Přednáška 9

TERMODYNAMIKA 1
TEPLOTA, TEPLO
Termodynamika se věnuje studiu tepelných jevů .
- fenomenologická termodynamika – studuje makroskopické systémy
- statistická termodynamika – vysvětluje makroskopické děje
na základě mikroskopických procesů ve velkých souborech částic
Termodynamický systém
takto nazveme makroskopický objekt, jehož vlastnosti vyšetřujeme
(např. plyn uzavřený v nádobě, krystal pevné látky, …).
Stavové parametry
jsou makroskopické veličiny popisující vlastnosti systému
(hustota, tlak, objem, teplota,… ).
Stavové funkce jsou funkce stavových parametrů.
Základní pojmy
látka
energie
látka
energie
látka
energie
Systém
Okolí
Otevřený systém Uzavřený systém Izolovaný systém
- otevřený systém - dochází k výměně energie i látky s okolím
- uzavřený systém - dochází pouze k výměně energie
- izolovaný systém - nedochází k výměně energie ani látky s okolím
Interakce systému s okolím:
Základní pojmy
Stav termodynamické rovnováhy
Každá soustava, která je od určitého okamžiku v neměnných vnějších
podmínkách (izolovaná soustava), přejde samovolně po určité době
do stavu, v němž zůstávají stavové veličiny konstantní.
Tento stav se nazývá rovnovážný stav. V tomto stavu soustava
setrvává, pokud zůstanou tyto podmínky zachovány.
V rovnovážném stavu nepozorujeme žádné makroskopické změny
(objemu, tlaku, teploty, skupenství, chemického složení, apod.).
Změna stavu je možná pouze následkem vnějšího zásahu.
Rovnovážný děj
probíhá tak, že soustava prochází řadou
na sebe navazujících rovnovážných stavů
Doba, která uplyne od změny parametrů vnějším zásahem do vzniku
rovnovážného stavu se nazývá relaxační doba (10
-10
s až několik let).
Základní pojmy
TEPLOTA
je jednou ze základních veličin soustavy SI
K zavedení pojmu teplota lze použít poznatky o rovnovážném stavu:
Dvě tělesa - systémy A a B, uvedeme do vzájemného kontaktu.
Mohou nastat dva případy:
1. Systémy A a B se nachází v termodynamické rovnováze
(tlak plynu se po kontaktu nezmění) ⇒ měly a mají stejnou teplotu.
2. Nastane změna stavu obou systémů. Rovnovážný stav vznikne
až po uplynutí relaxační doby (s jiným tlakem plynu v systému A).
⇒ Systémy měly v okamžiku kontaktu různou teplotu .
Teplota je jednou ze stavových veličin,
charakterizující stav tepelné (termodynamické) rovnováhy systému.
Teplota
Nechť systém A je třeba
plyn uzavřený v nádobě.
Měření teploty
Se změnou teploty – tj. se změnou rovnovážného stavu tělesa –
se mění i další makroskopické veličiny (tlak plynu, objem kapaliny,
délka tuhého tělesa…).
Změnu nějakého měřitelného parametru lze využít pro měření teploty,
pomocí srovnávání se zvoleným standardem.
Měření teploty systému:
Systém uvedeme do kontaktu s teploměrem,
po ustálení rovnovážného stavu mají stejnou teplotu.
Vidíme to na stupnici teploměru.
Teplota
Teploměr – nutno sestrojit teplotní stupnici a stanovit jednotku teploty.
Celsiova stupnice
Východiskem jsou dvě základní teploty:
Tvorba Celsiovy stupnice
a měření teploty
Teplota
Teplota tání ledu za normálního tlaku. Přiřazena teplota t = 0°C.
Teplota varu vody za normálního tlaku. Přiřazena teplota t = 100°C.
Normální tlak: p = 101,325 kPa,
původně tlak fyzikální atmosféry.
Plynový teploměrs konstantním objemem.
T
3
= C p
3
()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
33
3
16,273
p
p
p
p
TT
Pro malé hustoty plynu a tedy jeho malé
hmotnosti konstantním objemu
nezávisí na náplni teploměru.
()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
→
3
0
lim16,273
p
p
T
m
Ideální plynová teplota
⇒
⇒
Teplota
Tento teploměr je standardem, vůči němuž jsou kalibrovány
teploměry založené na jiných teplotně závislých veličinách.
Teplotu definujeme: T = C p, C je konstanta.
Pro trojný bod vody platí
p
o
p = p
0
–hρg
dosadíme
Absolutní teplotní stupnice,
je definována pomocí jednoho stavu a to teploty trojného bodu vody.
To je stav, kdy jsou v rovnováze všechna tři skupenství H
2
O,
tj. led, voda, sytá vodní pára).