1. termodynamický princip

Prírodné vedy » Chémia

Autor: babuska
Typ práce: Maturita
Dátum: 16.09.2015
Jazyk: Čeština
Rozsah: 1 290 slov
Počet zobrazení: 2 925
Tlačení: 248
Uložení: 257

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
 
Práce W – způsob výměny energie s okolím, při kterém působením nějaké síly dochází k posunutí ( otočení) nějakého souboru částic
- 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) 

Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Maturitné otázky z chémie



Odporúčame

Prírodné vedy » Chémia

:: KATEGÓRIE – Referáty, ťaháky, maturita:

Vygenerované za 0.025 s.
Zavrieť reklamu