Molekulová fyzika a termika

Měření teploty T = t + 273,15 Využíváme teplotní roztažnosti látek Celsiova teplota značí se t jednotka: Celsiův stupeň °C Termodynamická teplota značí se T jednotka: Kelvin K T = t + 273,15

Teploměry

Teplotní délková roztažnost tělesa závisí na materiálu, z něhož je těleso vyrobeno změna délky tělesa je přímo úměrná změně teploty …….počáteční teplota ….. konečná teplota …….počáteční délka tyče ……konečná délka ……..prodloužení tyče ……teplotní rozdíl …….teplotní součinitel délkové roztažnosti K-1

V tabulce jsou uvedeny hodnoty koeficientu teplotní délkové roztažnosti α pro 0 ° C až 100 ° C   látka a ¤ 10-6 . K-1 zlato 18,8 sklo 8,5 hliník 23,8 měď 16,7 železo 11 bronz 17,9

Bimetal = dvojkov je pásek ze dvou kovů o různých tepelných roztažnostech. Kovy jsou navzájem pevně spojeny . Při ohřívání nebo ochlazování dochází na různých stranách pásku k různému rozpínání kovů. To zapříčiní definovatelné prohnutí dvouvrstvého pásku. Vrstva kovu z materiálu s větší tepelnou roztažností se označuje jako aktivní a vrstva s menší tepelnou roztažností jako pasivní. Použití: měření a regulace teploty

Bimetal

Teplotní objemová roztažnost setkáváme se s ní u všech tří skupenství V1…….původní objem V……...konečný objem β...........teplotní součinitel objemové roztažnosti jednotka K-1

Anomálie vody Většina látek s rostoucí teplotou zvětšuje objem Voda je výjimka – nejmenší objem má při 4°C, od 4°C do 0°C se objem vody zvětšuje

Částicová stavba látek Látky se skládají z částic: molekul, atomů a iontů, které jsou v neustálém tepelném pohybu = neuspořádaný pohyb částic v závislosti na teplotě látky Brownův pohyb = neuspořádaný pohyb částic

Pevné látky Jsou složené z částic v malé vzdálenosti => uplatňují se přitažlivé síly Vlastnosti pevných látek: - zachovávají tvar a objem většina pevných látek má krystalovou strukturu s pravidelným uspořádáním částic tepelný pohyb částic má podobu kmitání kolem rovnovážných poloh

Kapaliny Mezi částicemi jsou menší přitažlivé síly než v pevných látkách Vlastnosti kapalin: zachovávají objem (jsou téměř nestlačitelné) mění tvar podle nádoby

Plyny Mezi částicemi jsou velmi malé přitažlivé síly. Vlastnosti plynů: nemají stálý tvar ani objem jsou dobře stlačitelné

atomová hmotnostní jednotka mu = 1/12 m(12C) = 1,66057 . 10-27 kg = 1 u mu……hmotnost atomové hmotnostní jednotky m(12C)…..hmotnost atomu izotopu uhlíku

relativní atomová hmotnost Ar(X) = m(X) /mu Ar(X) ……relativní atomová hmotnost m(X)……..hmotnost atomu X

relativní molekulová hmotnost Mr(AB) = m(AB)/ mu Mr(AB)…….relativní molekulová hmotnost m(AB)………hmotnost molekuly relativní molekulová hmotnost se vypočítá jako součet relativních atomových hmotností prvků Mr( AxBy) = x.Ar(A) + y.Ar(B)

Látkové množství Jeden mol je látkové množství vzorku,který obsahuje tolik částic , kolik atomů je obsaženo ve vzorku nuklidu 12C, jehož hmotnost je přesně 12 g. Počet částic v jednom molu udává Avogadrova konstanta NA = 6,023 .1023 n = N / NA n ………..látkové množství v molech N …………počet částic ve vzorku

Molární hmotnost M(X) = Mr(X) u . NA = Mr(X) g/mol 1u . NA = 1 g/mol M(X)…….molární hmotnost látky X M(X) = m(X) / n(X) m(X) ……..hmotnost látky X n(X) ………látkové množství látky X

Výměna energie mezi soustavami Celková energie systému   vnější vnitřní   kinetická potenciální V termodynamice se vnější energií nezabýváme – o systému uvažujeme tak, jako by se nalézal v místě nulové potenciální energie a nepohyboval se

Způsoby výměny energie s okolím Práce – takový způsob výměny energie, při němž působením nějaké síly dochází buď k posunu nebo otočení mikročástic či celých těles Teplo Q - souvisí s neuspořádaným pohybem molekul, s jejich kinetickou energií.

Vnitřní energie Vnitřní energie – U – je spojena s různými druhy pohybu a vzájemného působení částic a částí vytvářejících systém (translační, rotační, vibrační pohyb atomů v molekule nebo krystalové mřížce, energie vzájemného působení molekul a atomů, energie elektronů v atomech atd.) Absolutní hodnota U není známa, měří se pouze změny nebo ji vztahuje ke konvenční 0

První termodynamický princip Zákon zachování energie Jestliže systém přijme od okolí teplo Q a práci W vzroste jeho vnitřní energie o hodnotu U, která se rovná součtu dodané práce a tepla +W, +Q dodaná energie -W, -Q odevzdaná energie

Teplo Měření tepla – kalorimetrie Tepelná kapacita vyjadřuje, jaké teplo musíme tělesu dodat, aby se jeho teplota zvýšila o 1°C (tj. o 1K) Jednotka J/K

Kalorimetr Přístroj na měření tepla

Měrná (specifická) tepelná kapacita Značí se (malé) c = množství tepla, potřebné k ohřátí 1 kg (1g) soustavy o 1 K. Jednotka…………….J/K.kg, J/K.g

měrná tepelná kapacita při 20°C látka měrná tepelná kapacita při 20°C   [kJ kg-1 K-1] cín 0,23 hliník 0,9 led 2,1 měď 0,38 mosaz olovo 0,13 platina síra 0,72 voda 4,2 wolfram zlato železo 0,45

Molární tepelná kapacita Značí se (velké) C = množství tepla, potřebné k ohřátí 1molu soustavy o 1 K. Jednotka…….J/K.mol

Kalorimetrická rovnice Do kalorimetru s kapalinou o hmotnosti m1 a teplotě t1 vložíme těleso o hmotnosti m2 a teplotě t2. Teplota kapaliny se zvýší na konečnou teplotu t a tělesa se sníží.Kalorimetr s kapalinou a tělesem budeme považovat za izolovanou nádobu.Potom teplo Q1 přijaté kapalinou je rovno teplu Q2 odevzdanému tělesem

Přenos tepla vedením = přímým dotykem teplejšího a chladnějšího tělesa. Kmitající částice teplejšího tělesa předávají vzájemnými srážkami svoji vnitřní energii tělesu chladnějšímu. Tento proces probíhá v různých látkách různou rychlostí. Podle tepelné vodivosti rozlišujeme látky na tepelné vodiče a tepelné izolanty.

Vzduch (normální tlak) Hodnoty součinitele tepelné vodivosti vybraných materiálů při teplotě 25 °C. Látka λ (W·m-1·K-1) Diamant 895-2300 Stříbro 429 Měď 386 Zlato 317 Hliník 237 Mosaz 120 Železo 80,2 Platina 71,6 Olovo 35,3 Rtuť 8,514 Křemen 7.XII Led 2,2 Sklo 1,35 Voda 0,6062 Olej 0,13 Dřevo 0,04-0,35 Vlna 0,04 Pěnový polystyren 0,033 Vzduch (normální tlak) 0,0262

Přenos tepla prouděním Uplatňuje se v kapalinách a plynech Zahříváním se mění hustota látek, teplejší kapalina nebo plyn se přemísťuje do vyšších vrstev a nastává proudění látky.

Přenos tepla zářením Nevyžaduje, aby mezi zdrojem tepla a zahřívaným tělesem bylo látkové prostředí Každé těleso v závislosti na své teplotě vyzařuje tepelné záření. Při dopadu tepelného záření na těleso mohou nastat tři případy: záření se od povrchu odráží záření látkou prochází záření je látkou pohlcováno