Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

F3 - STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNNÉHO SKUPENSTVÍ LÁTEK Mgr. Monika Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "F3 - STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNNÉHO SKUPENSTVÍ LÁTEK Mgr. Monika Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován."— Transkript prezentace:

1 F3 - STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNNÉHO SKUPENSTVÍ LÁTEK Mgr. Monika Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ 1 FYZIKA PRO II. ROČNÍK GYMNÁZIA

2 1) Ideální plyn 2) Rozdělení molekul plynu podle rychlostí 3) Střední kvadratická rychlost 4) Teplota plynu 5) Tlak plynu 6) Stavová rovnice pro ideální plyn 7) Stavová rovnice pro ideální plyn stálé hmotnosti 8) Jednoduché děje s ideálním plynem 9) Plyn při nízkém a vysokém tlaku

3 Reálný plyn nahrazujeme modelem – ideálním plynem (IP), o jehož molekulách předpokládáme: 1.Rozměry jsou zanedbatelné vzhledem k jejich střední vzdálenosti. (Stlačitelnost…) 2.Navzájem na sebe silově nepůsobí – kromě vzájemných srážek. 3. Vzájemné srážky a nárazy na stěny jsou dokonale pružné. Stav IP je určen p, V, T, n IDEÁLNÍ PLYN

4 Skutečné plyny se svými vlastnostmi přibližují k vlastnostem ideálního plynu, mají-li dostatečně vysokou teplotu a nízký tlak (↑ t n = 0 o C, ↓ p a = 10 5 Pa) Zanedbáváme vzájemné působení mezi molekulami. Celková potenciální energie je nulová. Vnitřní energie IP je rovna celkové kinetické energii soustavy molekul tohoto plynu. Molekuly ideálního plynu konají translační a víceatomové molekuly i rotační a kmitavý pohyb.

5 3. 2. ROZDĚLENÍ MOLEKUL PLYNU PODLE RYCHLOSTÍ Rychlost molekul se v důsledku neustálých srážek mění. Velikost rychlostí můžeme zjistit Lammertovým pokusem. Obr.: 1 Počet molekul zachycených na stínítku se určí z hmotnosti molekul zachycených na stínítku..

6 d ϕ ω ω – úhlová rychlost otáčení štěrbin ϕ – úhel pootočení štěrbin vůči sobě d – vzdálenost štěrbin v – rychlost molekul (urazí vzdálenost d za čas τ) stínítko pec s párami rtuti

7 d ϕ ω Změníme-li d, ϕ nebo ω, dopadnou na stínítko částice s jinou rychlostí. stínítko

8 Rozdělení molekul podle rychlostí lze znázornit: 1.tabulkou ∆N – počet molekul pohybujících se rychlostí v intervalu (v, v + ∆v) N – celkový počet molekul Intervaly rychlosti m.s -1 (v, v + ∆v) Relativní četnost molekul ∆N/N 0 – 100 0, – 200 0, – 300 0, – 400 0, – 500 0, – 600 0, – 700 0, – 800 0, – 900 0,02 nad 900 0,009 Tab.: 1 – rozdělení molekul kyslíku podle rychlostí při 0 o C.

9 Rozdělení molekul podle rychlostí lze znázornit: 2.graficky – histogramem f – průměrná relativní četnost molekul

10 Rozložení molekul podle rychlostí při různých teplotách: tvar křivky závisí na teplotě v p - nejpravděpodobnější rychlost (největší počet molekul má právě tuto rychlost) Zákon rozdělení molekul podle rychlostí matematicky odvodil J. C. Maxwell. 0 v p1 T2T2 v p2 T1T1

11 3.3. STŘEDNÍ KVADRATICKÁ RYCHLOST Okamžitá rychlost molekul soustavy plynu se mění. N 1 molekul má rychlost v 1 N 2 molekul má rychlost v 2 … N i molekul má rychlost v i N – celkový počet molekul

12 Celková kinetická energie molekul konajících neuspořádaný pohyb: m 0 – hmotnost jedné molekuly plynu Aritmetický průměr v k 2 = střední kvadratická rychlost.

13 v k – střední kvadratická rychlost Kdyby všechny molekuly měly tuto rychlost, kinetická energie soustavy by byla stejná (nezměnila by se). Je to statistická veličina – charakterizuje celý soubor N molekul. V MFCHT najdeme hodnoty pro různé druhy plynů při teplotě -100 o C, 0 o C, 100 o C, 300 o C, 500 o C,…

14 Střední rychlost (průměrná rychlost) Nejpravděpodobnější rychlost Střední kvadratická rychlost 0

15 3. 4. TEPLOTA PLYNU Z HLEDISKA MOLEKULOVÉ FYZIKY Rychlost molekuly se s rostoucí teplotou zvětšuje. Střední kinetická energie molekuly se také zvětšuje. Je přímo úměrná termodynamické teplotě. k = 1, J.K -1 Boltzmannova konstanta m 0 - hmotnost jedné molekuly Střední kinetická energie jedné molekuly ideálního plynu závisí pouze na teplotě, nezávisí na hmotnosti molekuly. Střední kinetická energie N molekul:

16 Pro dva různé ideální plyny o stejných teplotách platí, že jejich molekuly mají stejnou střední kinetickou energii.

17 TEPLOTA IDEÁLNÍHO PLYNU - Řešte úlohy: 3.64 Vypočtěte střední kinetickou energii posuvného pohybu molekul plynu při teplotě a) °C, b) 0 °C Určete střední kvadratickou rychlost molekul kyslíku O 2 při teplotě 132 °C.

18 TEPLOTA IDEÁLNÍHO PLYNU - Řešte úlohy: 3.67 Při které teplotě je střední kvadratická rychlost molekul oxidu uhličitého 720 km. h –1 ?

19 3. 5. TLAK IDEÁLNÍHO PLYNU p t psps Tlak vyvolaný nárazy molekul na stěny nádoby není konstantní, kolísá kolem střední hodnoty p s. fluktuace tlaku

20 Pro střední hodnotu tlaku plynu platí: ρ hustota plynu v k střední kvadratická rychlost N – počet částic V – objem nádoby N v hustota částic

21 TLAK IDEÁLNÍHO PLYNU - Řešte úlohy: 3.71 Vypočtěte počet molekul vodíku H 2 v objemu 1 cm 3, je-li jeho tlak 2, Pa a střední kvadratická rychlost molekul plynu je m · s –1..

22 TLAK IDEÁLNÍHO PLYNU - Řešte úlohy: 3.73 Ideální plyn má při teplotě 27 °C tlak 1,2 Pa. Kolik molekul je v objemu 1 cm 3 plynu?.

23 TLAK IDEÁLNÍHO PLYNU - Řešte úlohy: 3.76 Vypočtěte střední kvadratickou rychlost molekul plynu, který má při tlaku 10 5 Pa hustotu 8,2 kg.m –3.

24 3. 6. STAVOVÁ ROVNICE PRO IDEÁLNÍ PLYN Stav IP v rovnovážném stavu je určen p (tlakem), V (objemem), T (teplotou) a N (počtem molekul) nebo n (látkovým množstvím) nebo m (hmotností) Stavová rovnice vyjadřuje vztah mezi těmito veličinami.

25 Odvodíme ji z rovnice pro tlak plynu: STAVOVÁ ROVNICE PRO IP (1)

26 R molární plynová konstanta STAVOVÁ ROVNICE PRO IP (2)

27 M m – molární hmotnost M m = M r kg.mol -1 Stavová rovnice platí přesně pro IP. Lze ji použít pro skutečné plyny – přesněji při nízké teplotě a vysokém tlaku STAVOVÁ ROVNICE PRO IP (3)

28 3. 7. STAVOVÁ ROVNICE IP STÁLÉ HMOTNOSTI Počáteční stav p 1 V 1 T 1 Při stavové změně IP stálé hmotnosti je výraz Konečný stav p 2 V 2 T 2 m – konstantní

29 STAVOVÁ ROVNICE - Řešte úlohy: 1. Ideální plyn uzavřený v nádobě o objemu 3 litry, má teplotu 15 o C. Jaký je jeho tlak, je-li v plynu molekul?

30 STAVOVÁ ROVNICE - Řešte úlohy: 2. Určete v litrech objem oxidu uhličitého o hmotnosti 2 g při teplotě 22 a tlaku 1,5 kPa. Považujme plyn za ideální.

31 3. 8. JEDNODUCHÉ DĚJE S IP stálé hmotnosti Děje, při nichž je kromě konstantní hmotnosti stálá i jedna z dalších stavových veličin. A. Izotermický děj B. Izochorický děj C. Izobarický děj D. Adiabatický děj T = konst. V = konst. p = konst. Q = konst.

32 A. IZOTERMICKÝ DĚJ T = konst. Zákon Boylův- Mariottův Při izotermickém ději s ideálním plynem stálé hmotnosti je součin tlaku a objemu plynu konstantní.

33 V 1 = S.l 1 p 1 = p a + p h1 p 1 = p a + h 1 ρg p h = hρg hydrostatický tlak rtuti Boylův pokus: S l1l1 h1h1 rtuť papa plyn uzavřený v trubici A. IZOTERMICKÝ DĚJ T = konst.

34 h2h2 Přiléváním rtuti měníme tlak uzavřeného vzduchu i jeho objem. Opakujeme… V 1 = S.l 1 V 2 = S.l 2 p 1 = p a + p h1 p 2 = p a + p h2 p 1 = p a + h 1 ρg p 2 = p a + h 2 ρg p h = hρg hydrostatický tlak rtuti Boylův pokus: S l2l2 A. IZOTERMICKÝ DĚJ T = konst.

35 Graf vyjadřující tlak plynu stálé hmotnosti jako funkci objemu při izotermickém ději v pV diagramu se nazývá Izoterma v pV diagramu je větev hyperboly. IZOTERMA. p V 0 T1T1 T2T2 T3T3 T2T2 T3T3 A. IZOTERMICKÝ DĚJ T = konst.

36 (úsečky rovnoběžné s osou p) p T 0 pT diagramVT diagram A. IZOTERMICKÝ DĚJ T = konst. T 0 V

37 1. termodynamický zákon: Teplo přijaté ideálním plynem při izotermickém ději se rovná práci, kterou plyn při tomto ději vykoná. TV1P1TV1P1 TV2P2TV2P2 s A. IZOTERMICKÝ DĚJ T = konst.

38 Zákon Boylův- Mariottův Obr.: 2

39 Zákon Charlesův Při izochorickém ději s ideálním plynem stálé hmotnosti je tlak plynu přímo úměrný jeho termodynamické teplotě. B. IZOCHORICKÝ DĚJ V = konst.

40 Otevřený kapalinový manometr Objem plynu udržujeme stálý díky vhodné poloze ramena. Obr.: 3 B. IZOCHORICKÝ DĚJ V = konst.

41 Graf znázorňující izochorický děj v pV diagramu se nazývá IZOCHORA - úsečka rovnoběžná s osou p. B. IZOCHORICKÝ DĚJ V = konst. p V 0 pV diagramVT diagram T 0 Vp T pT diagram 0

42 c V – měrná tepelná kapacita při stálém objemu Teplo přijaté při izochorickém ději ideálním plynem se rovná přírůstku jeho vnitřní energie. B. IZOCHORICKÝ DĚJ V = konst. VT1P1VT1P1 VT2P2VT2P2 1. termodynamický zákon:

43 B. IZOCHORICKÝ DĚJ V = konst. Zákon Charlesův Obr.: 4

44 Zákon Gay-Lussacův Při izobarickém ději s ideálním plynem stálé hmotnosti je objem plynu přímo úměrný jeho termodynamické teplotě. C. IZOBARICKÝ DĚJ P = konst.

45 p V 0 pV diagramVT diagram T 0 Vp T pT diagram 0 Graf znázorňující izobarický děj v pV diagramu se nazývá IZOBARA - úsečka rovnoběžná s osou V. C. IZOBARICKÝ DĚJ P = konst.

46 Teplo přijaté při izobarickém ději se rovná součtu přírůstku jeho vnitřní energie a práce, kterou plyn vykoná. C. IZOBARICKÝ DĚJ P = konst. 1. termodynamický zákon: pT1V1pT1V1 pT2V2pT2V2

47 Teplo přijaté při izobarickém ději se rovná součtu přírůstku jeho vnitřní energie a práce, kterou plyn vykoná. C. IZOBARICKÝ DĚJ P = konst. 1. termodynamický zákon: c p – měrná tepelná kapacita při stálém tlaku pT1V1pT1V1 pT2V2pT2V2

48 Pro stejný plyn platí: JEDNODUCHÉ DĚJE S IP stálé hmotnosti

49 IZOTERMICKÝ DĚJ IZOCHORICKÝ DĚJ IZOBARICKÝ DĚJ T = konstV = konstp = konst Boylův-MariotůvCharlesůvGay-Lussacův p.V = konstp / T = konstV / T = konst V 1 < V 2 p 1 > p 2 T 1 < T 2 p 1 < p 2 V 1 < V 2 T 1 < T 2 izotermaizochoraizobara ∆U = 0∆U = Q v ∆U = Q p + W Q = -W = W´Q v = c v m ∆TQ p = c p m ∆T

50 a.Adiabatická komprese - stlačení Dochází-li k adiabatickému zmenšování objemu plynu působením vnější síly na píst, pak se teplota plynu zvětšuje. (molekuly se odrážejí od pístu s větší rychlostí) ∆T > 0∆U > 0 b.Adiabatická expanze – rozpínání Při adiabatickém zvětšování objemu koná práci plyn a teplota se zmenšuje. (molekuly se odrážejí s menší rychlostí) ∆T < 0∆U < 0 D. Adiabatický děj Při adiabatickém ději neprobíhá tepelná výměna mezi plynem a okolím Q=0

51 Poissonův zákon: závisí na druhu plynu (MFCHT) jednoatomové molekuly dvouatomové molekuly D. Adiabatický děj Poissonova konstanta:

52 Graf vyjadřující tlak plynu stálé hmotnosti jako funkci objemu při adiabatickém ději se nazývá ADIABATA. Klesá strměji než izoterma. D. Adiabatický děj p V 0

53 Děj, který proběhne tak rychle, že se výměna tepla s okolím nestačí uskutečnit. V technické praxi dosáhneme adiabatické komprese zmenšením objemu ve velmi krátké době tak, že plyn nestačí odevzdat svému okolí teplo, adiabatické expanze objemu ve velmi krátké době tak, že plyn nestačí přijmout od svého okolí teplo. D. Adiabatický děj

54 3. 9. PLYN PŘI NÍZKÉM A VYSOKÉM TLAKU l – volná dráha molekuly λ – střední volná dráha molekuly z – střední srážková frekvence molekul [z] = s -1 počet srážek jedné molekuly za jednotku času s klesajícím p roste λ a snižuje se z Při nízkých tlacích se molekuly navzájem nesrážejí a narážejí jen na stěny nádoby. λ je větší než rozměry nádoby. Vývěvy slouží ke snižování tlaku v uzavřené nádobě. (rotační olejová vývěva).

55 Technické využití vakuové techniky:  obrazovky  žárovky, výbojky, zářivky  urychlovače částic PLYN PŘI NÍZKÉM A VYSOKÉM TLAKU  elektronové mikroskopy  zdvihání materiálu vakuovou technikou Obr.: 5 Obr.: 6

56 Technické využití vakuové techniky:  vakuové balení potravin  metalurgie (tavba a odplyňování kovů)  farmacie (výroba antibiotik) PLYN PŘI NÍZKÉM A VYSOKÉM TLAKU Obr.: 7Obr.: 8

57 Magdeburské polokoule (měděné) Otto von Guericke – starosta Magdeburgu 1654 polokoule drží pohromadě tlak okolního vzduchu PLYN PŘI NÍZKÉM A VYSOKÉM TLAKU Obr.: 9

58 Magdeburské polokoule PLYN PŘI NÍZKÉM A VYSOKÉM TLAKU Obr.: 10

59 Stlačováním plynu roste tlak. Při vysokém tlaku a nízké teplotě vznikají mezi molekulami vazby a plyn se mnění v kapalinu. Plyny stlačené v bombách svařování hasicí přístroje kyslíkové bomby PLYN PŘI NÍZKÉM A VYSOKÉM TLAKU Obr.: 12 Obr.: 11

60 Použitá literatura Literatura BARTUŠKA, K., SVOBODA,E. Molekulová fyzika a termika, Fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, ISBN LEPIL, O. Sbírka úloh pro střední školy. Fyzika Praha: Prometheus, ISBN Obrázky: [1] –BARTUŠKA, K., SVOBODA,E. Molekulová fyzika a termika, Fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, [2] – [online]. [cit ]. Dostupné z: http//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/Boyles_Law_animated.gif [3] – [online]. [cit ]. Dostupné z: [4] – [online]. [cit ]. Dostupné z: Lussac%27s_Law_animated.gif [5] – [online]. [cit ]. Dostupné z: [6] – [online]. [cit ]. Dostupné z: content/uploads/2009/11/Steinsauger_Allgemein.jpg [7] – [online]. [cit ]. Dostupné z: 10/clanek00643/upload/photo/touchvac-330-b.jpg [8] – [online]. [cit ]. Dostupné z: [9] – [online]. [cit ]. Dostupné z: [10] – [online]. [cit ]. Dostupné z: [11] – [online]. [cit ]. Dostupné z: [12] – [online]. [cit ]. Dostupné z:

61 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“


Stáhnout ppt "F3 - STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNNÉHO SKUPENSTVÍ LÁTEK Mgr. Monika Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován."

Podobné prezentace


Reklamy Google