stáhnout

8.3.2016
Stavové veličiny
Struktura a vlastnosti plynů
•
•
•
•
p – tlak (Pa)
V – objem (m3)
T – termodynamická teplota (K)
a jejich souvislost – např. pneumatika
ideální plyn
•
•
•
•
zanedbatelné rozměry molekul (stlačitelnost)
nepůsobí na sebe (kromě srážek)
dokonale pružné částice
rychlost molekul závisí na teplotě
– chaotický pohyb – viz aplet
• splněno zhruba za normálních podmínek
stavové změny
• je-li jedna stavová veličina konstantní
– izotermický děj (stálá teplota)
– izobarický (stálý tlak)
– izochorický (stálý objem)
• vymyslete příklady
• aplet
– pn = 101325 Pa
– tn = 0°C
Izobarický děj
Izotermický děj
• zvětšení tlaku =
zmenšení objemu
• p.V = konst
– (zákon BoyleMariotův)
• grafem je izoterma
• zahříváme a udržujeme
konstantní tlak –
zvětšuje se objem
• V/T = konst
– zákon Gay-Lussacův
• graf: izobara
– matematicky
hyperbola
1
8.3.2016
úlohy
Izochorický děj
• Teplota plynu se zvětšila při stálém tlaku z 27°C
na 39°C. O kolik procent se přitom zvětšil jeho
objem?
• neměnný objem
– nádoba vařiče
• p/T = konst
• o 4%
• V nádobě (10 l) je vzduch o tlaku 100 000 Pa,
spojíme tuto nádobu s menší (V = 6 l), ve které
je vakuum. Určete výsledný tlak.
– zákon Charlesův
• graf: izochora
• 62,5 kPa
• Objem bubliny, která se uvolnila u dna jezera, se
u jeho povrchu zvětšil třikrát. Určete hloubku
jezera. Atmosférický tlak je 101 325 Pa.
• 20 ,3 m
• Na jakou teplotu je třeba při konstantním
tlaku zahřát plyn stálé hmotnosti, aby se jeho
objem v porovnání s objemem při teplotě 0°C
zvětšil dvakrát?
• 273 °C
• př. 3 / 207
• př. 5 / 207
stavová rovnice ideálního plynu
• není-li žádná veličina konstantní:
• konstanta na pravé straně:
p.V
 konst
T
p.V
 n.R
T
– n ... látkové množství
– R ... molární plynová konstanta (R = 8,31 J/K.mol)
• úpravou dostaneme
p.Vm  R.T
úlohy
• př. str. 209 (199) - V nádobě uzavřené pístem
je 5 l vzduchu o teplotě 27°C a tlaku 100 kPa.
Vzduch v nádobě ohřejeme na 37°C a jeho
objem stlačíme na polovinu. Určete tlak plynu.
• 207 kPa
• př. str. 210 (200) - V tlakové nádobě s kyslíkem
je při teplotě 17°C tlak 900 kPa. Vnitřní objem
nádoby je 20l. Určete hmotnost kyslíku.
• 240 g
Plyn při nízkém tlaku a teplotě
• význam v praxi
– výroba polovodičů, integrovaných obvodů, chem.
prvků,
– konzervace potravin, ...
• odčerpání vzduchu vývěvou – vzniká vakuum
– v průmyslu 103 – 10-4 Pa (do 10-1 – mechanické
vývěvy)
– 10-1 – 10-6 Pa – vysoké vakuum
2
8.3.2016
Kritická teplota
• pro každý plyn existuje teplota, nad kterou jej
nelze žádným způsobem zkapalnit
– př: vzduch ... -141 °C, helium .... – 269°C = 4K
– chladírenská technika
• 3. termodynamický zákon
– nelze dosáhnout teploty 0K
Kruhový děj
• cyklický (opakující se) proces v plynu (např. v pístu
motoru)
• př.:
• aplet tepelný stroj
• účinnost tepelného stroje

W ' Q1  Q2
Q

 1 2
Q1
Q1
Q1
• je menší než 1
• 2. termodynamický zákon – nelze sestrojit
perpetuum mobile - stroj, který by pouze odebíral
teplo a měnil jej na práci
Tepelné motory
• parní motory
– parní stroj
– parní turbína – obr. 9.11 – str. 220
• v elektrárnách tepelných, jaderných
• spalovací motory
– plynová turbína
– zážehový (benzínový) motor
– vznětový (diesel) motor
• reaktivní motory
– proudový motor (potřebuje vzduch z okolí)
– raketový motor
3