Základy rovnovážné termodynamiky Jitka Prokšová KOF FPE

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

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

měrná tepelná kapacita molární tepelná kapacita příklady Kalorimetrie tepelná kapacita měrná tepelná kapacita molární tepelná kapacita příklady

Systémy

uzavřený systém otevřený systém energie energie částice

Rovnovážný stav termodynamické soustavy 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.

Stavová rovnice ideálního plynu tlak a objem plynu látkové množství univerzální plynová konstanta termodynamická teplota

První termodynamický zákon teplo vnitřní energie práce aplikace příklady (systémy)

Formulace prvního termodynamického zákona zákon zachování energie Vnitřní energii soustavy lze zvýšit dodáním tepla Q nebo dodáním práce W (nebo obojím).

Aplikace prvního termodynamického zákona děj: izochorický izobarický izotermický adiabatický

Formulace druhého termodynamického zákona 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 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:

Carnotův cyklus Cc

Druhy, princip činnosti Tepelná čerpadla Druhy, princip činnosti

Od idealizace ke skutečným dějům nevratnost - spojitost se zavedením nové veličiny entropie, souvislost entropie a míry neuspořádanosti soustavy, podle změny entropie v soustavě lze určit směr nevratného děje.

Entropie Rudolf Clausius: entrópos = vnitřní změna makroskopické hledisko: k definici změny entropie využívá termodynamické teploty soustavy a tepla, které soustava během daného děje získá nebo ztratí.

Aplikace pojmu entropie nerovnovážná termodynamika fyzika nízkých teplot chemie (katalytické reakce) biologie (disipativní struktury) kosmologie informatika ekonomie psychologie

Formulace druhého termodynamického zákona pomocí entropie: Entropie izolované soustavy roste při ději nevratném a zůstává stálá při ději vratném. Entropie izolované soustavy nikdy neklesá. Platí tedy

Třetí termodynamický zákon teploty v okolí 0K entropie tepelné koeficienty aplikace

Walther Nernst (1864–1941) 1906: Pro teplotu klesající k absolutní nule probíhá vratný izotermický děj bez změny entropie. Při absolutní nule splývá vratná izoterma s adiabatou.

Některé metody získávání velmi nízkých teplot konec 19. století: využití Joulova - Thomsonova jevu ke zkapalňování plynů při teplotách pod 100 K

Heike Kamerlingh-Onnes (1853–1926) zakladatel kryogenní laboratoře v Leidenu, zkapalnění He (1908) var kapalného He za sníženého tlaku (0,84 K) 1911: objev supravodivosti Hg (4,16 K) (NC 1913)

Základy kinetické teorie plynů

Model nový pohled na plyn - statistický přístup Avogadrova konstanta obrovské soubory molekul střední hodnoty makroskopických veličin transportní jevy

Brownův pohyb Animace

Kinetická teorie plynu Animace KTP

Termodynamická pravděpodobnost a míra neuspořádanosti Ludwig Boltzmann (1844–1906) Boltzmannův princip (1877): Entropie soustavy je funkcí pravděpodobnosti stavu soustavy.

izolovaná nádoba mikrostav, makrostav entropie: míra neuspořádanosti nejpravděpodobnější makrostav: maximální počet mikrostavů

Pravděpodobnost makrostavu: Počet mikrostavů:

Pravděpodobnost makrostavu:

Transportní jevy střední volná dráha tepelná vodivost viskozita difúze

Ideální plyn versus reálný plyn Van der Waalsova rovnice víceparametrové rovnice

Termodynamické zákony podle Murphyho Ve “hře” nemůžete nikdy vyhrát. V nejlepším případě dosáhnete pouze nerozhodného výsledku. Nerozhodného výsledku můžete dosáhnout pouze při teplotě 0 K. Teploty 0 K nemůžete nikdy dosáhnout.