ROVNOVÁŽNÝ STAV, ROVNOVÁŽNÝ STAV, VRATNÝ DĚJ, TEPELNÁ VRATNÝ DĚJ, TEPELNÁ

ROVNOVÁHA, TEPLOTA A ROVNOVÁHA, TEPLOTA A JEJÍ MĚŘENÍJEJÍ MĚŘENÍ

Radovan PlocekRadovan Plocek8.A8.A

Obsah otázkyObsah otázky

Stavové veličinyStavové veličiny Izolovaná soustavaIzolovaná soustava Rovnovážný stavRovnovážný stav Termodynamická teplotaTermodynamická teplota Teplota plynu z hlediska mol. Teplota plynu z hlediska mol.

fyzikyfyziky Teplotní stupniceTeplotní stupnice Měření teplotyMěření teploty

Stavové veličinyStavové veličiny

Charakterizují stav termodynamické soustavyCharakterizují stav termodynamické soustavy Např. teplota, tlak, objemNapř. teplota, tlak, objem Při interakci soustavy s okolím se veličiny Při interakci soustavy s okolím se veličiny

mění, tj. dochází ke stavové změně soustavymění, tj. dochází ke stavové změně soustavy

Izolovaná soustavaIzolovaná soustava Nedochází k výměně energie ani k výměně částic s Nedochází k výměně energie ani k výměně částic s

okolím konáním práce nebo tepelnou výměnouokolím konáním práce nebo tepelnou výměnou Zvláštním případem je adiabaticky izolovaná soustava, Zvláštním případem je adiabaticky izolovaná soustava,

kde nedochází k výměně tepla mezi soustavou a okolím.kde nedochází k výměně tepla mezi soustavou a okolím.

Rovnovážný stavRovnovážný stav

Každá soustava, která je od určitého Každá soustava, která je od určitého okamžiku v neměnných vnějších okamžiku v neměnných vnějších podmínkách, přejde samovolně po určité podmínkách, přejde samovolně po určité době do době do rovnovážného stavu. rovnovážného stavu. V tomto stavu V tomto stavu setrvá, pokud zůstanou tyto podmínky setrvá, pokud zůstanou tyto podmínky zachoványzachovány

Stavové veličiny zůstávají konstantníStavové veličiny zůstávají konstantní Pokus: Pokus: Do termosky s vlažnou vodou Do termosky s vlažnou vodou

nasypeme led. nasypeme led. Teplota obou Teplota obou složek se změní a ustálí při složek se změní a ustálí při neměnných vnějších podmínkách na neměnných vnějších podmínkách na konstantní konstantní teplotě.teplotě.

Rovnovážný stavRovnovážný stav

Je stavem s největší pravděpodobností Je stavem s největší pravděpodobností výskytuvýskytu

p – pravděpodobnost p – pravděpodobnost výskytuvýskytu

m – počet příznivých m – počet příznivých výsledkůvýsledků

n – počet všech případůn – počet všech případů

n

mp

Relaxační dobaRelaxační doba Charakterizuje, za jak dlouho se Charakterizuje, za jak dlouho se termodynamická termodynamická soustava vrátí do soustava vrátí do rovnovážného stavu, jestliže rovnovážného stavu, jestliže byla z něho byla z něho vyveden.vyveden.

Termodynamické dějeTermodynamické děje Termodynamický dějTermodynamický děj (též (též tepelný dějtepelný děj) )

je děj, při kterém se mění stav tělesa je děj, při kterém se mění stav tělesa (mění se některé ze stavových veličin). (mění se některé ze stavových veličin).

Dělíme na:Dělíme na: Vratné (reverzibilní) dějeVratné (reverzibilní) děje - vratné děje jsou - vratné děje jsou

takové, u nichž lze původního stavu dosáhnout takové, u nichž lze původního stavu dosáhnout obrácením pořadí jednotlivých úkonů. obrácením pořadí jednotlivých úkonů.

Nevratné (ireverzibilní) dějeNevratné (ireverzibilní) děje - Nevratné děje jsou - Nevratné děje jsou takové děje, které probíhají bez vnějšího působení takové děje, které probíhají bez vnějšího působení pouze v jednom směru, tzn. původního stavu pouze v jednom směru, tzn. původního stavu nelze nelze dosáhnout přesně stejným postupem v dosáhnout přesně stejným postupem v obráceném pořadí. obráceném pořadí.

Termodynamická teplotaTermodynamická teplota Teplotní stupnice u kapalinových teploměrů jsou Teplotní stupnice u kapalinových teploměrů jsou

závislé na použité teploměrné látce, proto se vědci závislé na použité teploměrné látce, proto se vědci snažili najít stupnici nezávislou.snažili najít stupnici nezávislou.

Termodynamická teplotní stupnice Termodynamická teplotní stupnice zavedena skotským fyzikem W. Thomsonem (lord zavedena skotským fyzikem W. Thomsonem (lord

Kelvin)Kelvin) T T [[KK]] … kelvin … kelvin základní jednotka SI soustavyzákladní jednotka SI soustavy Trojný bod vodyTrojný bod vody – rovnovážný stav soustavy vody + led + pára – rovnovážný stav soustavy vody + led + pára

– – TTrr = 273,16 K = 273,16 K Kelvin je 1/273,16 díl termodynamické teploty trojného bodu Kelvin je 1/273,16 díl termodynamické teploty trojného bodu

vodyvody Počátkem stupnice je termodynamická teplota 0K ( teplota Počátkem stupnice je termodynamická teplota 0K ( teplota

absolutní nuly). Libovolná soustava se k ní může přiblížit, ale absolutní nuly). Libovolná soustava se k ní může přiblížit, ale nemůže jí dosáhnout, protože při těchto velmi nízkých nemůže jí dosáhnout, protože při těchto velmi nízkých teplotách ustává tepelný pohyb atomů.teplotách ustává tepelný pohyb atomů.

Teplota plynu z hlediska Teplota plynu z hlediska molekulové (statistické) molekulové (statistické)

fyzikyfyziky Molekuly plynu vykonávají tepelný pohyb.Molekuly plynu vykonávají tepelný pohyb. Teplota v plynu je přímo úměrná střední Teplota v plynu je přímo úměrná střední

kinetické energii molekul a frekvenci kinetické energii molekul a frekvenci jejich srážek.jejich srážek.

Z toho plyne, že čím vyšší je teplota Z toho plyne, že čím vyšší je teplota plynu, tím větší je střední rychlost plynu, tím větší je střední rychlost molekul.molekul.

Při velmi malých teplotách (blízko Při velmi malých teplotách (blízko absolutní nuly) tepelný pohyb téměř absolutní nuly) tepelný pohyb téměř ustává.ustává.

Teplotní stupniceTeplotní stupnice

Kromě termodynamické Kromě termodynamické stupnice se používají další stupnice se používají další stupnice:stupnice:

Celsiova stupniceCelsiova stupniceFahrenheitova stupniceFahrenheitova stupniceRéaumurova stupniceRéaumurova stupnice

Celsiova stupniceCelsiova stupnice Jednotkou Jednotkou stupeň Celsia stupeň Celsia [[°C°C]] Vytvořena v roce 1792 švédským Vytvořena v roce 1792 švédským astronomem Andersem Celsiemastronomem Andersem Celsiem Dva pevné body: 0°C – teplota táníDva pevné body: 0°C – teplota tání

100°C – teplota varu vody100°C – teplota varu vody Dnes je jako vedlejší jednotka SI soustavy Dnes je jako vedlejší jednotka SI soustavy

definována pomocí trojného bodu vody, kterému definována pomocí trojného bodu vody, kterému je přiřazena teplota 0,01 °C a tím, že absolutní je přiřazena teplota 0,01 °C a tím, že absolutní velikost jednoho dílku teplotní stupnice (1 °C) je velikost jednoho dílku teplotní stupnice (1 °C) je rovna 1 K. rovna 1 K.

Teplotní rozdíl ve °C se rovná teplotnímu rozdílu v Teplotní rozdíl ve °C se rovná teplotnímu rozdílu v KK

Fahrenheitova stupniceFahrenheitova stupnice Jednotkou Jednotkou stupeň Fahrenheita stupeň Fahrenheita [[FF]] Pojmenována po německém sklářiPojmenována po německém skláři Gabrielu FahrenheitoviGabrielu Fahrenheitovi Dva referenční body Dva referenční body

0 F – nejnižší teplota, jaké byl 0 F – nejnižší teplota, jaké byl schopen schopen dosáhnout dosáhnout (smícháním soli a led(smícháním soli a led

96 F – teplota lidského těla96 F – teplota lidského těla Později upraveno na Později upraveno na

32 F – bod mrazu32 F – bod mrazu 212 F – bod varu vody 212 F – bod varu vody

Dnes se používá především v AmericeDnes se používá především v Americe

Réaumurova Réaumurova stupnicestupnice

Jednotkou Jednotkou stupeň Réaumura stupeň Réaumura [[°R°R]] Zavedena v roce 1730 francouzským Zavedena v roce 1730 francouzským přírodovědcem René Réaumurempřírodovědcem René Réaumurem Dva referenční body Dva referenční body

– – 0° R – bod mrazu0° R – bod mrazu– – 80° R – bod varu vody 80° R – bod varu vody

Dříve byla velmi rozšířena, ale Dříve byla velmi rozšířena, ale přestala se používat.přestala se používat.

Převody mezi stupnicemi a Převody mezi stupnicemi a termodynamickou teplotoutermodynamickou teplotou

CC = = KK − 273,15, − 273,15, CC je teplota ve stupních je teplota ve stupních Celsia Celsia

KK = = CC + 273,15, + 273,15, K je teplota v kelvinechK je teplota v kelvinech

F je teplota veF je teplota ve stupních stupních FahrenheitaFahrenheita67,459

5

99

)67,459(5

KF

FK

Převody mezi stupnicemi a Převody mezi stupnicemi a termodynamickou teplotoutermodynamickou teplotou

CC je teplota ve stupních je teplota ve stupních Celsia Celsia

F je teplota ve stupních F je teplota ve stupních Fahrenheita Fahrenheita

R je teplota ve stupních R je teplota ve stupních RéaumuraRéaumura

325

99

)32(5

CF

FC

CR

RC

5

44

5

324

99

)32(4

RF

FR

Druhy teploměrůDruhy teploměrů

KapalinovýKapalinový - - teploměr, ve teploměr, ve kterém se k měření teploty kterém se k měření teploty využívá teplotní roztažnosti využívá teplotní roztažnosti teploměrné kapaliny (rtuť, líh) teploměrné kapaliny (rtuť, líh)

BimetalovýBimetalový - - teploměr, ve teploměr, ve kterém se k měření teploty kterém se k měření teploty využívá bimetalový (dvojkový) využívá bimetalový (dvojkový) pásek složený ze dvou kovů s pásek složený ze dvou kovů s různými teplotními součiniteli různými teplotními součiniteli délkové roztažnosti. Při délkové roztažnosti. Při změně teploty se pásek ohýbá změně teploty se pásek ohýbá a tento pohyb se přenáší na a tento pohyb se přenáší na ručku přístroje. ručku přístroje.

Druhy teploměrůDruhy teploměrů

PlynovýPlynový - - teploměr, ve kterém se k měření teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost tlaku plynu na teploty využívá závislost tlaku plynu na teplotě při stálém objemu plynu, popř. teplotě při stálém objemu plynu, popř. závislost objemu plynu na teplotě při stálém závislost objemu plynu na teplotě při stálém tlakutlaku

OdporovýOdporový - - teploměr, ve kterém se k teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost elektrického měření teploty využívá závislost elektrického odporu vodiče nebo polovodiče na teplotěodporu vodiče nebo polovodiče na teplotě

TermoelektrickýTermoelektrický - - Teploměr, ve kterém se Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá termoelektrický jev, k měření teploty využívá termoelektrický jev, změnou teploty spoje dvou různých kovů se změnou teploty spoje dvou různých kovů se mění vzniklé termoelektrické napětí. mění vzniklé termoelektrické napětí.