1. termodynamický princip
Autor: babuska
Typ práce: Maturita
Typ práce: Maturita
Dátum: 16.09.2015
Jazyk:
Jazyk:
Rozsah: 1 290 slov
Počet zobrazení: 2 952
Počet zobrazení: 2 952
Tlačení: 252
Uložení: 259
Uložení: 259
1. termodynamický princip
- nauka o vzájemných přeměnách různých forem energie- je založena n a dvou větách ( zákonech), které byly vysloveny na základě dlouholetých zkušeností, jako axiony
- axiony – tvrzení bez důkazu
- termodynamický systém ( soustava) – část materiálního světa, kterou se z termodynamického hlediska zabýváme a je od okolního světa ohraničena pomyslnými nebo skutečnými stěnami
- dělení:
a) otevřený systém – soustava vyměňuje s okolím energii i hmotu
b) uzavřený systém – soustava vyměňuje s okolím pouze energii
c) izolovaný systém – soustava nevyměňuje ani hmotu
- další dělení:
a) homogenní systém – fyzikální a chemické vlastnosti jsou ve všech místech stejné nebo se pozvolna mění, soustava obsahuje jen jednu fázi
b) heterogenní soustava – tvořena alespoň 2 fázemi, vlastnosti se mění na fázovém rozhraní skokem
- stav systémů – je určen souhrnem vlastností vyjádřenými hodnotami fyzikálních veličin
- počet a druh veličin závisí na složitosti nezávislých fyz. veličin
- stavové veličiny – jsou funkcí pouze okamžitého stavu systému
- jejich změny závisí pouze na počátečním a konečném stavu
- nezávisí na cestě (průběhu)
- změna teploty: DT = T2 – T1
a) intenzivní – nezáleží na množství látky v soustavě ( teplota, viskozita…..)
b) extenzivní – záleží na množství látky v soustavě (objem, hmotnost…)
- každý termodynamický děj probíhá do stavu, při kterém se nemění hodnoty termodynamických veličin, hovoříme o termodynamické rovnováze
- termodynamický děj může být:
1) vratný (reverzibilní) – vychází ze stavu rovnováhy, je možné vyvolat děj v obou směrech nekonečně malou změnou
2) nevratný (ireverzibilní) - děje probíhající v přírodě, jako důsledek nějaké rovnováhy
- za daných podmínek se systém nemůže vrátit do původního stavu (hoření, exploze)
Vnitřní energie – souhrn všech energií uvnitř systému, translační a rotační pohyb molekul, energie elektronů atomů
- závisí na charakteru složek, stavu systému, který je dán hmotností, tlakem a teplotou
- stav systému nejvíce ovlivňuje tlak, teplota, objem a jsou vázány stavovou rovnicí, stav systému je určen 2 nezávislými proměnnými a ta třetí je závislá
- absolutní hodnotu vnitřní energie systému nelze zjistit, proto uvažujeme o její změně: DU = U2 – U1 jednotka: J/mol
- s okolím může soustava vyměňovat vnitřní energii ve formě tepla a práce
- systém koná práci, překoná-li vnější síly
Objemová práce – práce, při které se mnění objem soustavy
- zvětšováním objemu neboli expanze soustava práci koná, záporná práce
- zmenšováním objemu komprese, soustavě dodáváme práci, přímá práci, kladná práce W = -p.DV
Teplo Q – způsob výměny energie jinak než prací, souvisí to s neuspořádaným pohybem molekul
- kladné je teplo, které soustava přímá a záporné, které soustava odevzdává
1. Termodynamický princip
1. věta termodynamiky
- změna vnitřní energie se rovná součtu tepla a práce, které soustava vymění s okolím DU = Q + W
DU– změna vnitřní energie, je stavovou funkcí a její změna nezávisí na cestě děje
Q,W – nejsou stavové veličiny, soustava neobsahuje teplo ani práci jako takové, soustava může mít pouze vnitřní energii
- teplo, práce
Aplikace 1. věty termodynamiky:
1.izotermický děj – izotermická expanze, teplo je konstantní, budem pracovat s IP
situace: dodáme soustavě teplo, nemá-li teplota stoupnout musí se veškeré dodané teplo přeměnit na práci, kterou soustava vykoná
T = konst. DU = Q + W
QT = -WT
DUT = -WT + WT - DU = 0
- při izotermickém ději se vnitřní energie soustavy nemění
- podmínkou je, aby se veškeré dodané teplo přeměnilo na ekvivalentní množství práce,kterou soustava vykoná expanzí
a) Izotermická expanze
1) reverzibilní (vratná) – znakem této expanze je, že musí probíhat pomalu, aby se veškeré dodané teplo přeměnilo na práci (praktický význam je omezený)
- izotermická práce je spojena se změnou objemu soustavy, tato práce má diferenciální tvar
z integrujeme obě strany rovnice
- při snižování tlaku postupujeme po malých krocích, neustále zachováváme rovnovážný stav
2) Ireverzibilní (nevratná) – tlak náhle klesne z p1 na p2 - při tomto tlaku se
objem změní z V1 na V2
- při vratném ději soustava vykoná větší práci než při ději nevratném
b) Izotermická komprese
1) vratná IP: T = konst.
- provedeme opačný děj než je expanze, stejným způsobem
- potom musíme kompresí dodat tutéž práci, kterou jsme expanzí získali
- plyn se vrátí do původního stavu
- vycházíme z bodu 1, objem nám klesá a vzrůstá nám tlak
- platí zde sejné vztahy jako u expanze
2) nevratná – tlak prudce vzroste z p1 na p2 - při tlaku p2 dojde ke změně objemu z V1 na V2
- platí zde stejné vztahy jako u expanze nevratné
- okolí stojí nevratná komprese více práce než vratná komprese
Závěr: - práce konaná soustavou při vratné expanzi je maximální prací, kterou může soustava za daných podmínek konat
- práce potřebná k vratné kompresi je minimální prací, kterou je ke kompresi za daných podmínek potřeba
- pro okolí je vždy výhodnější přiblížit se k vratnému ději
4.Adiabatický děj
- probíhá v tepelně izolovaných soustavách, soustava nevyměňuje teplo s okolím - Q = 0 DU = Q + W - Qad = 0
- energie se může s okolím vyměňovat pouze prací DUad = Wad
- hlavním znakem adiabatického pochodu je kompresní zahřátí nebo expanzní ochlazení soustavy
- adiabatickou práci je možné určit ze změny vnitřní energie při izochorickém ději DUV = QV = n.CV.Dt
- práce při expanzi se koná na úkor vnitřní energie, sníží se teplota soustavy
- probíhá-li adiabatická expanze nebo komprese IP vratně (reverzibilně), platí mezi p, V, T Poissonovy rovnice
c - poissonova konstanta
- hodnoty c : Ne, He – 1,67 CO, N2, H2 – 1,4 CO2, SO2 – 1,30 - 1,33
2. Izochorický děj V = konst. - DV = 0 - p.DV = 0 - WV = 0
- máme-li v soustavě pouze ideálně se chovající plyn, lze u něj předpokládat pouze objemovou práci, ale ta je u izochorického děje nulová
- dosazením do 1. věty termodynamiky dostaneme:
DU = Q + W DUV = QV
- veškeré izochoricky dodané teplo se zvyšuje vnitřní energii soustavy a její teplota proto roste
- izochorický ohřev = zahřátí soustavy jejíž objem se nemění, je častým technickým příkladem (zahřívání v reaktoru)
3. Izobarický děj IP, p = konst.
- objem je proměnlivý, soustava je schopna konat nebo přijímat objemovou práci
- část tepla při izobarickém ohřátí se spotřebuje na vykonání práce a část se spotřebuje na zvýšení vnitřní energie to je k ohřátí
DUp = Qp + Wp - Qp = DUp – Wp DQp = DUp – ( - p.DV)
Qp = DUp + p.DV = DH DH……změna entalpie H = U + p.V
- teplo vyměněné mezi soustavou a okolím za konst. tlaku je rovno změně stavové funkce ENTALPII
- ENTALPIE je jedna z nejdůležitějších stavových veličin a její změna udává reakční teplo při izobarických ohřevech, kterých je většina
Tepelné kapacity
– tepelná kapacita K je množství tepla potřebného k ohřátí soustavy o 1K
- je to extenzivní veličina, je vhodné stáhnout ji na jednotkové množství látky
- rozlišujeme:
a) měrnou tepelnou kapacitu
b) molární tepelná kapacita C
- je důležité rozlišovat způsob ohřevu
1) Izobarický ohřev Qp = DH
- kalorimetrická rovnice izobarická
2) Izochorický ohřev QV = DUV
- tepelná kapacita IP nezávisí na teplotě, ale u reálného plynu závisí
- při malém teplotním intervalu počítáme se střední hodnotou tepelných kapacit, v případě širokého teplotního intervalu musíme závislost tepelné kapacity na teplotě vyjádřit jako mnohočlen: C = a + bT + cT2 + d1/T + c1/T2 + ….
- a,b,c,d….konstanty charakterizující daný plyn
- porovnáním izobarického a izochorického ohřevu vyplývá, že účinnější je ohřev izochorický (chceme-li ohřát soustavu o 50°C Qp musí být větší než QV, protože část Qp se spotřebuje na práci a jenom část se využije k ohřevu)
Podobné práce | Typ práce | Rozsah | |
---|---|---|---|
2. termodynamický princip | Maturita | 527 slov |
Vyhľadaj ďalšie študentské práce pre tieto populárne kľúčové slová:
#termodynamika chemia #fyzika 1.termodynamicka veta #Rozp #termodynamika #Termodynamické zákony - maturitná otázka #TermodinamickaMaturitné otázky z chémie
Diskusia: 1. termodynamický princip
Pridať nový komentárVygenerované za 0.017 s.