KAPALINY Podmínky používání prezentace © RNDr. Jiří Kocourek 2013 Stažení, instalace na jednom počítači a použití pro soukromou potřebu jednoho uživatele je zdarma. Použití pro výuku jako podpůrný nástroj pro učitele či materiál pro samostudium žáka, rovněž tak použití jakýchkoli výstupů (obrázků, grafů atd.) pro výuku je podmíněno zakoupením licence pro užívání software E-učitel příslušnou školou. Cena licence je 270,- Kč ročně a opravňuje příslušnou školu k používání všech aplikací pro výuku zveřejněných na stránkách www.eucitel.cz. Na těchto stránkách je rovněž podrobné znění licenčních podmínek a formulář pro objednání licence. Pro jiný typ použití, zejména pro výdělečnou činnost, publikaci výstupů z programu atd., je třeba sjednat jiný typ licence. V tom případě kontaktujte autora (info@eucitel.cz) pro dojednání podmínek a smluvní ceny. OK © RNDr. Jiří Kocourek 2013

KAPALINY © RNDr. Jiří Kocourek 2013

Opakování: Částice v kapalinách nejsou tak volně pohyblivé jako v plynu, ale nejsou ještě pevně vázány jako v pevné látce. Sousední částice na sebe působí přitažlivými silami. Kinetická energie částic je srovnatelná s potenciální.

Opakování: Částice v kapalinách nejsou tak volně pohyblivé jako v plynu, ale nejsou ještě pevně vázány jako v pevné látce. Sousední částice na sebe působí přitažlivými silami. Kinetická energie částic je srovnatelná s potenciální. Na částici v kapalině působí ostatní částice v její blízkosti přitažlivými silami,

Povrchová vrstva kapaliny: Silové působení na částici uvnitř kapaliny je ve všech směrech stejné; síly se navzájem vyruší

Povrchová vrstva kapaliny: U povrchu kapaliny působí na částici více sil směrem dovnitř kapaliny; výsledná síla má směr kolmo k povrchu kapaliny. Silové působení na částici uvnitř kapaliny je ve všech směrech stejné; síly se navzájem vyruší

Povrchová vrstva kapaliny: Pokud bychom částici přemísťovali z vnitřku kapaliny k povrchu, museli bychom překonat sílu působící dovnitř – konali bychom práci. Částice na povrchu má tedy vyšší energii než částice uvnitř – nazývá se povrchová energie.

Povrchová vrstva kapaliny: Čím více částic je v povrchové vrstvě, tím větší je celková povrchová energie kapaliny.

Povrchová vrstva kapaliny: Čím více částic je v povrchové vrstvě, tím větší je celková povrchová energie kapaliny. Každá soustava se vždy snaží zaujmout stav s co nejmenší energií; kapalina proto vždy zaujme tvar s co nejmenším povrchem. Povrchová vrstva kapaliny se chová jako pružná blána – pokud změníme její tvar snaží se opět samovolně zaujmout tvar s nejmenším povrchem.

Povrchová vrstva kapaliny se chová jako pružná blána

Povrchová vrstva kapaliny: Při daném objemu má nejmenší možný povrch těleso tvaru koule. V beztížném stavu (nebo během volného pádu, vznášení atd.) zaujme kapalina vždy kulový tvar.

Povrchová vrstva kapaliny: Při daném objemu má nejmenší možný povrch těleso tvaru koule. V beztížném stavu (nebo během volného pádu, vznášení atd.) zaujme kapalina vždy kulový tvar.

Povrchová síla: Rámeček s mýdlovou blánou; jedna strana je volně pohyblivá:

Povrchová síla: Rámeček s mýdlovou blánou; jedna strana je volně pohyblivá: F Kapalina se opět snaží zaujmout tvar s minimálním povrchem – blána se smršťuje, na strany rámečku působí síla.

Povrchová síla: Rámeček s mýdlovou blánou; jedna strana je volně pohyblivá: F l Kapalina se opět snaží zaujmout tvar s minimálním povrchem – blána se smršťuje, na strany rámečku působí síla.

s ... povrchové napětí (jednotka N·m-1) Povrchová síla: Rámeček s mýdlovou blánou; jedna strana je volně pohyblivá: F l Kapalina se opět snaží zaujmout tvar s minimálním povrchem – blána se smršťuje, na strany rámečku působí síla. F ... povrchová síla; l ... délka okraje povrchové blány s ... povrchové napětí (jednotka N·m-1) Povrchové napětí závisí na druhu kapaliny a na okolním prostředí; např. pro vodu ve styku se vzduchem je = 0,073 N·m-1. s

Rozhraní pevné látky a kapaliny: Příklad: voda ve skleněné nádobě Na částici v blízkosti rozhraní pevné látky a kapaliny působí přitažlivé síly mezi částicemi kapaliny i síly přilnavosti mezi kapalinou a pevnou látkou.

Rozhraní pevné látky a kapaliny: Příklad: voda ve skleněné nádobě Na částici v blízkosti rozhraní pevné látky a kapaliny působí přitažlivé síly mezi částicemi kapaliny i síly přilnavosti mezi kapalinou a pevnou látkou.

Rozhraní pevné látky a kapaliny: Příklad: voda ve skleněné nádobě Pokud výslednice směřuje ven z kapaliny (jako v případě rozhraní voda – sklo), je povrch kapaliny u okraje vytažen mírně vzhůru; rovnováha se ustálí, pokud je volná hladina kolmá k výsledné působící síle.

Kapalina smáčí stěny nádoby Rozhraní pevné látky a kapaliny: Příklad: voda ve skleněné nádobě Kapalina smáčí stěny nádoby

Rozhraní pevné látky a kapaliny: Jiný příklad: rtuť ve skleněné nádobě

Rozhraní pevné látky a kapaliny: Jiný příklad: rtuť ve skleněné nádobě Pokud výslednice směřuje dovnitř kapaliny (jako v případě rozhraní rtuť – sklo), je povrch kapaliny u okraje stlačen; rovnováha se opět ustálí, pokud je volná hladina kolmá k výsledné působící síle.

Kapalina nesmáčí stěny nádoby Rozhraní pevné látky a kapaliny: Jiný příklad: rtuť ve skleněné nádobě Kapalina nesmáčí stěny nádoby

Zakřivený povrch kapaliny: Povrchová vrstva kapaliny se chová jako pružná blána – snaží se zaujmout tvar s co nejmenším povrchem. V homogenním gravitačním poli je to tvar s vodorovnou hladinou.

Zakřivený povrch kapaliny: Pokud se povrch z nějakého důvodu zakřiví, zvětší se jeho plocha a „pružná blána“ bude působit silami, které se budou snažit zaujmout zpět její rovinný tvar.

Zakřivený povrch kapaliny: Pokud se povrch z nějakého důvodu zakřiví, zvětší se jeho plocha a „pružná blána“ bude působit silami, které se budou snažit zaujmout zpět její rovinný tvar. Pod vypuklým povrchem působí síly dovnitř kapaliny; zvyšují tlak v kapalině

Pod dutým povrchem působí síly ven z kapaliny; snižují tlak v kapalině Zakřivený povrch kapaliny: Pokud se povrch z nějakého důvodu zakřiví, zvětší se jeho plocha a „pružná blána“ bude působit silami, které se budou snažit zaujmout zpět její rovinný tvar. Pod vypuklým povrchem působí síly dovnitř kapaliny; zvyšují tlak v kapalině Pod dutým povrchem působí síly ven z kapaliny; snižují tlak v kapalině

Zakřivený povrch kapaliny: Pokud se povrch z nějakého důvodu zakřiví, zvětší se jeho plocha a „pružná blána“ bude působit silami, které se budou snažit zaujmout zpět její rovinný tvar. Pod vypuklým povrchem působí síly dovnitř kapaliny; zvyšují tlak v kapalině Pod dutým povrchem působí síly ven z kapaliny; snižují tlak v kapalině Tlak způsobený zakřivením povrchu kapaliny se nazývá kapilární tlak.

Zakřivený povrch kapaliny: Kapilární tlak v kulové kapce nebo uvnitř bubliny kulového tvaru (např. vzduchová bublina ve vodě) závisí na poloměru kapky (bubliny) a povrchovém napětí příslušné kapaliny.

Kapilára: trubice s velmi malým vnitřním průměrem. Kapilarita Kapilára: trubice s velmi malým vnitřním průměrem.

Kapilarita Ponoříme-li kapiláru do kapaliny, vytvoří se uvnitř kapiláry zakřivený povrch (v případě, že kapalina smáčí stěny kapiláry, je povrch dutý).

Kapilarita Uvnitř kapiláry se tedy působením kapilárního tlaku sníží celkový tlak v kapalině a okolní kapalina s vyšším tlakem vytlačí sloupec kapaliny v kapiláře – kapilární elevace (vzlínání).

Kapilarita 2R h Rovnováha nastane, pokud hydrostatický tlak sloupce kapaliny vyrovná pokles tlaku způsobený kapilárním tlakem.

Kapilarita 2R h Poznámka: Uvedený vztah platí, pokud předpokládáme, že kapalina dokonale smáčí stěny kapiláry, tedy, že povrch kapaliny v kapiláře je přesná polokoule.

Kapilarita Pokud kapalina stěny nádoby nesmáčí, vytvoří se v kapiláře vypuklý povrch.

Kapilarita Kapilární tlak v tomto případě zvětší tlak v kapalině uvnitř kapiláry a hladina v kapiláře poklesne – kapilární deprese.

Kapilarita 2R h

Kapilarita Praktický význam: Vzlínání vody v půdě, vzlínání do stěn domů při špatné izolaci, nasávání roztaveného vosku nebo oleje do knotů ve svíčkách a lampách, vzlínání vody v cévách rostlin, atd.

Teplotní roztažnost kapalin

T0 T Teplotní roztažnost kapalin Při změně teploty mění kapaliny svůj objem. T0 T

T0 < T Teplotní roztažnost kapalin Při změně teploty mění kapaliny svůj objem. Ve většině případů se při zvýšení teploty objem zvětšuje. T0 < T

T0 < T Teplotní roztažnost kapalin Při změně teploty mění kapaliny svůj objem. Ve většině případů se při zvýšení teploty objem zvětšuje. T0 < T

b – teplotní součinitel objemové roztažnosti kapalin (jednotka K-1) Teplotní roztažnost kapalin Při změně teploty mění kapaliny svůj objem. Ve většině případů se při zvýšení teploty objem zvětšuje. b – teplotní součinitel objemové roztažnosti kapalin (jednotka K-1) Příklady (při teplotě 20°C): bvoda = 1,8·10 –4 K-1 bpetrolej= 9,6·10 –4 K-1 blíh = 11·10 –4 K-1 T0 < T

V0 V T0 < T Teplotní roztažnost kapalin Při změně teploty mění kapaliny svůj objem. Ve většině případů se při zvýšení teploty objem zvětšuje. V0 V T0 < T

V0 V T0 < T Teplotní roztažnost kapalin Při změně teploty mění kapaliny svůj objem. Ve většině případů se při zvýšení teploty objem zvětšuje. Hmotnost kapaliny je stále stejná, proto se při zvětšení objemu (a teploty) snižuje její hustota: V0 V T0 < T

Teplotní roztažnost kapalin Anomálie vody: 0°C

Teplotní roztažnost kapalin Anomálie vody: 0°C 4°C

0°C 4°C T > 4°C Teplotní roztažnost kapalin Anomálie vody: Voda má minimální objem (maximální hustotu) při 4°C. 0°C 4°C T > 4°C

Praktický význam teplotní roztažnosti kapalin: kapalinové teploměry

T < 0°C Praktický význam teplotní roztažnosti kapalin: led 0°C 4°C pomalé promrzání vody v přírodě kapalinové teploměry

Obrázky, animace a videa použité v prezentacích E-učitel jsou buď originálním dílem autora, nebo byly převzaty z volně dostupných internetových stránek.