Vnitřní energie, teplo, teplota

Celková energie soustavy Kinetická energie – makroskopický pohyb Potenciální energie – vzájemné působení těles (makroskopicky) Vnitřní energie

Závisí pouze na stavu soustavy Vnitřní energie tělesa U (soustavy) je součet celkové vnitřní kinetické energie neuspořádaně se pohybujících částic tělesa (atomů, molekul, iontů) a celkové vnitřní potenciální energie vyplývající ze vzájemné polohy těchto částic

Změna vnitřní energie Konání práce Tepelná výměna ∆U = U 2 – U 1

Vnitřní energie – konání práce Vnitřní energii tělesa (soustavy) lze měnit dějem, který nazýváme konání práce Práce je konána na úkor změny vnitřní energie ∆W = U 2 – U 1 Pokud je změna kladná – přijal systém práci (byl stlačen píst) Změna záporná – systém vykonal práci (odtlačil píst)

Vnitřní energie – tepelná výměna Teplo Q je určeno energií, kterou odevzdá (nebo přijme) těleso při tepelné výměně Skalární veličina Q, [Q] = J ∆U = Q Kladná – přijal teplo Záporná – odevzdal teplo

1. Princip termodynamiky = Zákon zachování energie Změna vnitřní energie soustavy ∆U je rovna součtu práce W vykonané okolními tělesy působícími na soustavu silami a tepla Q odevzdaného okolními tělesy soustavě ∆U = W + Q Nelze sestrojit perpetuum mobile prvního druhu

Tepelná rovnováha Styk těles Nedošlo k tepelné výměně Tělesům o vzájemné tepelné rovnováze přiřazujeme stejnou teplotu

Tepelná rovnováha 2 Mezi tělesy dochází k tepelné výměně Těleso, jehož vnitřní energie se při tepelné výměně zmenšila (těleso odevzdalo teplo), mělo na počátku děje vyšší teplotu než těleso, které při tomto ději teplo přijalo (a tím se zvětšila jeho vnitřní energie). V okamžiku vytvoření tepelné rovnováhy se teploty těles vyrovnají

Celsiova a Kelvinova teplotní stupnice 0°C – rovnovážný stav chemicky čisté vody a jejího ledu za normálního tlaku 101,325 kPa 100°C – rovnovážný stav chemicky čisté vody a její syté páry při varu za normálního tlaku 101,325 kPa Termodynamická (Kelvinova) stupnice: 0 K = -273,15 °C

Měrná tepelná kapacita Teplo, které přijme chemicky stejnorodé těleso, je přímo úměrné hmotnosti tělesa a přírůstku teploty Q = c.m.∆t = c.m.∆T [c] = J/kgK

Kalorimetr a kalorimetrická rovnice Založeno na porovnání tepel, která přechází a na základě znalostí tepelných kapacit kalorimetru a kapaliny c 1 m 1 (t 1 – t) = c 2 m 2 (t-t 2 ) + C k (t-t 2 )

Přenos tepla- vedení Nutný styk těles Předání většinou kmitáním částic, případně elektrony (kovy) Nejlepší vodiče – pevné látky (kovy) Nejhorší vodiče – plyny (vzdálenost molekul)

Tepelná vodivost λ, [λ] = W/mK Charakterizuje schopnost vést, obrácená hodnota představuje odpor vůči vedení Teplo prošlé materiálem o tloušťce d a průřezem S

Přenos vnitřní energie - proudění Velmi složitý popis Součinitel přestupu tepla α – složité určit Empirické vzorce Ukázka – ochlazení od ventilátoru Proudění zlepšuje přenos tepla

Přenos vnitřní energie - záření σ= 5,67 · Zákon čtvrté mocniny Uplatní se zejména u teplých těles, kde je velký rozdíl teplot Nás ohřívá Slunce Závisí na povrchu materiálu

Dřevěná kostka o hmotnosti 5 kg je vržena rychlostí 10 m/s po drsné podložce a vlivem tření se zastaví. O jakou hodnotu vzroste vnitřní energie kuličky a podložky?

Těleso o hmotnosti 3 kg se pohybuje po vodorovné rovině rychlostí 3 m/s a narazí na druhé těleso o hmotnosti 2 kg, které je před srážkou v klidu. Po srážce se obě tělesa pohybují společně. Určete přírůstek vnitřní energie těles.

Měrná tepelná kapacita oceli je 0,45 kJ/kgK. Jaké teplo musíme dodat ocelovému předmětu o hmotnosti 6 kg, aby se ohřál z teploty 25°C na teplotu 85°C? Jaká je tepelná kapacita předmětu?

Olověná střela dopadne rychlostí 200 m/s na pevnou překážku a zastaví se. O jakou hodnotu se zvýší teplota střely, jestliže na zvýšení její vnitřní energie připadá 60% kinetické energie? Měrná tepelná kapacita olova je 0,13 kJ/kgK

Do kalorimetru obsahujícího 0,3 kg vody o teplotě 18°C jsme nalili 0,2 kg vody o teplotě 60°C. V kalorimetru se ustálila teplota na 34°C. Vypočtěte tepelnou kapacitu kalorimetru. Měrná tepelná kapacita vody je 4,18 kJ/kgK

Při stlačení plynu v uzavřené nádobě s pohyblivým pístem byla vykonána práce 2,5 kJ, plyn byl současně ohříván tak, že přijal teplo 1,2 kJ. Jak se při tomto ději změnila vnitřní energie plynu?

Termodynamická soustava přijme od okolí teplo 3,6 kJ a současně vykoná práci 2,9 kJ. Jak se změní vnitřní energie soustavy?

Proč se okna vyrábějí z dvojitých skel mezi nimiž je vakuum? Proč se domy zateplují polystyrenem zvenku?

Vypočtěte teplo, které projde za dobu 10 sekund izolovanou měděnou tyčí o průřezu 10 cm 2 a délce 50 cm, je-li rozdíl teplot na koncích tyče 15°C. vodivost mědi 380 W/mK