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 DUMuPráce ideálního plynu 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 Anotace Žáci získají nové znalosti z fyziky a naučí se orientovat v základních pojmech práce ideálního plynu, teplo a vnitřní energie Vybavení, pomůcky- Klíčová slovaPráce ideálního plynu Datum PRÁCE IDEÁLNÍHO PLYNU

2 Práce ideálního plynu Doposud jsme se zabývali případem, kdy se zvětší vnitřní energie ΔU konáním práce W a dodaným teplem Q. Práce W – vnější síly působí na píst, dodané teplo Q – tepelnou výměnou zahříváme plyn. 1.TDZ: ΔU = Q + W V mnoha zařízeních naopak práci koná plyn – např. automobilové motory. Ve válci se zapálí výbušná směs, teplota plynu se zvýší (zvýší se vnitřní energie) a současně se plyn rozpíná, tlačí na píst a koná práci. Spálením směsi vzniklo teplo, které se změnilo na zvýšení vnitřní energie, ale ta se současně zmenšila, protože plyn konal práci (kdyby byl píst zablokovaný, veškeré teplo by se změnilo na jen na přírůstek ΔU).

3 Změníme konvenci 1.TDZ: W>0 – plyn koná práci Q>0 – teplo je dodáváno ΔU>0 – vnitřní energie se zvětšuje. Pak zákon napíšeme ve tvaru: ΔU = Q – W nebo po úpravě: Q = ΔU + W Teplo Q přijaté plynem při tepelné výměně se rovná součtu přírůstku jeho vnitřní energie a práce vykonané plynem. V přírodě i technické praxi je běžný ještě jeden děj (kromě tří dějů uvedených dříve) – adiabatický děj.

4 Adiabatický děj Je opakem izotermického děje (nemění se vnitřní energie a teplo dodané plynu se mění na práci: ΔU = 0, Q = W, to nastane v případě, že mezi plynem a okolím probíhá dokonalá tepelná výměna a při pohybu pístu plyn okamžitě přijme teplo). Adiabatická změna naopak probíhá při dokonalé tepelné izolaci plynu, tepelná výměna neprobíhá (Q = 0). Plyn koná práci na úkor své vnitřní energie: W = - ΔU. Toto snížení vnitřní energie se projeví snížením teploty plynu. Tento děj nastane v případě, že změny objemu jsou tak rychlé, že plyn nestačí tepelnou výměnou přijmout z okolí potřebné teplo.

5 Při rychlém zvětšení objemu plynu (adiabatické rozpínání – expanze) se teplota plynu sníží a při rychlém zmenšení objemu plynu (adiabatické stlačení – komprese) se naopak teplota plynu zvýší. Adiabatická komprese - huštění pumpičkou, pumpička se zahřívá, kdybychom pístem pohybovali pomalu, teplota hustilky by se vyrovnávala s okolím a děj by probíhal izotermicky! Adiabatická expanze – zašroubování sifonové bombičky do láhve – sifonová bombička se značně ochladí. V technické praxi se adiabatická expanze používá v chladících zařízeních k získávání nízkých teplot.

6

7 adiabata Př.: Proč není u zážehových motorů taková komprese jako u vznětových? U zážehového motoru je ve válci už směs benzín a vzduch, při vysoké kompresi by směs samovolně

8 hořela a vznikal by samozápal, plyn by mohl pracovat i proti pohybu pístu….. Př.: Vysvětli fyzikální rozdíl těchto dějů: a)Zahřívání vzduchu tělesem ústředního topení (radiátor) b)Zahřívání vzduchu při huštění míče a)Vzduch se zahřívá tepelnou výměnou b)Vzduch se zahřívá konáním práce Př.: Vznik bouřkové oblačnosti – vzduch se u povrchu Země ohřívá, prudce stoupá vzhůru do velké výšky, tam dojde k adiabatické expanzi vzduchu nasyceného vodní párou. Za určitých podmínek mohou vzniknout i kroupy. Proč?

9 Při adiabatické expanzi dochází k ochlazování plynu. Někdy je ochlazení tak velké, že teplota klesne pod 0°C a vznikají kroupy.

Použité zdroje LEPIL, Oldřich. Fyzika pro střední školy vyd. Praha: Prometheus, 1995, 270 s. ISBN r/Soubor:Adiabatic.svghttp://cs.wikipedia.org/wiki/Adiabatick%C3%BD_d%C4%9Bj#mediaviewe r/Soubor:Adiabatic.svg [cit.: ] 10