Termické jevy

Teplo: je určeno energií, kterou při tepelné výměně odevzdá teplejší těleso studenějšímu.
Značka: Q
Jednotka: joule (J)
Vzorec: Q = mc(t2-t1)
m….hmotnost
c…..měrná tepelná kapacita(kJ)
— kg* ºC

Měrná tepelná kapacita- Joule na kilogram a kelvin je měrná tepelná kapacita látky, z které vyrobené těleso o hmotnosti 1 kg se zahřeje teplem 1 joulu o 1 stupeň.

Skupenské teplo tání:
Značka: Lt
jednotka:kJ
Vzrorec:Lt=ltm

Skupenské teplo varu:
Značka: Lv
jednotka:kJ
Vzrorec:Lv=lvm

pevná látka—kapalina=tání
kapalina—plyn=vypařování
plyn—kapalina=kapalnění
kapalina—pevná látka=tuhnutí
pevná látka—plyn=sublimace
plyn—pevná látka=desublinace

Vypařování: probíhá při kterékoli teplotě.

Vypařování můžeme urychlit: 1. zvýšením teploty
2. zvětšení plochy volného povrchu
3. foukáním-odstraněním par nad povrchem

Izolant :je materiál, který udržuje teplo a nepropustí ho dál (voda, guma, plasty)

Anomálie vody: voda má největší hustotu při teplotě 4 ºC , např. v jezeře u dna jsou 4 ºC, a u povrchu pod ledovou vrstvou je teplota 0 ºC.

 

9) Teplotní stupnice, závislosti fyzikálních veličin na teplotě: termodynamická a praktická teplotní stupnice, teplotní roztažnost pevných látek a kapalin, rozpínavost plynů, závislost elektrického odporu na teplotě u kovového vodič a termistoru, termoelektrický jev; zákony záření černého tělesa – užití těchto jevů při měření teploty.

Teplo – fyz. veličina, charakterizuje stav tělesa.

1) TEPLOTNÍ STUPNICE

a) CELSIOVA stupnice (Praktická) – 0°C – 100°C (mezi 0-100, je rozdělena na 100
dílků) na základě změny objemu kapaliny v teploměru měříme Celsiovu teplotu t
b) TERMODYNAMICKÁ stupnice – termodynamická teplota T, základním bodem této
stupnice je teplota rovnovážného stavu soustavy led+voda+sytá pára za normálního tlaku
= trojný bod vody s teplotou 273,16 K (přesně).

Převodní vztah mezi Celsiovou a termodynamickou stupnicí je:

2) TEPLOTNÍ ROZTAŽNOST PEVNÝCH LÁTEK
Tyč o počáteční teplotě t1 a délky l1. Teplota tyče se zvýší na hodnotu l takže přírůstek teploty je

. Odpovídající prodloužení tyče je .

Prodloužení tyče je přímo úměrné počáteční délce a přírůstku teploty:

Veličina se nazývá součinitel teplotní délkové roztažnosti. Jednotkou je K-1. Závisí na druhu látky.
Se změnou rozměrů souvisí i změna objemu tělesa:
Veličina se nazývá součinitel teplotní objemové roztažnosti, jednotkou je též K-1. platí

3) TEPLOTNÍ ROZTAŽNOST KAPALIN
U většiny kapalin objem s rostoucí teplotou roste. Přitom různé kapaliny se za jinak stejných podmínek roztahují různě. Objem je přibližně určen takto: – součinitel teplotní roztažnosti k.
Se změnou tep. se mění i hustota
Anomálie vody – voda v teplotním intervalu (0°C; 3,98°C) patří mezi kapaliny, které tvoří výjimku. V tomto intervalu se totiž s rostoucí teplotou objem vody zmenšuje. Dále se voda chová normálně.

4) ZÁVISLOST ODPORU KOVOVÉHO VODIČE NA TEPLOTĚ
s rostoucí teplotou se odpor kovového vodiče zvyšuje. Při zvětšení proudu se zvýší teplota vodiče. Míra záleží na materiálu. U oceli mnohem více než třeba u konstantanu.
– teplotní součinitel elektrického odporu měrný elektrický odpor kovových vodičů závisí na teplotě:

5) ZÁVISLOST ODPORU TERMISTORU NA TEPLOTĚ
(termistor = teplotně závislí rezistor zhotovený z oxidů (železa, titanu, mědi, niklu aj.)
S rostoucí teplotou se odpor termistoru rychle snižuje a proud v obvodu rychle roste.
(užití: pro měření a regulaci teploty, stabilizaci el. obvodů…)

6) TERMOELEKTRICKÝ JEV (Seebeckův jev)
Pokud jeden spoj v obvodu zahříváme a druhý ochlazujeme, pak protéká obvodem proud, jehož velikost závisí na rozdílu obou teplot a druzích kovů:
(konstanta závisí na použitých kovech – pro dvojici měď, konstantan je )

7) ZÁKONY ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA
Vlnová délka, při níž nastává maximum vyzařování je nepřímo úměrná termodynamické teplotě:

kde b=2,9.10-3m.K

Intenzita vyzařování černého tělesa vzrůstá se čtvrtou mocninou termodynamické teploty.

 

Teplota

Švédský astronom Anders Celsius stupnici decimalizoval a označil teplotu varu vody 0 ºC,teplotu tuhnutí 100 ºC. Konečně v r.1742 jeho nástupce M Strömer číslování obrátil,a to se vžilo pod názvem Celsiova stupnice. Tím vývoj teploměrné stupnice a termometrie teprve začal. Šlo přitom nejen o nejrůznější technická zdokonalení teploměrů, jež by umožnila měření i daleko za základní body, kdy se teploměrná látka vypaří nebo zmrzne, ale především šlo o interpolaci mezi základními body. Každá látka se totiž roztahuje s rostoucí teplotu jinak; ideálem by ovšem bylo mít stupnici, která by na teploměrné látce vůbec nezávisela.

K ideálnímu řešení byly učiněny tři důležité kroky:
1.Anglický lékař D. Rutherford r. 1805 objevil dusík a přišel s myšlenkou plnit jim teploměry a W. Thompson (lord Kelvin) r. 1848 navrhl používat tlaku plynu (nikoli objemu) k určování teplot. Navíc navrhl posunout počátek teplotní stupnice do tzv. absolutní nuly, tj. na –273,15 ºC = 0 K, kdy objem ideálního plynu by byl nulový.
2.Když Clausius na základě svých formulací základních vět termodynamiky definoval termodynamickou teplotu jako pojem nezávisející na jakékoli látce.
3.A když Boltzmann dokázal vztah mezi Clausiovou termodynamickou teplotou a statistickou teplotou, byla konečně termometrie postavena na pevný teoretický základ.

Dnes známe tyto teploměry:
Plynový teploměr: Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost tlaku plynu na teplotě při stálém objemu plynu, popř. závislost objemu plynu na teplotě při stálém tlaku.
Kapalinový teploměr: Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá teplotní roztažnosti teploměrné kapaliny ( rtuť, líh, apod.).
Bimetalový teploměr: Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá bimetalový (dvojkový) pásek složený ze dvou kovů s různými teplotními součiniteli délkové roztažnosti. Při změně teploty se pásek ohýbá a tento pohyb se přenáší na ručku přístroje.
Odporový teploměr: Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost elektrického odporu vodiče nebo polovodiče na teplotě.
Termoelektrický teploměr: Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá termoelektrický jev (elektrony, které jsou nositeli elektrického proudu se významně podílejí na vedení tepla).
Radiační teploměr: Teploměr určený k měření vysokých teplot založený na zákonech tepelného záření (Planckův zákon, Wienův zákon, Stefanův-Bolcmanův zákon).
Termograf: Přístroj zaznamenávající graficky teplotu sledované soustavy jako funkci času
10) Teplo a práce, 1. termodynamický zákon: změny vnitřní energie molekulové soustavy při mechanické práci a tepelné výměně – první termodynamický zákon, měrná tepelná kapacita, kalorimetrická rovnice, určení práce z p-V diagramu.

1) ZÁKLADNÍ POJMY

– termodynamická soustava – těleso, skupina těles, jejichž stav zkoumáme
– stavové veličiny – popisují stav soustavy – tlak, teplota, objem, energie
– izolovaná soustava – nedochází k výměně látek ani energie s okolím  hmotnost a složení zůstává stejné
– rovnovážný stav – stav, do kterého za určitých neměnných podmínek časem samovolně přejde každá soustava (stav s největší pravděpodobností)
– rovnovážný děj – soustava prochází řadou rovnovážných stavů (děje probíhající velmi pomalu)

2) VNITŘNÍ ENERGIE TĚLESA, TEPLO

– vnitřní energie tělesa – součet celkové kinetické energie pohybujících se částic tělesa a celkové potenciální energie vzájemné polohy částic
– značka U; jednotka J
– není konstantní veličinou – měnitelná konáním práce, tepelnou
výměnou

ZMĚNA VNITŘNÍ ENERGIE KONÁNÍM PRÁCE
(např. při stlačení plynu, ohýbání drátu, při prudkém míchání kapaliny, rozdrcení těles, nepružném

nárazu). Změna vnitřní energie je rovna práci:

Při dějích v izolované soustavě těles zůstává součet, potenciální, kinetické a vnitřní energie konstantní:

– teplo – energie přijatá (odevzdaná) tělesem při tepelné výměně
– značka Q; jednotka J

celková energie soustavy zůstává konstantní!!!

– přenos tepla – vedení (kondukce) – přenos z chladnější části tělesa do studenější
– sálání (zářením)
– prouděním (konvekcí) – základ ústředního topení

3) MĚRNÁ TEPELNÁ KAPACITA, KALORIMETR

– tepelná kapacita tělesa:

– udává teplo přijaté tělesem při změně jeho teploty o 1 K

– měrná tepelná kapacita

– udává teplo přijaté 1 kg látky při změně teploty o 1 K
– se změnou teploty látky se mění  udává se při určité teplotě
– pro teplo přijaté látkou o hmotnosti m při změně teploty o T platí:

– kalorimetr – tepelně izolovaná nádoba, ve které probíhá tepelná výměna – směšovací k.
– obsahuje míchačku a teploměr
– využití – určování C a c
– princip – v kalorimetru probíhá tepelná výměna dokud nenastane tepelná rovnováha
– platí: teplejší těleso: Q1 = m1c1(t1-t)
studenější těleso: Q2 = m2c2(t-t2)

probíhá-li tepelná výměna v kalorimetru, platí:

4) 1. TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

Přírůstek vnitřní energie soustavy U se rovná součtu práce W vykonané okolními tělesy působícími na těleso silami a tepla Q odevzdaného okolními tělesy soustavě:

Určení páce z pV-diagramu
práce, kterou plyn vykoná se rovná obsahu obrazce pV-diagramu