Základy rovnovážné termodynamiky

Prezentace na téma: "Základy rovnovážné termodynamiky"— Transkript prezentace:

1 Základy rovnovážné termodynamiky
Pavel Kratochvíl Plzeň ZS 2014

2 Teplota – stavová veličina – vyjadřuje stav tělesa – studené x teplé
Základní pojmy Teplota – stavová veličina – vyjadřuje stav tělesa – studené x teplé Teplo = energie předávaná při tepelné výměně Tepelná výměna – proces, při kterém látka s vyšší teplotou předává část své vnitřní energie látce s nižší teplotou. Vnitřní energie – energie tepelných kmitů částic tělesa (látky)

3 Celsiova stupnice Anders Celsius ( 1701–1744) základní body: bod mrazu
bod varu vody (za normálního tlaku)

4 Kelvinova stupnice William Thomson ( 1824–1907), od r lord Kelvin základní body: absolutní nula trojný bod vody

5 Fahrenheitova stupnice
Daniel G. Fahrenheit ( 1686–1736), 3 základní body: *teplota tání směsi ledu a kuchyňské soli *teplota tání ledu *teplota zdravého lidského těla

6 Srovnání teplotních stupnic

7 Měření teploty Klementinum (od r. 1775) teplotní rekordy
záznam teploty více než dvě století ve stejný čas

8 Teploměry

9 Roztažnost látek délková a objemová roztažnost pevných látek
objemová roztažnost kapalin objemová roztažnost a rozpínavost plynů

10 Termodynamický systém - souhrn látek v prostoru, který je omezen myšlenou nebo skutečnou plochou (sklenice vody, válec motoru apod.). Uvnitř tohoto systému mohou probíhat změny. Tento systém můžeme popsat pomocí stavových veličin (teplota, objem, tlak, látkové množství apod.) Rovnovážný stav Soustava, která je od určitého okamžiku v neměnných vnějších podmínkách, přejde po jisté době samovolně do rovnovážného stavu. Setrvává v něm, dokud zůstanou tyto podmínky zachovány. Rozdělení otevřené: dochází k výměně hmoty a tepla s okolím uzavřené: nedochází k výměně hmoty s okolím izolované: nedochází k výměně hmoty ani tepla s okolím neizolované: dochází pouze k výměně tepla s okolím, hmoty nikoliv

11 Termodynamické systémy

12 Kalorimetrie tepelná kapacita měrná tepelná kapacita
Kalorimetrická rovnice:

13 1. Termodynamický zákon zákon zachování energie
Vnitřní energii soustavy lze zvýšit dodáním tepla Q nebo dodáním práce W (nebo obojím).

14 Aplikace 1. termodynamického zákona
Izochorický děj Izotermický děj Izobarický děj Adiabatický děj

15 Funkce chladničky kompresor žene chladicí směs (plyn) pod vysokým tlakem do výměníku (adiabatická komprese) – ohřátí chladícího plynu tam se zkapalňuje a odevzdává při teplotě skupenského přechodu (izoterma) teplo do okolí = teplo na zadní části chladničky pak kapalina vstupuje do výparníku, kde je tlak výrazně nižší - adiabatická expanze vypařuje se a páry se odvádí zpět do kompresoru. V téhle fázi se na vypařování bere teplo z potravin v chladničce (izotermická expanze).

16 2. Termodynamický zákon Rudolf Clausius (1822–1888), 1850:
Je nemožné cyklickým procesem přenášet teplo z chladnějšího tělesa na teplejší, aniž se přitom změní jisté množství práce na teplo.

17 William Thomson ( 1824–1907), od r lord Kelvin 1851: Je nemožné cyklickým procesem odnímat jednomu tělesu teplo a měnit je v kladnou práci, aniž přitom přejde jisté množství tepla z tělesa teplejšího na chladnější.

18 Max Planck (1858–1947), 1930: Je nemožné sestrojit periodicky pracující stroj, který by trvale vykonával kladnou mechanickou práci pouze ochlazováním jednoho tělesa, aniž přitom dochází k jiným změnám v ostatních tělesech.

19 Perpetuum mobile druhého druhu (dle 2.TZ není možné sestrojit)
dodané teplo systém vykonaná práce

20 Princip tepelného stroje
dodané teplo systém vykonaná práce odevzdané teplo

21 Účinnost tepelného stroje
Sadi Carnot (1796–1832) 1824: dokázal, že pro účinnost tepelného stroje platí: