První termodynamický zákon a jeho aplikace na děje s ideálním plynem

VNITŘNÍ ENERGIE TĚLESA (SOUSTAVY) Mechanika: U = E c - (E kt + E pt ) Souvisí s vnitřní částicovou strukturou tělesa Pohled molekulové fyziky – složky U: Celková kinetická energie tepelného pohybu částic (posuvný pohyb molekuly jako celku, rotační a kmitavý pohyb částic v molekule) Celková potenciální energie vyplývající ze vzájemného působení částic Celková energie elektronů v obalu atomů a jader těchto atomů obsažených v soustavě Vnitřní energie jako stavová veličina

ZMĚNA VNITŘNÍ ENERGIE - konáním práce Příklady: stlačování či rozpínání plynu, ohýbání drátu, prudké míchání kapalin, nepružný ráz těles, mletí zrnek kávy, tření, … Dějová veličina (práce vykonaná nebo dodaná) Výpočet práce (resp.  U ) při stlačování plynu: V1V1 V2V2 xx dx Při konst. tlaku: W =  U = p(V 1 – V 2 ) Při proměn. tlaku Příklady: stlačování či rozpínání plynu, ohýbání drátu, prudké míchání kapalin, nepružný ráz těles, mletí zrnek kávy, tření, … Dějová veličina (práce vykonaná nebo dodaná)

4

ZMĚNA VNITŘNÍ ENERGIE - tepelnou výměnou Teplo Q – je určeno energií, kterou při tepelné výměně předá teplejší těleso studenějšímu Dějová veličina (dodané teplo, přijaté teplo) Přenos: vedením, prouděním, zářením Tepelná kapacita C: Měrná tepelná kapacita c: Molární tepelná kapacita C m :

6

Výpočet tepla při změně teploty Kalorimetrická rovnice (bez změny skupenství) m 1, t 1, c 1 m 2, t 2, c 2 t neuvažujeme tepelnou kapacitu nádoby uvažujeme tepelnou kapacitu C nádoby t2  t1t2  t1

V šesti stejných polystyrénových kelímcích je stejné množství vody o teplotě 20 °C. Do vody vložíme měděné kostky, jejichž hmotnost i teplota se liší (viz obrázek). Vyčkáme vyrovnání teplot vody a mědi. Seřaďte kelímky podle teploty vody od nejnižší (vlevo) po nejvyšší (vpravo). 8

První termodynamický zákon Oba děje – konání práce a tepelná výměna probíhají současně Znaménková konvence -W = W ´ -Q = Q´

STAVOVÉ ZMĚNY IDEÁLNÍHO PLYNU Z ENERGETICKÉHO HLEDISKA Izotermický děj – T = konst. ΔU = 0 ; Q = W´ Teplo přijaté ideálním plynem je rovno práci, kterou plyn při tomto ději vykoná. Izochorický děj – V = konst. W´ = 0 ; Q = ΔU Teplo přijaté ideálním plynem je rovno přírůstku jeho vnitřní energie. Q = U 2 – U 1 = nC v (T 2 – T 1 )

Izobarický děj – p = konst. Q = ΔU + W´ Teplo přijaté ideálním plynem je rovno součtu přírůstku jeho vnitřní energie a práce, kterou plyn vykoná. Q = nC v (T 2 – T 1 ) + p(V 2 – V 1 ) Adiabatický děj – Q = 0 ΔU = W Při adiabatickém stlačení plynu vzroste jeho teplota a vnitřní energie. Při adiabatickém rozpínání koná plyn práci, jeho teplota a vnitřní energie se zmenšuje.

izoterma D; 1-3 izobara A; 1-4 izochora B C je nějaké rozpínání plynu, teplota při něm bude růst.