj...................................................................................................47
5.1.2 Definice entropie: ......................................................................................48
5.2 DRUHÝ PRINCIP TERMODYNAMIKY ................................................................................50
5.3 TEPELNÉ MOTORY..........................................................................................................51
5.3.1 Tepelný stroj ..............................................................................................51
5.3.2 Carnotův motor..........................................................................................51
5.3.3 Tepelná účinnost........................................................................................54
5.4 CHLADNIČKY.................................................................................................................55
5.4.1 Chladnička.................................................................................................55
5.4.2 Klimatizační zařízení .................................................................................56
5.4.3 Tepelné čerpadlo: ......................................................................................56
5.5 TERMODYNAMICKÁ TEPLOTA ........................................................................................57
5.6 STATISTICKÝ POHLED NA ENTROPII................................................................................57
5.7 TŘETÍ PRINCIP TERMODYNAMIKY ..................................................................................59
SHRNUTÍ-ENTROPIE...............................................................................................................61
4 FEKT Vysokého učení technického v Brně
Vratný děj, entropie................................................................................................. 61
Výpočet změn entropie............................................................................................. 61
Druhý princip - zákon termodynamiky.................................................................... 61
Tepelné motory ........................................................................................................ 61
Chladničky............................................................................................................... 62
Tepelné čerpadlo ..................................................................................................... 62
Statistický pohled na entropii .................................................................................. 62
Třetí zákon termodynamiky ..................................................................................... 63
5.8 KONTROLNÍ OTÁZKY A PŘÍKLADY KE KAPITOLE ENTROPIE .......................................... 63
5.9 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY ........................................................................................................ 63
6 DODATKY .......................................................................................................................65
6.1 VÝSLEDKY TESTŮ ......................................................................................................... 65
6.1.1 Teplo a teplota........................................................................................... 65
6.1.2 Kinetická teorie plynů ............................................................................... 65
6.1.3 Entropie..................................................................................................... 66
Termodynamika 5
Seznam obrázků
OBR. 1: TERMODYNAMICKÉ SYSTÉMY (OTEVŘENÝ, UZAVŘENÝ, IZOLOVANÝ) ........................10
OBR. 2: VZÁJEMNÝ KONTAKT TĚLES A A B .............................................................................11
OBR. 3: PLYNOVÝ TEPLOMĚR S KONSTANTNÍM OBJEMEM, .......................................................11
OBR. 4: ZNÁZORNĚNÍ KELVINOVY A CELSIOVY STUPNICE .......................................................12
OBR. 5: TEPELNÁ VÝMĚNA.......................................................................................................14
OBR. 6: IZOCHORICKÝ A IZOBARICKÝ DĚJ .............................................................................16
OBR. 7: PLYNU JE DODÁVÁNO TEPLO, PLYN KONÁ PRÁCI . .......................................................18
OBR. 8: ZNÁZORNĚNÍ PRÁCE VYKONANÉ SYSTÉMEM V P-V DIAGRAMU ...................................19
OBR. 9: CYKLICKÝ DĚJ.............................................................................................................21
OBR. 10: VOLNÁ EXPANZE ........................................................................................................22
OBR. 11: IZOTERMICKÝ DĚJ V P-V DIAGRAMU ..........................................................................31
OBR. 12: MAXWELLOVO ROZDĚLENÍ RYCHLOSTÍ ......................................................................34
OBR. 13: IZOCHORICKÉ DODÁVÁNÍ TEPLA.................................................................................36
OBR. 14: IZOBARICKÉ DODÁVÁNÍ TEPLA ...................................................................................38
OBR. 15:ADIABATICKÉ ROZPÍNÁNÍ IDEÁLNÍHO PLYNU ..............................................................40
OBR. 16: VOLNÁ EXPANZE ........................................................................................................42
OBR. 17: IZOTERMICKÁ EXPANZE IDEÁLNÍHO PLYNU PROVEDENÁ VRATNĚ. .............................48
OBR. 18: VOLNÁ EXPANZE IDEÁLNÍHO PLYNU ..........................................................................50
OBR. 19:SCHÉMA TEPELNÉHO MOTORU.....................................................................................52
OBR. 20: CARTONŮV CYKLUS V P-V DIAGRAMU .......................................................................52
OBR. 21: CARTONŮV CYKLUS V T-S DIAGRAMU.......................................................................53
OBR. 22: SCHÉMA CHLADNIČKY................................................................................................55
OBR. 23: MOLEKULY V IZOLOVANÉ NÁDOBĚ............................................................................58
OBR. 24: ZÍSKÁVÁNÍ VELMI NÍZKÝCH TEPLOT (NESPRÁVNÝ A SPRÁVNÝ OBRÁZEK)..................60
1 Úvod
Hlavní cíle předkládaných elektronických textů Fyzika 2 jsou poskytnout studentům
jasný a logický výklad základních fyzikálních pojmů a zákonů z oblastí: kmity, vlny, optika,
termodynamika a moderní fyzika a posílit jejich porozumění pomocí širokého spektra
zajímavých aplikací. Na začátku skript je zařazen test vstupních znalostí, předpokládaných
pro pochopení dalšího textu. V textu je uvedena řada jednoduchých i složitějších úloh a
kontrolních otázek, jejichž řešením si studenti mohou ověřit, zda jsou schopni řešit
jednoduché problémy týkající se těchto zákonů a procesů.
2 Zařazení předmětu ve studijním programu
EEKR bakalář v distanční formě
2.1 Úvod do předmětu Fyzika 2, a to části termodynamika
Předmětem termodynamiky je studium tepelných jevů. První představy o teple byly
založeny na předpokladu existence tzv. tepelného fluida jako nehmotné vše prostupující látky,
která nevzniká ani nezaniká. Pomocí fluidové teorie bylo možné vysvětlit tepelnou výměnu
mezi dvěma tělesy, tepelnou vodivost látek, jsou s ní spjaty pojmy tepelná kapacita, měrná
6 FEKT Vysokého učení technického v Brně
tepelná kapacita a pod. Jevy, při nichž dochází ke změnám teploty v důsledku změny
mechanické energie těles např. při tření nebo při srážkách těles a mnohé další nelze fluidovou
teorií objasnit. Pro současný stav studia tepelných jevů jsou charakteristické dva přístupy, a to
teorie fenomenologická a statistická. Fenomenologická termodynamika vychází z
experimentálně získaných poznatků o tepelných jevech, formuluje zákony pro veličiny, které
tyto jevy popisují, nevysvětluje však jejich příčiny. Je teorií makroskopickou, tj. zabývá se
pouze makroskopickými systémy a nebere přitom v úvahu mikrostrukturu látky. Dosáhla řady
významných úspěchů, zvláště v oblasti technické termodynamiky (tepelné motory, hledání
nových zdrojů energie a pod.). Statistická termodynamika je teorií mikroskopickou, která
objasňuje tepelné jevy jako makroskopické projevy dějů probíhajících na mikroskopické
(molekulární) úrovni. Zabývá se systémy obsahujícími obrovské počty (~10
23
) částic.
Klasická statistická termodynamika má však svá omezení: teorie měrných tepelných kapacit
pevných látek vypracovaná v rámci klasické statistické fyziky se značně rozchází s
experimentem. Klasickou statistickou fyziku je nutné doplnit o předpoklady kvantové fyziky.
Z textu uvidíte, že oba přístupy se doplňují. Fenomenologický přístup naleznete v kapitole
Teplo a teplota a v kapitole Entropie, statistický přístup v kapitole Kinetická teorie plynů a v
závěru kapitoly Entropie. V předkládaných elektronických textech jsme se omezili na
rovnovážnou termodynamiku, jejíž vývoj lze pokládat za uzavřený. Disciplínou dosud se
rozvíjející je termodynamika nerovnovážná (ireverzibilní).
Termodynamika 7
2.2 Vstupní testy
Ověřte si míru Vašich vstupních znalostí následujícím testem. Správné odpovědi a
řešení naleznete v dodatcích na konci textu.
2.2.1 Teplo a teplota
Příklad 1.1.:
Teplota T
C
ve stupních Celsia a teplota T v kelvinech spolu souvisejí známým vztahem. Vyberte dvojici,
která tento vztah vyjadřuje (zaokrouhleno na celá čísla)
a) T
C
= – 20
o
C ; T = 293 K c) T = 20 K ; T
C
= 293
o
C
b) T
C
= 20
o
C ; T = 253 K d) T = 253 K ; T
C
= – 20
o
C
Příklad 1.2.:
Mosazná a hliníková tyč mají při teplotě T
C
= 0
0
C stejnou délku l
0
= 1m. Jak velký bude rozdíl jejich délek
při teplotě T
C
= 50
0
C ? Teplotní součinitel délkové roztažnosti mosazi je α
m
= 20.10
-6
K
-1
a hliníku α
h
=
24.10
-6
K
-1
.
Příklad 1.3.:
Grafy na obrázku znázorňují změnu teploty tří těles jako funkci tepla přijatého těmito tělesy. Z těchto
tří těles má největší tepelnou kapacitu
a) těleso 1
b) těleso 2
c) těleso 3
d) všechna stejnou
t (
o
C)
80
60
40
20
1
3
2
0 10 20 30 40 50 Q (kJ)
Příklad 1.4.:
Která z uvedených jednotek je jednotkou měrné tepelné ka
Vloženo: 28.05.2009
Velikost: 1,32 MB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Skupina předmětu BFY2 - Fyzika 2
Reference vyučujících předmětu BFY2 - Fyzika 2
Podobné materiály
- BFSL - Finanční služby - Skripta
- BPC1 - Počítače a programování 1 - Skripta Počítače a programování
- BAEY - Analogové elektronické obvody - Skripta Analaogové el.obvody-lab.cvičení
- BAEY - Analogové elektronické obvody - Skripta Analogové el.obvody- počítačová a laboratorní cvičení
- BAEY - Analogové elektronické obvody - Skripta Analogové el.obvody-počítačová cvičení
- BAEY - Analogové elektronické obvody - Skripta Analogové el.obvody
- BASS - Analýza signálů a soustav - Signály a systémy skripta
- BASS - Analýza signálů a soustav - Skripta Dskrétní signály a diskrétní systémy
- BASS - Analýza signálů a soustav - Skripta Spojité systémy 2.část
- BASS - Analýza signálů a soustav - Skripta Spojité systémy
- BASS - Analýza signálů a soustav - Skripta
- BDIZ - Diagnostika a zkušebnictví - Skripta Diagnostika a testování el.systémů
- BDIZ - Diagnostika a zkušebnictví - Skripta Diagnostika a zkušebnictví
- BDIZ - Diagnostika a zkušebnictví - Skripta Speciální diagnostika
- BEL1 - Elektrotechnika 1 - Skripta Elektrotechnický seminář
- BEL1 - Elektrotechnika 1 - Skripta Elektrotechnika 1 - Laboratorní a počítačová cvičení
- BEL1 - Elektrotechnika 1 - Skripta Elektrotechnika 1
- BEL1 - Elektrotechnika 1 - Skripta Technická dokumentace
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - Skripta elektrotechnika II
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - Skripta laboratorní cvičení 2006
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - Skripta laboratorní cvičení 2008
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - Skripta počítačové cvičení 200
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - Učitelská skripta
- BELF - Elektrické filtry - Skripta Analýza el. obvodů programem
- BELF - Elektrické filtry - Skripta Elektrické filtry
- BEMV - Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - Skripta Elektotechnické materiály a výrobní procesy
- BEMV - Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - Skripta Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - lab. cvičení
- BEMV - Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - Skripta Materiály v elektrotechncie
- BESO - Elektronické součástky - Skripta Elektronické součástky - Laboratorní cvičení
- BESO - Elektronické součástky - Skripta Elektronické součástky 2002
- BESO - Elektronické součástky - Skripta Elektronické součástky 2007
- BESO - Elektronické součástky - Skripta Elektronické součástky
- BFY1 - Fyzika 1 - Skripta Fyzikální seminář
- BFY1 - Fyzika 1 - Skripta Průvodce studia předmětu Fyzika 1
- BFY2 - Fyzika 2 - Skripta kmity
- BFY2 - Fyzika 2 - Skripta Optika
- BFY2 - Fyzika 2 - Skripta Vlny
- BMA1 - Matematika 1 - Skripta Matematický seminář
- BMA1 - Matematika 1 - Skripta Matematika 1 Počítačová cvičení Maple
- BMA1 - Matematika 1 - Skripta Matematika 1
- BMA1 - Matematika 1 - Skripta Matematika 3
- BMA2 - Matematika 2 - Skripta matematický seminář
- BMA2 - Matematika 2 - Skripta Matematika I
- BMA2 - Matematika 2 - Skripta Matematika II
- BMA3 - Matematika 3 - Skripta Matematika 3
- BMA3 - Matematika 3 - Skripta Sbírka Matematika 3
- BMFV - Měření fyzikálních veličin - Skripta Měření fyz.veličin - návody do lab.cvičení
- BMPS - Modelování a počítačová simulace - Skripta Modelování a počítačová simulace- Počítačová cvičení
- BMTD - Materiály a technická dokumentace - Skripta MTD Laboratorní cvičení
- BMTD - Materiály a technická dokumentace - Skripta MTD část materiály v elektrotechnice
- BMTD - Materiály a technická dokumentace - Skripta MTD část Technická dokumentace - počítačová a konstrukční cvičení
- BMTD - Materiály a technická dokumentace - Skripta MTD část technická dokumentace
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Měření v elektrotechnice - Lab.cviceni -skripta
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Skripta Meření v elektrotechnice- návody k lab. cvič.
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Skripta Měření v elektrotechnice - lab.cvičení II
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Skripta Měření v elektrotechnice - laboratorní cvičení
- BPC2 - Počítače a programování 2 - Skripta 2008
- BPC2 - Počítače a programování 2 - Stará skripta
- BPIS - Praktikum z informačních sítí - Skripta
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Skripta Blažek 1975
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Skripta Elektr.přístroje část II
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Skripta Lab.cv. Vysoké napětí
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Skripta Vysoké napěti el.stroje
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Skripta Vysoké napětí část I.
- BVPA - Vybrané partie z matematiky - Skripta Vybrané partie z matematiky
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - Učitelská skripta laboratoře
- BPIS - Praktikum z informačních sítí - skripta
- BESO - Elektronické součástky - nová skripta
- AMA2 - Matematika 2 - skripta
- BEKE - Ekologie v elektrotechnice - Něco ze zkoušek, skripta atd..
- BRR2 - Řízení a regulace 2 - Skripta Řízení a regulace 2
- BVPM - Vybrané partie z matematiky - BVPM - skripta k předmětu
- BEPO - Etika podnikání - BEPO (XEPO) - Skripta
- BNAO - Návrh analogových integrovaných obvodů - Skripta BNAO 2010
- BEVA - Elektromagnetické vlny, antény a vedení - BEVA 2 skripta - přednášky a sbírka úloh.zip
- BMPT - Mikroprocesorová technika - BMPT 2011 zadani PC cviceni + skripta s ucivem
- ABSN - Biosenzory - Skripta
- ALDT - Lékařská diagnostická technika - Skripta
- BMVA - Měření v elektrotechnice - Skripta BMVA
- MTOC - Theory of Communication - Teorie sdělování-skripta
Copyright 2024 unium.cz