termodynamika

TERMODYNAMIKA
(napsal Patrik Hubka, 120596, AMD.Banan)
19.1. Vysvětlete, čím se zabývá termodynamika. Jaké soustavy v termodynamice uvažujeme? Čím jsou charakterizovány?
Termodynamika – zabývá se zákony, jimiž se řídí transformace tepla v jiné formy energie. Je založena na několika zákonech – tzv. principech termodynamiky
Pode způsobu interakce systému s okolím rozdělujeme termodynamické systémy na izolované systémy, u nichž nedochází k výměně energie ani látky s okolím,
uzavřené systémy, u nichž nedochází k výměně látky s okolím, pouze k výměně energie a
otevřené systémy, u nichž dochází k výměně energie i látky s okolím.
9.2. Co je to vnitřní energie soustavy? S čím je spojená? Co je teplo?
Vnitřní energie soustavy – je to souhrn potenciální a kinetické energie spojené s náhodným pohybem atomů, molekul a jiných mikroskopických částí zkoumaného předmětu.
nebo
Vnitřní energie soustavy – je rovna součtu kinetické energie tepelného pohybu molekul a potenciální energie odpovídající vzájemnému působení (interakcí) molekul.
Teplo – je veličina , která je rovna změně vnitřní energie při tepelné výměně mezi dvěma tělesy (resp.mezi systémem a okolím). Teplo přijaté systémem (např. láhev teplounké vodičky ( Pavelka owning :-D )) je kladné (znaménko +), teplo odejmuté systému je záporné (znaménko -).Teplo se značí Q.
19.3. Definujte tepelnou kapacitu, měrnou tepelnou kapacitu, molární tepelnou kapacitu, skupenské a latentní teplo. Popište teplotní roztažnost těles.
Tepelná kapacita – značí se C. Je to množství tepla, které zvýší teplotu tělesa o 10 C . Je dána vztahem
…počáteční teplota tělesa
…koncová teplota tělesa
Q…teplo dodané tělesu
Jednotkou tepelné kapacity je
Měrná tepelná kapacita – značí se c (tepelná kapacita na jednotku hmotnosti). Měrná tepelná kapacita vyjadřuje jaké množství tepla přijme 1 kg látky, když se ohřeje o 1°C.
Je dána vztahem
SMT4
m…hmotnost
Jednotkou měrné tepelné kapacity je
Molární tepelná kapacita – značí se (tepelná kapacita na jednotku látkového množství).
Je dána vztahem
n…látkové množství
Jednotkou tepelné kapacity je (základní v SI) je 1 mol
Skupenské teplo – Je to teplo, které těleso příjme nebo odevzdá při změně svého skupenství. Jeho teplota se přitom nemění.
Skupenské teplo – značí se Q, teplo vztažené na jednotku hmotnosti Q = Lm.
Měrné skupenské teplo – značí se L
Jednotkou měrného skupenského tepla je 1.
Latentní teplo - Všechny čiré substance v přírodě jsou schopné změnit svoje skupenství. Z pevných látek se mohou stát kapaliny (přeměna ledu ve vodu) a kapaliny se mohou změnit v plyny (přeměna vody v plyn), ale k těmto změnám je potřeba dodání nebo odebrání tepla.Teplo způsobující tyto změny se nazývá latentní teplo.
Nicméně latentní teplo neovlivňuje teplotu substance. – například voda se bude při 100°C stále vařit. Teplo dodané k udržení teploty na bodu varu je latentní teplo. Teplo způsobující změnu skupenství bez změny teploty je latentní teplo.
19.4. Popište práci plynu spojenou se změnou objemu soustavy. Nakreslete v p-V diagramu počáteční a koncový stav a určete, na čem závisí velikost práce při různých cestách přechodu mezi těmito stavy.
Obr.1: Píst
Počáteční stav: tlak , objem , teplota , koncový stav: tlak, objem , teplota .
Děje, které probíhají dostatečné pomalu, takže systém prochází výhradně rovnovážnými stavy nazýváme kvazistatické děje.
V dalších úvahách budeme předpokládat, že děje jsou kvazistatické.
Stanovíme práci, kterou plyn vykoná při infinitezimálním zvětšením objemu. Při velmi malém zmenšením zátěže pístu plyn nadzdvihne píst silou F o infinitezimální posunutí ds. Vykoná přitom práci

kde dV je infinitezimální změna objemu plynu.
Celkovou práci W, kterou plyn vykoná při změně objemu z hodnoty na hodnotu (ubíráme další zátěž) obdržíme sečtením všech infinitezimálních prací, tj. integrováním
Pozn.1: Práce, stejně tak jako teplo, závisí na tom jakou cestou probíhá konkrétní děj. Není veličinou stavovou, ale dějovou.
Pozn.2: Systém koná kladnou práci při zvětšování objemu. Při zmenšování objemu vnější silou, koná systém zápornou práci, vnější síly práci kladnou.
Obr.2: p-V diagramy
19.5. Vysvětlete, co to je termodynamický děj (termodynamický proces).
Termodynamický děj je děj, při kterém se mění stav tělesa (mění se některé ze stavových veličin). (snad to stačí)
19.6. Jaký je rozdíl mezi stavovými a dějovými veličinami v termodynamice? Uveďte
příklady.
Dějové veličiny – teplo Q, práce W (závisí na ději)
Stavové veličiny – U (závisí jen na počátečním a koncovém stavu), entropie J.K-1
19.7. Definujte slovně i matematicky první zákon termodynamiky.
Zákon zachování energie pro termodynamické děje je vyjádřen prvním zákonem termodynamiky, který má tvar
Q …je teplo systémem dodané
W… je práce systémem vykonaná
popř. pro infinitezimální změny
U je vnitřní energie tělesa, která závisí jen na jeho stavu (teplotě, tlaku a objemu). Q je teplo vyměněné mezi systémem a jeho okolím. W je práce vykonaná systémem. Je kladná, pokud systém práci koná (pokud se pod vlivem vnější síly smršťuje). Jak Q, tak i W závisí na ději (jsou to dějové veličiny). Naproti tomu U závisí jen na počátečním a koncovém stavu; na průběhu děje nezávisí (vnitřní energie je stavová veličina).
19.8. Jak se bude měnit tvar prvního zákona termodynamiky při adiabatickém, izochorickém, nebo cyklickém ději a při volné expanzi? Vysvětlete krátce tyto děje. Čím jsou charakterizovány?
Adiabatický děj – nedochází k výměně tepla mezi systémem a okolím
Q = 0
Adiabatický děj může být realizován tak, že systém je dokonale tepelně izolován od okolí, nebo že děj je tak rychlý, že výměna tepla nestačí proběhnout. Z 1PT plyne
Izochorický děj – Nemění-li se objem systému
V = konst., dV = 0
Tedy se nekoná práce