Fyzika INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ učební obory druhý Mgr. Libor Vakrčka Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Fyzika 2. ročník učebních oborů INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Fyzika 2. ročník učebních oborů Obsah Termika Elektřina a magnetismus Vlnění, akustika, optika Fyzika atomu Vesmír Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Termika Fyzika učební obory druhý Mgr. Libor Vakrčka Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Prohlášení Prohlašuji, že jsem tento výukový materiál vypracoval(a) samostatně, a to na základě poznatků získaných praktickými zkušenostmi z pozice učitele ve Střední odborné škole Josefa Sousedíka Vsetín, a za použití níže uvedených informačních zdrojů a literatury. Tento výukový materiál byl připravován se záměrem zkvalitnit a zefektivnit výuku minimálně v 10 vyučovacích hodinách. Ve Vsetíně dne podpis autora Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

1.1. Částicové složení látek 1.2. Vnitřní energie tělesa INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah 1 1. kapitola:Termika 1.1. Částicové složení látek 1.2. Vnitřní energie tělesa 1.2.1. změna vnitřní energie konáním práce 1.2.2. změna vnitřní energie přeměnou jiného druhu energie 1.2.3. tepelná výměna Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

1.3.2. šíření tepla prouděním 1.3.2. šíření tepla zářením INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah 2 1. kapitola: Termika 1.3. Šíření tepla 1.3.1. šíření tepla vedením 1.3.2. šíření tepla prouděním 1.3.2. šíření tepla zářením 1.4. Změny skupenství 1.4.1 . tání a tuhnutí 1.4.2. vypařování, kapalnění, var 1.4.3. sublimace, desublimace 1.5. tepelné motory 1.6. teplotní roztažnost 1.7. shrnutí a procvičení učiva Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Fyzika 2. ročník Učební obory: Elektrikář-silnoproud Tesař Zedník Instalatér Truhlář

1.termika

1.1. ČÁSTICOVÉ SLOŽENÍ LÁTEK 1.    Látka jakéhokoliv skupenství se skládá z částic 2.     Částice se v látce neustále a neuspořádaně pohybují. 3.     Částice na sebe navzájem působí silami (při malých vzdálenost odpudivé, při větších vzdálenostech přitažlivé). Pevná látka je složena s částic s pravidelným uspořádáním - částice vytvářejí krystalovou strukturu. Existují však látky (amorfní látky), které tuto strukturu nemají (vosk, sklo, pryskyřice, …). Střední vzdálenosti částic jsou malé » stálý tvar, a objem. video 1. Video – složky vnitřní energie

1.1. Částicové složení látek Kapalná látka molekuly jsou k sobě přitahovány molekulami sousedními, ale zároveň vzájemné působení molekul kapaliny není tak silné jako u pevných látek. Kmitají kolem rovnovážných poloh, které se s časem mění. Působí-li na kapalinu vnější síla, dějí se přesuny molekul převážně ve směru působící síly. Proto je kapalina tekutá a nezachovává si svůj tvar. video 1. Video – složky vnitřní energie

1.1. Částicové složení látek Plynná látka střední vzdálenosti mezi molekulami jsou ve srovnání s jejich rozměry velké » stlačitelnost, rozpínavost video 1. Video – složky vnitřní energie

1.1. Částicové složení látek Všechny látky se skládají z částic (atomy, molekuly),které vykonávají neustálý neuspořádaný pohyb a které na sebe navzájem silově působí Částice uvnitř tělesa mají pohybovou (kinetickou) energii (závisí na rychlosti neuspořádaného pohybu) a současně mají i polohovou (potenciální) energii (závisí na vzájemném silovém působení mezi částicemi) 1. Video – složky vnitřní energie

Složky vnitřní energie video Kinetická Potenciální Chemická Jaderná

1.2. Vnitřní energie tělesa Pohybová energie částic Představuje neuspořádaný pohyb částic Polohová energie částic Představuje vzájemné silové působení mezi částicemi Video – vnitřní energie a teplota Video – vnitřní energie plynného tělesa +

Vnitřní energie plynného tělesa video

1.2. Souvislost vnitřní energie a teploty tělesa Zvýšení vnitřní energie tělesa (zvýšení průměrné kinetické energie jeho částic) se projeví zvýšením jeho teploty a naopak. Video – změna vnitřní energie video

1.2. Změna vnitřní energie - teplo teplota teplo Popis Charakterizuje tepelný stav tělesa Energie, kterou si vyměňují tělesa různé teploty Závisí na rychlosti neuspořádaného pohybu částic Vyjadřuje změnu vnitřní energie Měření Teploměrem Nelze přímo změřit Značka t Q Jednotka °C, K J Video – změna prací Video – změna prací 2 Vnitřní energii tělesa můžeme změnit Konáním práce Přeměnou jiného druhu energie Tepelnou výměnou

video

1.2.1. Změna vnitřní energie – konáním práce video Přírůstek vnitřní energie ΔU je roven součtu práce W vykonané silami, kterými okolní tělesa působí na soustavu, a tepla Q odevzdaného okolními tělesy soustavě ΔU = W + Q

Teplo přijaté nebo odevzdané tělesem Q závisí na: 1.2.3. TEPELNÁ VÝMĚNA Teplo přijaté nebo odevzdané tělesem Q závisí na: hmotnosti tělesa m (kg) rozdílu počáteční t1(°C) a konečné teploty t2 (°C) na druhu látky c (kJ/kg .°C) = měrná tepelná kapacita udává teplo, které přijme (odevzdá) těleso z dané látky o hmotnosti 1kg při zahřátí (zchladnutí) o 1°C Video – tepelná výměna 1 Video – tepelná výměna 2 Q = m . c . ( t2 – t1 )

1.2.3. TEPELNÁ VÝMĚNA Jaké množství tepla je potřeba k uvaření 1,5l vody v měděném kotlíku o hmotnosti 500g a počáteční teplotou 20°C. Voda V=1,5l =0,0015m3 ρ(vody)=1000kg/m3 m= ρ.V=1000.0,0015=1,5kg c=4,18 kJ/kg .°C t1=20°C t2=100°C(var vody) Q 1=1,5 . 4,18 . (100-20)=501,6kJ Q = Q 1 + Q 2 = 516,8kJ Měděný kotlík m=500g=0,5kg c=0,38 kJ/kg .°C t1=20°C t2=100°C(var vody) Q 2=0,5 . 0,38 . (100-20)=15,2kJ

1.2.3. TEPELNÁ VÝMĚNA m = Q : c . (Δt) c = Q : m . (Δt) Δt = Q : m . c m.c.(t2-t1) m = Q : c . (Δt) c = Q : m . (Δt) Δt = Q : m . c Δt = t2-t1

1.2.3. TEPELNÁ VÝMĚNA O kolik °C se zvýší teplota lihu o hmotnosti 300g, kterému dodáme 37,05kJ tepla m=300g=0,3kg Q=37,05kJ c=2,47 kJ/kg .°C Δt = Q : (m . c) = 37,05 : (0,3 . 2,47) = 50°C

video

1.2.3. TEPELNÁ VÝMĚNA m1 . c1 . ( t - t1 ) = m2 . c2 . ( t2 – t ) V izolované soustavě je při tepelné výměně teplo přijaté tělesem o nižší teplotě (t1) rovno teplu odevzdanému tělesem o vyšší teplotě (t2). t = výsledná teplota obou těles m1 . c1 . ( t - t1 ) = m2 . c2 . ( t2 – t )

1.3. Šíření tepla Vedení tepla (pevné látky) Proudění tepla (kapaliny, plyny) Tepelné záření (i vakuum)

1.3.1. Vedení tepla Tepelná výměna vedením nastane v tělese tehdy, je-li teplota dvou jeho částí různá. Částice v teplejším místě předávají část své energie částicím v místě s nižší teplotou. Teplo se šíří postupně celým tělesem. Tepelné vodiče (kovy …) Tepelné izolanty (dřevo, sklo, vakuum …)

video

1.3.2. Proudění tepla Zahřátá kapalina (plyn) má menší hustotu, a proto stoupá vzhůru, na její místo se dostává chladnější kapalina (plyn) z horních vrstev a naopak. Aby došlo k proudění tepla, musíme kapalinu plyn vždy zahřívat zdola nebo ochlazovat shora

video

video video

1.3.3. Tepelné záření je elektromagnetické záření o vlnové délce (λ /m) 700nm – 1mm. Tepelné (infračervené) záření vydává každé zahřáté těleso, šíří se i ve vakuu. Dopadá-li tepelné záření na těleso, část záření se odráží, část tělesem prochází a část pohlcuje. Vnitřní energie tělesa se zvětší o energii pohlceného záření

video

1.4. Změny skupenství video Pevná látka kapalina plyn desublimace tání Vnitřní energie pevné látky Vnitřní energie kapaliny Vnitřní energie plynu desublimace vypařování tání Pevná látka kapalina plyn tuhnutí kapalnění sublimace video

1.4.1.Tání a tuhnutí Tání je děj, při kterém se pevná látky mění v kapalinu. Teplota, při které pevná látky taje, se nazývá teplota tání (tt). Tuhnutí je děj, při kterém se kapalina mění v pevnou látku. Teplotě, při které k tuhnutí dochází, říkáme teplota tuhnutí (tt). Teplota tuhnutí krystalických látek je stejné jako jejich teplota tání. Teplo, které spotřebuje 1 kg pevné látky (při teplotě tání) k přeměně na kapalinu (stejné teploty), nazýváme měrné skupenské teplo tání a označujeme ho lt (kJ/kg).

video

1.4.1. VÝPOČET MNOŽSTVÍ TEPLA POTŘEBNÉHO K ROZTAVENÍ LEDU Teplota (°C) Voda – konečná teplota = 5°C Teplo potřebné k přeměně ledu na vodu Q2 = m . lt Led – t=počáteční teplota = -5°C Teplo potřebné k dosažení teploty tání (tt=0°C) Q1= m . c . ( tt – t )

1.4.1. VÝPOČET MNOŽSTVÍ TEPLA POTŘEBNÉHO K ROZTAVENÍ TĚLESA Množství tepla potřebné k zahřátí tělesa na teplotu tání Q = m . c . ( tt - t ) Množství tepla, které musíme dodat tělesu z dané pevné látky zahřátému na teplotu tání, aby se přeměnilo na kapalinu téže teploty (skupenské teplo tání Lt /kJ) Lt = m . lt t = počáteční teplota tělesa Q = m . c . ( tt – t ) + m . lt

1.4.1. VÝPOČET MNOŽSTVÍ TEPLA POTŘEBNÉHO K ROZTAVENÍ TĚLESA Jaké množství tepla je třeba k roztavení kostky ledu o hmotnosti 100g a počáteční teplotě -5°C m=100g=0,1kg c=2,1 kJ/kg .°C tt=0°C t=-5°C lt=334kJ/kg Q=0,1 . 2,1 . [0 – (-5)] + 0,1 . 334 = 34,45kJ 1,05kJ 33,4kJ

1.4.2. Vypařování, kapalnění, var Vypařování děj, při kterém se kapalina mění v plyn. Vypařování kapaliny se děje za každé teploty. Rychlost, jakou se kapalina vypařuje, závisí na teplotě kapaliny, velikosti povrchu kapaliny, chemickém složení kapaliny a odvádění vznikajících par. Opačným dějem k vypařování je kapalnění (kondenzace) příklad mlha rosa

Vypařování video Var video Kapalnění video

1.4.2. Vypařování, kapalnění, var Var je děj, při kterém se kapalina přeměňuje v plyn v celém objemu. Teplota, při které dochází k varu, se nazývá teplota varu. Její hodnota závisí nejen na chemickém složení kapaliny, ale také na tlaku nad povrchem kapaliny. video

Přehřátá kapalina video ke změně skupenství stačí i nepatrný impuls …

1.4.3. Sublimace,desublimace Sublimace je děj, při kterém se pevná látky mění přímo v plyn. Opačným dějem je desublimace, při které se plyn přeměňuje přímo v pevnou látku (led, jód). Příklad – jinovatka (vodní pára, která desublimovala při nočním ochlazení)

1.5. TEPELNÉ MOTORY Tepelné motory přeměňují část vnitřní energie paliva uvolněné hořením na energii mechanickou Rozdělení Parní (parní stroj, turbína) Spalovací (zážehový, vznětový) Reaktivní (proudová letadla, rakety)

Zážehový čtyřdobý motor 1.5. TEPELNÉ MOTORY Zážehový čtyřdobý motor 1.Sání – píst se pohybuje směrem do dolní úvrati(DÚ), přes sací ventil je nasávána pohonná směs. 2.Komprese – píst se pohybuje směrem do horní úvrati (HÚ). Oba ventily jsou uzavřené. Nasátá směs zmenšuje svůj objem, zvětšuje tlak a teplotu. Těsně před horní úvratí je směs zapálena elektrickou jiskrou 3.Expanze – oba ventily jsou uzavřené. Směs paliva a vzduchu zapálená elektrickou jiskrou shoří. V pracovním prostoru válce se prudce zvýší teplota i tlak vzniklých plynů. Ty expandují a během pohybu pístu směrem dolů konají práci. 4.Výfuk – píst se pohybuje směrem do HÚ. Výfukový ventil je otevřený. Spaliny z pracovního prostoru válce jsou vytlačovány do výfukového potrubí. benzín

Vznětový čtyřdobý motor 1.5. TEPELNÉ MOTORY 1.Sání – nasává vzduch 2.Komprese – Po uzavření sacího ventilu se nasátý vzduch stlačuje, píst se pohybuje k horní úvrati, jeho teplota roste a tlak stoupá 3.Expanze – před horní úvratí je tryskou do válce vstříknuta čerpadlem pod tlakem přesně odměřená dávka paliva ), která je jemně rozprášena. Palivo začne hořet samovznícením ve vzduchu ohřátém kompresí 4.Výfuk – se otevírá výfukový ventil a spaliny jsou vytlačeny. Vznětový čtyřdobý motor (Dieselův, naftový motor) nafta

1.6. TEPLOTNÍ ROZTAŽNOST je jev, při kterém se po dodání/odebrání tepla tělesu (po zahřátí/ochlazení tělesa o určitou teplotu), změní délka (objem) tělesa. Většina látek se při zahřívání rozpíná, to znamená, že jejich molekuly se pohybují rychleji a dále od sebe. video

1.7. Shrnutí a procvičení učiva

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ A LITERATURY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ A LITERATURY František Jáchim, Jiří Tesař, Fyzika pro 9. ročník ZŠ,SPN Praha2001, str. 10-63, ISBN 80-7235-130-3 LANGMaster, Jak věci fungují 2, Fyzika, CD A, www.langmaster.cz Wikipedia - Encyklopedie na internetu RNDr. Milan Bednařík, CSc.,prof. RNDr Emanuel Svoboda, CSc., RNDr. Vlasta Kunzová, Fyzika II pro studijní obory SOU, 2. vydání, SPN Praha, str. 9-129 Ivan Štoll, Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU, 1.vydání, Prometheus Praha, str.87-118, ISBN 80-7196-223-6 Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky