SKUPENSKÉ STAVY HMOTY Teze přednášky.

Prezentace na téma: "SKUPENSKÉ STAVY HMOTY Teze přednášky."— Transkript prezentace:

1 SKUPENSKÉ STAVY HMOTY Teze přednášky

2 SKUPENSKÉ STAVY HMOTY JSOU DÁNY: vzdáleností atomů (molekul)
silovými interakcemi energií neuspořádaného pohybu jsou závislé na teplotě a tlaku

3 PLYNY molekuly představují 1 % objemu kohezní síly se neuplatňují
stálý neuspořádaný pohyb to vše brání shlukování nezachovávají tvar a objem vyplňují beze zbytku prostor, který je jim vymezen definovány stavovými veličinami p, V, T, ρ, n

4 PLYNY ideální plyn zanedbává velikost a interakce molekul (dokonale stlačitelný) stavová rovnice p V = n R T van der Waalsova stavová rovnice reálného plynu (p + n2 a/V2) . (V – n b) = n R T

5 Daltonův zákon Tlak směsi plynů se rovná součtu parciálních tlaků jeho složek p = ∑pi = p1 + p2 + ……… pn Parciální tlak plynu ve směsi plynů je takový tlak, který by měl plyn, pokud by zaujal daný objem sám.

6 Děje v plynech z I. termodynamické věty platí Q = ΔU + p ΔV
izochorický děj V = k => ΔV = 0 Q = ΔU izobarický děj p = k izotermický děj T = k => ΔU = 0 Q = p ΔV adiabatický děj Q = 0 ΔU = - p ΔV

7 ROZPOUŠTĚNÍ PLYNŮ V KAPALINÁCH
Množství plynu rozpuštěného v kapalině je závislé na parciálním tlaku plynu v plynné fázi nad kapalinou. Tento princip zajišťuje difuzi plynů z plicních alveol do krve.

8 Henryho zákon Rozpustnost plynů v kapalinách Vp ------ = α . pi Vk
Vp objem plynu rozpuštěného v objemu kapaliny Vk α Henryho absorpční koeficient pi parciální tlak plynu α nepřímo úměrně závislý na t

9 Rychlost difuze plynů dm ------ = -D . S . Δpi dt
dm/dt diferenciál hmoty podle času Δpi gradient parciálních tlaků D difuzní koeficient S plocha α . Δpi D = √ M M molekulová hmotnost α absorpční koeficient DCO = 20,8 pro krev při 37 oC DO 2 2

10 CO2 je v krvi 20x rozpustnější než O2 a 46x než N2
O2 98,6 % vázán na hemoglobin 1,4 % fyzikálně rozpuštěn CO2 94 % chemicky vázán HCO3- CO32- 6 % fyzikálně rozpuštěn N2 inertní plyn 100 % fyzikálně rozpuštěn

11 Evaze kesonová nemoc (nemoc potapěčů)
plynová embolie uvolněním bublinek dusíku v krvi

12 Výšková (horská) nemoc
při běžném barometrickém tlaku pi O2 = 21,3 kPa v nadmořské výšce m pi O2 = 13,3 kPa hypoxie aklimatizace

13 KAPALINA Molekuly se prakticky dotýkají vnitřní kohezní síly
- disperzní u nepolárních molekul - dipólové u polárních molekul zachovávají objem, nezachovávají tvar – potenciální energie interakcí je větší než kinetická energie neuspořádaného pohybu molekuly konají nepravidelné kmitavé pohyby kolem pozvolna se měnících rovnovážných poloh

14 KAPALINY Ideální kapalina viskozita = 0 stavová rovnice ρ = konst.
Hustota ρ Hydrostatický tlak Hydrostatické paradoxon Pascalův zákon tlak se šíří všemi směry nezávisle na směru působící síly Hydraulický lis S1 . F2 = S2 . F1

15 Hustota kapalin Pyknometr m ρ = ----- [kg.m-3] V Hustoměr
Mohrovy-Westphalovy váhy vztlak – poměr vůči vodě ρ = kg.m-3 pro 20 oC

16 Fázová rozhraní povrchová energie, napětí W F ------ = σ = ----- S l
adsorpce – na rozhraní dvou fází se zvyšuje koncentrace částic rozpuštěné látky proti koncentraci v roztoku tenzidy – interakce mezi molekulami rozpouštědla jsou silnější než mezi rozpouštědlem a tenzidem - proti shromažďování na povrchu působí koncentrační gradient - snižují povrchové napětí

17 HYDRODYNAMIKA Rovnice kontinuity Rovnice Bernoulliho
v2>v1 => h2<h1 h2 S1 v S2 v2 Rovnice kontinuity S1 . v1 = S v2 Rovnice Bernoulliho h . ρ . g + ½ ρ . v2 = konst. Hydrodynamické paradoxon

18 výtoková rychlost na hladině v klidu – potenciální i kinetická energie jsou vyrovnány h . ρ . g = ½ ρ . v2 2h . g = v2 v = √ 2 g . h

19 Viskozita – vnitřní tření kapalin
vnitřní kohezní síly vyvolávají mezi vrstvami tečné napětí τ (tau) F Δv τ = = η S Δx Δv gradient rychlosti Δx vzdálenost dvou vrstev η dynamická viskozita [Pa.s] (kcP) η ~ e-K/T K látková konstanta T absolutní teplota

20 Viskozita – transport hybnosti F . t
Transp.vel. = - K . Plocha . Gradient dv F = η . S dx dv gradient rychlosti dx vzdálenost dvou vrstev η dynamická viskozita [Pa.s] (kcP)

21 Viskozita suspenze (krve)
ηs = η . (1 + k . c) k konstanta charakterizující fyzikální vlastnosti částic c objemová koncentrace částic kinematická viskozita η n = [m2.s-1] ρ

22 PROUDĚNÍ Průtokový objem Q V π . r4 . Δp
t η . Δl mechanický odpor řečiště Δp η . Δl R = = Q π . r4 síla odporu řečiště F = π . R2 . Δp

23 DRUHY PROUDĚNÍ LAMINÁRNÍ – vrstvy se pohybují rovnoběžně
TURBULENTNÍ – vířivé REYNOLDSOVO ČÍSLO v . ρ . R Re = η kritická hodnota pro krev je 1000 R průměr trubice

24 Tvar čela proudnice ideální kapalina - nulová viskozita – čelo je kolmé na stěnu nádoby reálná kapalina – parabola suspenze - paraboloid částice se drží ve středu proudnice a brzdí čelo

25 PEVNÁ LÁTKA částice kmitají kolem stálých rovnovážných poloh
zachovává tvar i objem geometrická uspořádanost – krystalová mřážka míra pevnosti interakci – teplota tání směrová závislost fyzikálních vlastností - nezávislé IZOTROPNÍ - směrově závislé ANIZOTROPNÍ

26 PLAZMA extrémní teploty a tlaky
elektromagnetické interakce mezi jádrem atomu a elektrony jsou menší než kinetická energie elektronů supravodivost ve vesmíru nejběžnější skupenství

27 PŘECHODOVÉ STAVY HMOTY
tekuté (kapalné) krystaly – intermediární stav mezi kapalinou a pevnou látkou tři fáze podle vlastností částic: - NEMATICKÁ shodná orientace - SMEKTICKÁ orientace + uspořádanost - CHOLESTERICKÁ orientace, uspořádanost, periodicita vrstev

28 TEKUTÉ KRYSTALY nematická shodná orientace smektická
orientace + uspořádanost cholesterická orientace, uspořádanost, periodicita vrstev