Fyzika pro lékařské a přírodovědné obory Ing. Petr Vácha ZS – Termika, molekulová fyzika

Úvod Kinetická teorie Statistická metoda Termodynamika

Kinetická teorie látek spojuje makroskopicky pozorovaný stav látky s mikroskopickým pohybem částic, z nichž se skládá každé částici náleží určitá kinetická energie, která odpovídá teplotě látky. Je základem statistické fyziky

Kinetická teorie látek II Základní předpoklady: Diskrétní (nespojitá) struktura látky – skládá se z částic, mezi nimi mezery Tepelný pohyb – chaotický, různé směry i rychlosti (kinetická energie částic) Částice na sebe navzájem působí silami elektromagnetické povahy -> potenciální energie částic uvnitř látky

Vzájemné působení částic Přitažlivé i odpudivé, závisí na vzdálenosti Malé vzdálenosti – odpudivá síla Větší vzdálenosti – přitažlivá síla Analogie s pružinou

Vzájemné působení částic II Při určité vzdálenosti je výsledná síla = 0 – rovnovážná poloha (ca setiny – desetiny nm) Při větší vzdálenosti se síla zvětšuje, poté klesá – částice je přitahována jen nejbližšími částicemi

Plynná látka - model Plyny se skládají z jedno či víceatomových molekul různých tvarů Při běžných podmínkách uvažujeme, že velikosti molekul jsou vůči středním vzdálenostem mezi nimi zanedbatelné Mezi srážkami se pohybují rovnoměrně přímočaře

Plynná látka – model II Rotační a kmitavý pohyb částic Vnitřní kinetická energie – dána součtem Ek všech částic v objemu (rotace, translace, kmitání) Vnitřní potenciální energie – vždy mnohem menší než kinetická (slabé působení na velkých vzdálenostech)

Kapalná látka - model Částice jsou mírně přitahovány Střední vzdálenost 0,2 nm Částice kmitají kolem rovnovážné polohy, avšak dochází k jejímu přesunu v čase Vnitřní potenciální energie srovnatelná s vnitřní kinetickou energií

Pevná látka – model Krystalová mřížka Střední vzdálenost částic 0,2 – 0,3 nm Vnitřní potenciální energie je větší než kinetická Částice kmitají kolem stálých rovnovážných poloh S rostoucí teplotou se zvyšuje amplituda kmitů

Plazma Čtvrté skupenství Elektricky nabité částice, vysoce ionizovaný plyn Vysoké teploty – volná jádra a elektrony Blesk, plamen, výboj v plynech, tokamak

Relativní atomová hmotnost Poměr klidové hmotnosti atomu ku 1/12 hmotnosti uhlíku 12C (atomová konstanta) m u = 1, kg Podobně definujeme i relativní molekulovou hmotnost

Avogadrova konstanta Počet atomů uhlíku 12C v 0,012 kg této látky Počet částic v chemicky stejnorodém tělese o množství 1 mol N A = 6,

Látkové množství Skalární veličina n, [n] = mol

Molární hmotnost Skalární veličina M m, [M m ] = kg/mol

Molární objem Objem 1 molu látky Normální molární objem plynů = 22,414 l/mol V m, [V m ] = m 3 /mol

Termodynamická soustava a její stav Termodynamická soustava – těleso (nebo více těles) oddělené od okolí myšlenou nebo skutečnou bariérou Izolovaná x neizolovaná Uzavřená x otevřená Adiabaticky izolovaná x neizolovaná

Termodynamické děje Rovnovážné x nerovnovážné Vratné x nevratné

1) Kolik atomů obsahuje krychlička olova (M = 207 g/mol) o hmotnosti 500g?

2) Vypočtěte molární objem olova.

3) Do plaveckého bazénu o rozměrech 50 x 25 x 2 m naplněného vodou vhodíme špetku červené barvy ( M = 205 g/mol) o hmotnosti 0,5 g. Kolik molekul barvy bude po dokonalém promíchání ve dvou litrech odebrané vody?