Digitální učební materiál Autor: Ing. Bc. Pavel Kolář Předmět/vzdělávací oblast: Základy přírodních věd - Fyzika Tematická oblast: TERMIKA Téma: Adiabatický děj Ročník: 2. Datum vytvoření: listopad 2013 Název: VY_32_INOVACE_08.2.12.FYZ Anotace: Učební materiál podává vysvětlení adiabatického děje s ideálním plynem. Uvádí možnosti praktického využití adiabatického děje. Seznamuje s Poissonovým zákonem. Metodický pokyn: Prezentace je primárně určena ke zkvalitnění výuky v hodinách fyziky, ale může být využita i k samostudiu nebo pro distanční formu vzdělávání. Otázky na konci tématu ověří u žáků pochopení probíraného učiva. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků (PC a dataprojektoru).

Adiabatický děj s ideálním plynem

Adiabatický děj s ideálním plynem Při adiabatickém ději neprobíhá tepelná výměna mezi plynem a okolím; Plyn nepřijímá ani neodevzdává teplo Q (Q = 0 J) a z prvního termodynamického zákona : plyne: Adiabatický děj nastává v případě, když změna objemu plynu proběhne velmi rychle.

Adiabatická komprese (stlačení) Rychlé zmenšení objemu plynu; Práci koná vnější síla, která stlačuje píst: a tedy Vnitřní energie plynu se zvyšuje a plyn se zahřívá; Využití: V praxi se adiabatické komprese využívá například u vznětových motorů.

Obrázek 12.1. Vznětový motor Vznětový motor (Dieselův) Nasátý vzduch se ve válci motoru adiabaticky stlačuje a tím se zahřeje na teplotu asi 600 °C; Do horkého vzduchu se vstříkne vstřikovačem nafta, která se samovolně vznítí a postupně spaluje; Vznětový motor nemá zapalovací svíčku; Účinnost vznětových motorů je od 30 % do 45 %. Obrázek 12.1. Vznětový motor

Adiabatická expanze (rozpínání) Rychlé zvětšení objemu plynu; Práci koná plyn na úkor své vnitřní energie: a tedy Vnitřní energie plynu se snižuje a plyn se ochladí; Využití: V praxi se adiabatické expanze využívá například k získávání nízkých teplot v chladících zařízeních.

Obrázek 12.2. Sněhový hasicí přístroj Obsahuje stlačený oxid uhličitý CO2, který má pokojovou teplotu; Při otevření ventilu se unikající oxid uhličitý adiabatickou expanzí ochladí a vznikají vločky pevného CO2; Hasicí přístroj sfoukne plamen, ochladí hašenou látku a zamezí přístup kyslíku; Vhodný k hašení elektrických zařízení, potravin, knih, atd. Obrázek 12.2. Sněhový hasicí přístroj

Poissonův zákon Platí pro adiabatický děj s ideálním plynem; nebo  je Poissonova konstanta (  1); Poissonova konstanta závisí na druhu plynu a její hodnoty jsou uvedeny v tabulkách.

Obrázek 12.3. Adiabata a izoterma ideálního plynu Poissonův zákon Graf závislosti tlaku p plynu na objemu V plynu při adiabatickém ději se nazývá adiabata. Obrázek 12.3. Adiabata a izoterma ideálního plynu

Shrnutí nejdůležitějších poznatků Při adiabatickém ději plyn nepřijímá ani neodevzdává teplo Q: Při adiabatické kompresi (rychlém stlačení) se plyn zahřívá; Při adiabatické expanzi (rychlém rozpínání) se plyn ochlazuje; Pro adiabatický děj s ideálním plynem platí Poissonův zákon:

Otázky a úkoly Vypuštěním oxidu uhličitého (CO2) ze sifonové bombičky, se bombička prudce ochladí. Vysvětlete proč. Dochází k adiabatické expanzi oxidu uhličitého a k jeho prudkému ochlazení. Proč dojde při huštění pneumatiky k zahřátí stlačeného vzduchu? O jaký děj s plynem se jedná? Při rychlém stlačení vzduchu, nestihne mezi vzduchem a okolím proběhnout tepelná výměna a vzduch se zahřívá. Jedná se o adiabatickou kompresi. Popište funkci vznětového motoru. Pracuje zážehový motor na stejném principu? Vznětový motor: Adiabatickou kompresí vzduchu ve válci dojde k jeho zahřátí. Nafta vstříknutá do horkého vzduchu se vznítí a postupně prohoří. Zážehový motor: Směs paliva se vzduchem se zapaluje elektrickou jiskrou. Přílišné zahřátí vzduchu při stlačení, vede k nežádoucímu samovznícení paliva.

Otázky a úkoly Vysvětlete rozdíl mezi adiabatickým a izotermickým dějem. Adiabatický děj: Rychlý průběh děje, nestihne proběhnout tepelná výměna mezi plynem a okolím, teplota plynu se mění. Izotermický děj: Pomalý průběh děje, probíhá tepelná výměna mezi plynem a okolím, teplota plynu se nemění. Uveďte další příklady praktického využití adiabatického děje. Například využití adiabatické expanze při zkapalňování plynů.

Použité zdroje LEPIL, Oldřich, BEDNAŘÍK, Milan, HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro střední školy I. 4. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 266 s. Učebnice pro střední školy. ISBN 80-7196-184-1. BEDNAŘÍK, Milan, KUNZOVÁ, Vlasta, SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro studijní obory SOU. 1. vyd. Praha: SPN, 1986, 216 s. Učebnice pro střední školy. Autorem obrázků, pokud není uvedeno jinak, je autor výukového materiálu.