Molekulová fyzika a termodynamika 1. KŠPA Kladno, s. r. o., Holandská 2531, 272 01 Kladno, www.1kspa.cz Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0292 Číslo materiálu: VY_32_INOVACE_FYZ-1-14 Tematický celek (sada): Fyzika Téma (název) materiálu: Molekulová fyzika a termodynamika Předmět: Ročník / Obor studia: 1. ročník / Cestovní ruch, Ekonomika a podnikání, Podnikání Autor / datum vytvoření: Ing. Bc. Jaroslava Horová/27.01.2013 Anotace: Žáci se seznámí s pojmem molekulová fyzika, termodynamika a naučí se rozlišovat pojmy teplo a teplota. Metodický pokyn: Určeno k prezentaci popřípadě k samostudiu. Tento výukový materiál vznikl v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost

Kinetická teorie látek Základní poznatky: látky se skládají z částic a mezi nimi jsou mezery částice se stále neuspořádaně pohybují – tepelný pohyb částice na sebe působí silami – přitažlivými a odpudivými.

Kinetická teorie látek Molekulová fyzika a termodynamika zkoumá vlastnosti látek. Nebere v úvahu částicové složení látek. Pracuje s veličinami, které jde měřit nebo z naměřených odvodit. Zkoumané těleso popř. soustavu těles nazýváme termodynamická soustava.

Důkazy pohybu molekul Tlak plynu je způsoben nárazy molekul na stěny nádoby. Vzájemné pronikání látek – difúze (u všech skupenství). Chaotický pohyb mikroskopicky pozorovatelných částic pevné látky v kapalině nebo plynu – Brownův pohyb.

Základní pojmy Termodynamiky Termodynamická soustava - skupina makroskopických objektů, která je oddělena od okolí myšleným nebo skutečným rozhraním (např. sklenice vody,…). Druhy termodynamických soustav: izolovaná – nedochází k výměně částic ani energie s okolím uzavřená – nedochází k výměně částic s okolím homogenní – všechny části mají stejné vlastnosti a jsou ve stejném stavu heterogenní – složená z homogenních částí oddělených hraničními plochami

Základní pojmy Termodynamiky Termodynamický děj – každá změna stavu termodynamické soustavy. Rovnovážný stav – stavové veličiny se nemění. Rovnovážný děj – termodynamický děj, který probíhá velmi pomalu. Vratný děj – děj, který proběhne jedním směrem a pak směrem opačným.

Vnitřní Energie Termodynamická soustava má energii mechanickou Em. Ek – kinetická energie Ep – potenciální energie Ee – elastická energie

Změna vnitřní energie Konáním práce – práci mohou konat tělesa působící na soustavu nebo koná práci sama soustava. Tepelnou výměnou

Teplo energie přenesená z jednoho tělesa na druhé formou neuspořádaného pohybu molekul teplo se značí Q, jednotkou je J (joule) je určeno energií, kterou při tepelné výměně odevzdá teplejší těleso chladnějšímu charakterizuje děj ne stav

Stanovení tepla c – měrná tepelná kapacita, pro různé látky je různá, závisí na teplotě [Jkg-1K-1] Jestliže dochází k výměně tepla mezi dvěma tělesy platí: kalorimetrická rovnice t – výsledná teplota obou těles

Teplota Fyzikální veličina – charakterizuje stav tělesa. Celsiova teplota t – jednotkou °C, rovnovážnému stavu vody a ledu je přiřazena teplota 0 °C, rovnovážnému stavu vařící vody a páry je přiřazena teplota 100 °C. Termodynamická teplota T – jednotkou je K (kelvin), rovnovážnému stavu ledu, vody a páry (trojný bod) je přiřazena teplota 273,16 K.

Termodynamické zákony 1. termodynamický zákon – platí pro změnu vnitřní energie U2 - konečná hodnota vnitřní energie U1 - počáteční hodnota vnitřní energie Q – teplo dodané soustavě W – práce vykonaná vnějšími silami

2. termodynamický zákon – nelze sestrojit periodicky pracující stroj, který by pouze přijímal teplo od ohřívače a konal stejně velkou práci. Takový tepelný stroj by měl účinnost rovnou jedné. (Perpetuum mobile)

Příklady K ohřátí vody je potřeba 8,4 MJ tepla. Určete, jaké množství tepla je potřeba na ohřátí 25 kg vody z 20 °C na 100 °C. Měrná tepelná kapacita vody je 4,2 kJ/kg°C. m = 25 kg t1 = 20 °C t2 = 100 °C c = 4,2 kJ/kg °C = 4 200 J/kg °C Q = ? [J] K ohřátí vody je potřeba 8,4 MJ tepla.

Příklady Jezírko v noci uvolní 5,67 GJ tepla. Horské jezírko má plochu 150 m2 a průměrnou hloubku 1,5 m.Přes den v něm slunce zahřeje vodu na 15 °C, v noci voda vychladne na 9 °C. Kolik tepla voda v noci uvolní? Hustota vody je 1000 kg/m3 a měrná tepelná kapacita vody je 4,2 kJ/kg °C. S = 150 m2 h = 1,5 m t1 = 15 °C t2 = 9 °C ρ = 1 000 kg/m3 c = 4,2 kJ/kg°C = 4 200 J/kg°C Jezírko v noci uvolní 5,67 GJ tepla.

Použité zdroje LANK, Vladimír; VONDRA, Miroslav. Fyzika v kostce pro střední školy. Praha: Fragment, s.r.o., 2007, ISBN 978-80-253-0228-6. SOUKUP, Václav; VESELÝ, Josef. Maturitní otázky fyzika. Praha: Fragment, s.r.o., 2007, ISBN 978-253-0501-0. Doc. RNDr. LEPIL CSc., Oldřich a kol. Fyzika, Sbírka úloh pro střední školy. Praha: Prometheus, spol. s.r.o., 2007, ISBN 978-80-7196-266-3. Materiály jsou určeny pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoli další využití podléhá autorskému zákonu.