10. Termodynamika

10. Termodynamika

• je to časť fyzika, ktorá skúma interakcie telesa ako celku s okolím
• pri tejto interakcii dochádza k výmene tepla medzi telesami a k zmene ich teplôt

• teplo – je to časť vnútornej energie telesa, ktorá sa preniesla pri tepelnej výmene

– označenie – Q  [Q] = J

• teplota – je to stavová fyzikálna veličina – opisuje stav telesa v danom čase, používame celziovú alebo termodynamickú

[t] = °C  [T] = K

• vnútorná energia telesa – je to energia častíc, z ktorých sa teleso skladá:

1. a) kinetická – častice sa ustavične neusporiadane pohybujú
2. b) potenciálna – je to práca potrebná na rozrušenie väzieb medzi časticami

• uzavretá sústava – je taká, ktorá s okolím nevymieňa častice, ale môže vymieňať energiu
• izolovaná sústava – je taká, ktorá nevymieňa s okolím ani častice ani energiu

– túto budeme využívať pri tepelných výmenách

• tepelná výmena – je dej, pri ktorom sú v kontakte telesá s rôznymi teplotami, teplejšie teleso odovzdá teplo chladnejšiemu, až kým sa ich teploty nevyrovnajú

– telesá pri tepelnej výmene menia svoju vnútornú energiu a teplotu

• množstvo tepla prijatého alebo odovzdaného pri tepelnej výmene závisí od :

1. a) hmotnosti telesa
2. b) rozdielu teplôt – o koľko sa teleso zohrieva alebo ochladzuje
3. c) materiálu telesa – túto závislosť charakterizuje merná tepelná kapacita látky – udáva množstvo tepla potrebného na zohriatie 1 kg danej látky o 1°C 

c = Q / (m . Δt ) c = Q / (m . ΔT )

[c] = J . kg ^{- 1} . K ^{- 1}

• je to materiálová konštanta a nachádza sa v tabuľkách

• látky s malou mernou tepelnou kapacitou sú tepelné vodiče (kovy) a látky s veľkou mernou tepelnou kapacitou sú tepelné izolanty (vzduch)

• tepelná kapacita telesa – je to vlastnosť konkrétneho telesa a udáva množstvo tepla potrebného na zohriatie daného telesa o 1°C

C = Q / Δt [C] = K ^{– 1}

• teplo prijaté alebo odovzdané pri tepelnej výmene : Q = c . m . Δt

• pri tepelnej výmene sa teplo prijaté rovná teplu odovzdanému => kalorimetrická rovnica

Q ₁ = Q ₂

c ₁ . m ₁ . Δt ₁ = c ₂ . m ₂ . Δt ₂

c ₁. m ₁ . ( t – t ₁) = c ₂ . m ₂ . ( t ₂ – t )

c ₁ . m ₁ . ( t – t ₁ ) + C . m . ( t – t ₁ ) = c ₂ . m ₂ . ( t ₂ – t )

• kalorimeter – zariadenie na meranie mernej tepelnej kapacity látok

– tepelne izolovaná nádoba s miešadlom a teplomerom

– je založený na zákone zachovania energie (tepla) – na kalorimetrickej rovnici

– názov je zo starej jednotky tepla – kalória

• do kalorimetra nalejeme vodu so známou teplotou a hmotnosťou do nej ponoríme teleso so známou teplotou a hmotnosťou , necháme prebehnúť tepelnú výmenu , odmeriame výslednú teplotu a s kalorimetrickej rovnice vypočítame neznáme C

• termodynamický zákon – prírastok vnútornej energie (izolovanej) sústavy sa rovná súčtu práce, ktorá bola vykonaná na sústave a tepla, ktoré sústava prijala

ΔU = W + Q

• znamienková dohoda – práca vykonaná na sústave a teplo prijaté sústavou sú kladné

– práca vykonaná sústavou a teplo odovzdané sústavou sú záporné

• spôsoby šírenia tepla :

1. a) vedením – tepelná výmena

– rýchlosť prechodu tepla telesom závisí od veľkosti plochy telesa, od materiálu, od teplotného rozdielu a hrúbky telesa

1. b) prúdením – látka sa pohybuje a prenáša tak teplo z jedného miesta na druhé

1.) prirodzené – radiátor

2.) nútené – fén, teplovzdušný ventilátor

1. c) žiarením – sprostredkúvajú ho častice svetla (fotóny)

– energia sa prenáša aj bez prostredia (vo vákuu)