Název školyStřední odborná škola a Gymnázium Staré Město Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ AutorMgr. Radomír Tomášů Název šablonyIII/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název DUMuIdeální plyn Stupeň a typ vzděláváníStřední odborná škola s maturitou Vzdělávací oblastFyzika Vzdělávací obor36-47-M/01 Tematický okruhFyzika pro stavaře Druh učebního materiáluVýukový materiál Cílová skupinaŽák, 1. ročník AnotaceŽáci získají nové znalosti z fyziky a naučí se orientovat v základních pojmech ideální a reálný plyn Vybavení, pomůcky- Klíčová slovaIdeální a reálný plyn Datum IDEÁLNÍ PLYN

2 Plyny Ideální plyn Budeme se zabývat ději v plynech, při kterých se mění stav plynu. Takové děje jsou například stlačování plynu pod pístem, zahřívání plynu a další. Tyto děje se uplatňují v motorech aut, v turbínách elektráren a v mnoha dalších technických zařízeních. Stav plynu popisujeme pomocí stavových veličin. Nejdůležitější stavové veličiny jsou tlak p, objem V a termodynamická teplota T. Pozn.: Při všech výpočtech budeme muset používat termodynamickou teplotu T, bude tedy nutné převádět teplotu ze °C na K (T = t + 273,15), nebo zaokrouhleně (T = t + 273).

3 Stavové veličiny spolu souvisí – např. jestliže na pneumatiku auta svítí slunce, vzduch v pneumatice se zahřívá, roste tedy jeho teplota a v pneumatice současně roste tlak. Jiný obdobný příklad – hustíme pneumatiku, při tom do pneumatiky přivádíme další objem a v pneumatice roste tlak,….. Tyto děje jsou popsány přesnými fyzikálními zákony, jejich platnost je ale ovlivněna vlastnostmi plynu (např. vzájemné působení molekul). Abychom děje v plynech zjednodušili, musíme zavést pojem ideální plyn, jinak by výpočty byly zbytečně složité a pochopení těchto dějů by jen komplikovaly. Ideální plyn je model, kterému se za určitých podmínek reálný plyn dost přibližuje.

4 Ideální plyn – nemá vnitřní tření a je dokonale stlačitelný, je tvořen velkým počtem molekul, které splňují tyto předpoklady – molekuly mají: a)zanedbatelné rozměry b)při vzájemných srážkách na sebe nepůsobí c)chovají se jako dokonale pružné částice (pozn.: dokonale pružná srážka – částice po nárazu do sebe neztratí energii a pokračují dál samostatně – platí zákon zachování hybnosti a zákon zachování mechanické energie; dokonale nepružná srážka – částice se do sebe „zaklesnou“ a dál pokračují společně – platí pouze zákon zachování hybnosti, část mechanické energie se přemění na jinou energii.

5 Model ideálního plynu – některé částice jsou červené, aby bylo snazší pozorovat jejich pohyb Důsledkem vlastností ideálního plynu je jeho dokonalá stlačitelnost a dokonalá tekutost.

6 Vnitřní energie ideálního plynu je rovna součtu kinetických energií jednotlivých molekul, které konají neuspořádaný tepelný pohyb; potenciální energie molekul je rovna nule. Vnitřní energie ideálního plynu závisí při stálém počtu částic jen na jeho teplotě, (vnitřní energie je přímo úměrná teplotě) a nezávisí na objemu plynu. Reálný plyn – molekuly mají objem a působí na sebe přitažlivými a odpudivými silami. Vnitřní energie se skládá i z potenciální složky energie. Reálný plyn se blíží vlastnostmi k ideálnímu za nízkého tlaku a vysoké teploty. Tento předpoklad splňují plyny již při normálních podmínkách: p n = Pa, t n = 0 °C.

7 Př.. Jaký pohyb konají molekuly ideálního plynu? Molekuly ideálního plynu konají neustálý neuspořádaný pohyb, srážky se stěnami i mezi sebou jsou dokonale pružné, molekuly na sebe nepůsobí žádnými silami. Př.: Máme 1 mol ideálního plynu a 1 mol reálného plynu. Oba mají stejnou teplotu. Který z nich má větší vnitřní energii a proč? Větší vnitřní energii má reálný plyn, protože jeho vnitřní energie má i složku potenciální energie, kterou ideální plyn nemá.

8 Př.: Kde je stav vzduchu, který se víc líží ideálnímu plynu – u povrchu Země nebo ve velké výšce? S rostoucí výškou klesá tlak i teplota. Klesající tlak zlepšuje ideálnost reálného plynu, naopak klesající teplota ideálnost zhoršuje…. V nadmořské výšce 5,5km je tlak poloviční (50kPa), v 11km je tlak desetinový (5kPa). Pokud je ve výšce 0m teplota 15°C, pak ve výšce 5,5km je teplota asi -20°C, v 11km asi -56°C (klesá ve standardní atmosféře asi o 6,5°C na 1km)….. V TD stupnici to je 288K, 253K, 217K, tedy poměr 0,88 resp. 0,75 (tlak 0,5 a 0,1) – ve výšce je plyn víc ideální.

9 Př.: Jaké vlastnosti má ideální plyn a čím je určena vnitřní energie plynu?

Použité zdroje LEPIL, Oldřich. Fyzika pro střední školy vyd. Praha: Prometheus, 1995, 270 s. ISBN [cit.: ] 10