Základy rovnovážné termodynamiky Pavel Kratochvíl Plzeň ZS 2014

Teplota – stavová veličina – vyjadřuje stav tělesa – studené x teplé Základní pojmy Teplota – stavová veličina – vyjadřuje stav tělesa – studené x teplé Teplo = energie předávaná při tepelné výměně Tepelná výměna – proces, při kterém látka s vyšší teplotou předává část své vnitřní energie látce s nižší teplotou. Vnitřní energie – energie tepelných kmitů částic tělesa (látky)

Celsiova stupnice Anders Celsius ( 1701–1744) základní body: bod mrazu bod varu vody (za normálního tlaku)

Kelvinova stupnice William Thomson ( 1824–1907), od r. 1892 lord Kelvin základní body: absolutní nula trojný bod vody

Fahrenheitova stupnice Daniel G. Fahrenheit ( 1686–1736), 3 základní body: *teplota tání směsi ledu a kuchyňské soli *teplota tání ledu *teplota zdravého lidského těla

Srovnání teplotních stupnic

Měření teploty Klementinum (od r. 1775) teplotní rekordy záznam teploty více než dvě století ve stejný čas

Teploměry

Roztažnost látek délková a objemová roztažnost pevných látek objemová roztažnost kapalin objemová roztažnost a rozpínavost plynů

Termodynamický systém - souhrn látek v prostoru, který je omezen myšlenou nebo skutečnou plochou (sklenice vody, válec motoru apod.). Uvnitř tohoto systému mohou probíhat změny. Tento systém můžeme popsat pomocí stavových veličin (teplota, objem, tlak, látkové množství apod.) Rovnovážný stav Soustava, která je od určitého okamžiku v neměnných vnějších podmínkách, přejde po jisté době samovolně do rovnovážného stavu. Setrvává v něm, dokud zůstanou tyto podmínky zachovány. Rozdělení otevřené: dochází k výměně hmoty a tepla s okolím uzavřené: nedochází k výměně hmoty s okolím izolované: nedochází k výměně hmoty ani tepla s okolím neizolované: dochází pouze k výměně tepla s okolím, hmoty nikoliv

Termodynamické systémy

Kalorimetrie tepelná kapacita měrná tepelná kapacita Kalorimetrická rovnice:

1. Termodynamický zákon zákon zachování energie Vnitřní energii soustavy lze zvýšit dodáním tepla Q nebo dodáním práce W (nebo obojím).

Aplikace 1. termodynamického zákona Izochorický děj Izotermický děj Izobarický děj Adiabatický děj

Funkce chladničky kompresor žene chladicí směs (plyn) pod vysokým tlakem do výměníku (adiabatická komprese) – ohřátí chladícího plynu tam se zkapalňuje a odevzdává při teplotě skupenského přechodu (izoterma) teplo do okolí = teplo na zadní části chladničky pak kapalina vstupuje do výparníku, kde je tlak výrazně nižší - adiabatická expanze vypařuje se a páry se odvádí zpět do kompresoru. V téhle fázi se na vypařování bere teplo z potravin v chladničce (izotermická expanze).

2. Termodynamický zákon Rudolf Clausius (1822–1888), 1850: Je nemožné cyklickým procesem přenášet teplo z chladnějšího tělesa na teplejší, aniž se přitom změní jisté množství práce na teplo.

William Thomson ( 1824–1907), od r. 1892 lord Kelvin 1851: Je nemožné cyklickým procesem odnímat jednomu tělesu teplo a měnit je v kladnou práci, aniž přitom přejde jisté množství tepla z tělesa teplejšího na chladnější.

Max Planck (1858–1947), 1930: Je nemožné sestrojit periodicky pracující stroj, který by trvale vykonával kladnou mechanickou práci pouze ochlazováním jednoho tělesa, aniž přitom dochází k jiným změnám v ostatních tělesech.

Perpetuum mobile druhého druhu (dle 2.TZ není možné sestrojit) dodané teplo systém vykonaná práce

Princip tepelného stroje dodané teplo systém vykonaná práce odevzdané teplo

Účinnost tepelného stroje Sadi Carnot (1796–1832) 1824: dokázal, že pro účinnost tepelného stroje platí: