Current File : /www/varak.net/www.varak.net/zapisky/f_komplet
<h2>Úvod do molekulové fyziky</h2>
<p><b>Starověk:</b> Leukipos, Demokritos, Epikuros - látka se skládá z částic - <i>atomy</i> - dále nedělitelné</p>
<p><b>17. století:</b> Boyle zavedl <i>molekuly</i>
<br>Bernoulli odvodil tlak plynu - nárazy na stěnu nádoby - rychlost pohybu záleží na teplotě</p>
<p><b>18. století:</b> Lomonosov - neustálý pohyb molekul<br>
Dalton - zákon stálých slučovacích poměrů<br>
Avogadro - molekula se skládá z atomů, vznik molekulární fyziky</p>
<p><b>statická fyzika</b> Využívá matematické metody, Maxwell, Boltzmann</p>
<p><b>Termodynamika:</b> Zkoumá makroskopické struktury bez ohledu na vnitžní strukturu</p>
<h2>Kinetická teorie stavby látek</h2>
<p><b>3 základní pravidla:</b> Látka se skládá z částic (atom, molekula, iont), tyto částice nevyplňují celý prostor, proto látky - nespojistá (diskrétní) struktura látky</p>
<p>Částice v látce se neustále neuspořádaně pohybují - tepelný pohyb částic</p>
<p>Částice na sebe vzájemně silově působí - síly přitažlivé a opudivé</p>
<p><b>Důkazy:</b> elektronový mikroskop, Brownův pohub, difuse - pronikání částic (tekutiny), osmóza, rozpínavost plynů, tlak plynu</p>
<p>Silové působení</p>
<h2>Částice v silovém poli</h2>
<p>Molekula z atomů<br>
molekula - dva atomy (silové působení dvou atomů)</p>
<p>k1 - křivka přitažlivých sil<br>
k2 - křivka odpudivých sil<br>
k - výsledná síla<br>
r0 - výsledná síla, nulová - rovnovážná poloha</p>
<p>Pro r > r0 - přitažlivé síly, pro r < r0 - odpudivé síly</p>
<p>Protože mezi částicemi p;sobí síly, m;žeme soustavě částic přiřadit potencionální energii.</p>
<p>Potencionální energie - vyplývá z existence silového působení</p>
<p>energie v rovnovážné poloze je vazebná energie. Ta se rovná práci, která je nutná k rozrušení vazby</p>
<h2>Rovnovážný stav termodymamické soustavy</h2>
<p>Rovnovážný stav soustavy nastává vždy, pokud se nemění podmínky a v tomto stavu setrvá pokud zůstanou podmínky zachovány.</p>
<p>Stav soustavy popisují stavové veličiny (teplota, objem, tlak). Při sledování rovnovážného stavu soustavy uvažujeme tzv. izolovanou soustavu (tj. soustava, kde hmotnost a chemiské složení je konstantní, nedochází k výměně energie s okolím a děje probíhají pouze mezy tělesy uvnitř soustavy).</p>
<p>Rovnovážný stav je stav s největší pravděpodobností výskytu.</p>
<p><b>Rovnovážný děj - </b>je sled po sobě navazujících rovnovážných stavů, je to děj vratný (pomalé stlačování nebo rozpínání plynů).</p>
<p>Rovnovážné stavy jsou stavy s největší naměřenou pravděpodobností, nameřené hodnoty mohou kolísat kolem tzv. střední hodnoty - nastaly fluktuace<br>
Při velkém počtu částic jsou odchylky od střední hodnoty velmi malé.</p>
<h2>Teplota a její měření</h2>
<p>Teplota je stavová fyzikální veličina, měření smysly osoby - subjektivní.</p>
<p>Galileův teploměr - skleněná baňka</p>
<p>Měření teploty bylo založeno na změně nějaké vlastnosti v závisloti na teplotě.</p>
<p>Mnoho stupnic (Celsius, Farenheit), najčastěji dva základní body a stupnice (nevýhodou spupnice je, že je závislá na volbě teploměrné látky).</p>
<p align="center"><b>0°C = 32°F = 0°R = 273,15K</b></p>
<h2>Teplota a její měření</h2>
<p>Tělesům, která jsou při vzájemnem dotyku v rovnovážném stavu přiřazujeme stejnou teplotu.</p>
<p>Před kontaktem - různé teploty; teploměr; stupnice; jednotka.</p>
<p>Kapalinové teploměry - mají omezený rozsah</p>
<p><b>t = (5/9)({v}-32)°C<br>
v = (5/9)({t}+32)°F</b></p>
<h2>Termodynamická teplota</h2>
<p>Termodynamická teplotní stupnice, vymyslel ji W. Thompson (lord Kelvin).</p>
<p>Teplota vyjádřená v termodynamické stupnici se nazývá termodynamická teplota, značí se <i>T</i>, jednotkou je jeden kelvin.<br>
<b>[T] = 1K</b></p>
<p>Má jednu základní teplotu - rovnovážný stav, ve kterém se vyskytuje led+voda+sytá vodní pára (trojný bod vody).<br>
<b>Tr = 273,16K</b></p>
<p>1 kelvin je (1/273,16) termodynamické teploty trojného bodu vody. Kelvin je základní jednotkou soustavy SI</p>
<p><i>(T/p) = (Tr/pr)</i><br>
<i>T = (p/pr) · Tr</i></p>
<p><b>t = ({T} - 273,15)°C</b><br>
<b>T = ({t}+273,15)K</b></p>
<p>Termodynamická stupnice je nezávislá na teploměrné látce</p>
<p>Zákoby termodynamiky - účinnost tepelných zdrojů</p>
<h2>Vnitřní energie soustavy</h2>
<p>Mechanika hmotného bodu - energie kinetická a energie potenciální, v izolované soustavě platí zákon zachování energie.</p>
<p>Dopad míčku a odraz od podlahy - mechanická energie se mění v jiné formy energie.</p>
<p>Míček - soustava částic - <br>
<b>Kinetická energie</b> - posuvný pohyb, kmitavý pohyb, rotační pohyb<br>
<b>Potenciální energie</b> - v důsledku silového působení</p>
<p>Vnitřní energie soustavy <i>U</i> je součet celkové kinetické energie vzájemného působení částic a celkové potenciální energie těchto částic</p>
<p>Vnitřní energie soustavy není konstanta, může se měnit</p>
<p>Existují dva způsoby změny vnitřní energie:<br>
konáním práce<br>
tepelnou výměnou</p>
<h3>Změna vnitřní energie konáním práce</h3>
<p>Vnitřní energii lze měnit dějem zvaným "konání práce". V izolované soustavě platí ZZE.</p>
<p>Změna vnitřní energie konáním práce - <b>ΔU = W</b></p>
<h3>Změna vnitřní energie tepelnou výměnou</h3>
<p>Dvě soustavy s různou teplotou - probíhá <b>tepelná výměna</b> - teplejší těleso odevzdá část své energie chladnějšímu tělesu. Probíhá buď kontaktem (vedení, proudění), nebo bez kontaktu (záření).</p>
<p><b>Vedení tepla</b> - částice teplejšího tělesa předávají část své energie sousednímu tělesu a postupně se teploty vyrovnají</p>
<p><b>Proudění tepla</b> - tekutiny zahřáté stoupají vzhůru, chladnější klesají dolů</p>
<p>teplo - značí se <i>Q</i>, je mírou energie, kterou při tepelné výměně odevzdá teplejší těleso chladnějšímu</p>
<p>Tepelná výměna - <b>ΔU = Q</b><br>
<b>[Q] = 1J</b></p>
<p>Kalorimetr - meření tepla, vnější a vnitřní nádoba, míchadlo, poklička, teploměr.</p>
<h2>Měrná tepelná kapacita</h2>
<p>Soustava - přijme teplo <i>Q</i> - zvětší se vnitřní energie <i>ΔU</i><br>
Nezmění-li se skupenství, změni se teplota <i>Δt</i></p>
<p><i>C</i> - tepelná kapacita tělesa<br>
<b>C = (Q/Δt)</b><br>
<b>[C] = 1J · K e-1</b></p>
<p><i>c</i> - měrná tepelná kapacita ("měrné teplo")<br>
<b>c = (Q/(m · Δt))</b><br>
<b>[c] = 1j · kg e-1 · K e-1</b></p>
<p><b>Q = c · m · δt</b><br>
pokud <i>Δt</i> > 0 - teplo přijaté<br>
pokud <i>Δt</i> < 0 - teplo odevzdané</p>
<p><i>c</i> - není konstanta, závisí na teplotě. Nekčastěji se udává pro teplotu 20°C. S klesající teplotou měrná tepelná kapacita klesá. Při 0K by měla být minimální.</p>
<p>H2O : c = 4180 j · kg e-1 · K e-1 --> vliv na počasí, topení<br>
Fe : c = 452 j · kg e-1 · K e-1 --> malá hodnota umožňuje tepelné zpracování</p>
<h2>Kalorimetrická rovnice</h2>
<table width="100%" border="0" align="center">
<caption><b>Tepelná výměna</b></caption>
<tr>
<td width="33%">studené těleso</td>
<td width="33%"> </td>
<td width="34%">teplé těleso</td>
</tr>
<tr>
<td width="33%">m1</td>
<td width="33%"> </td>
<td width="34%">m2</td>
</tr>
<tr>
<td width="33%">c1</td>
<td width="33%"> </td>
<td width="34%">c2</td>
</tr>
<tr>
<td width="33%">t1</td>
<td width="33%"> </td>
<td width="34%">t2</td>
</tr>
<tr>
<td width="33%"> </td>
<td width="33%">rovnovážný stav t</td>
<td width="34%"> </td>
</tr>
</table>
<p>Studené těleso - příjem tepla <i>Q1</i><br>
teplé těleso - odevzdává teplo <i>Q2</i></p>
<p><b>Q1 = Q2</b> - kalorimetrická rovnice - rovnost přijatého a odevzdaného tepla v izolované soustavě</p>
<p><b>Tepelná výměna v kalorimetru</b> - tepelná výměna i s vnitřní nádobou - kalorimatrická rovnice je <b>Q1 + Qk = Q2</b></p>
<p><b>c1 · m1 · (t-t1) + Ck · (t-t1) = c2 · m2 · (t2-t)</b></p>
<h2>První termodynamický zákon</h2>
Přírůstek vnitřníenergie soustavy <i>ΔU</i> se rovná součtu práce <i>W</i> vykonané okolními tělesy působícími na soustavu silami a tepla <i>Q</i> odevzdaného tělesy soustavě.</p>
<p><b>ΔU = W + Q</b></p>
<p>Tento vztah nazýváme první termodynamický zákon</p>
<p>Teplo <i>Q</i> dodané soustavě se rovná součtu přírůstku jeho vnitřní energie <i>ΔU</i> a práce <i>W'</i>, kterou vykoná soustava.</p>
<h2>Sdílení tepla</h2>
<p>Vedení, proudění - kontaktní<br>
Záření - bezkontaktní</p>
<h3>Vedení tepla</h3>
<p>Deska - <i>S</i> - plocha, <i>d</i> - tloušťka. <i>t1</i>, <i>t2</i> - teploty, <i>t1 > t2</i></p>
<p>Přenos tepla kolmo na plochu</p>
<p>Po ustálení rovnovážného stavu teplota rovnoměrně klesá</p>
<P><b>Φ</b> - tepelný tok<br>
<b>Φ = Q/Τ</b> = <i>množství tepla procházejícího plochou S/čas</i><br>
<b>[Φ] = 1W</b><br>
<b>&Phi = λ · S · (Δt/d)</b></p>
<p><i>λ</i> - součinitel tepelné vodivosti, není konstanta, závisí na teplotě</p>
<p>Největší <i>λ</i> mají kovy. Nejmenší mají látky pórovité nebo sypké. Malý mají plyny. Potom se používají jako izolace.</p>
<h3>Záření</h3>
<p>Přenos tepla je umožněn zářením (infračervené), každý předmět září, je to elektromagnetické záření, přenáší se i ve vakuu. Energie vydaná zářením se projeví jako úbytek vnitřní E tělesa, pokud dopadne na jiné těleso, částečně se odráží, částečne pohlcuje, pohlcená část záření se projeví jako přírustek vnitřní energie.</p>
<h2>Ideální plyn</h2>
<p>Je to model, je tvořen molekulami (jedno- a více- atomovými). Rozměry molekul vzhledem ke vzdálenostem jsou zanedbatelné. Z toho vyplývá, že plyn je dokonale stlačitelný.</p>
<p>Přitažlivé síly mezi molekulami plynu zanedbáváme a při srážkách se projeví působení odpudivých sil.</p>
<p>Srážky částic a srážky se stěnou nádoby jsou dokonale pružné.</p>
<p><i>Pozn: doba trvání srážky molekul je malá, proto se převážná část molekul plynu pohybuje pohybem rovnoměrným přímočarým. Proto vnitřní energie ideálního plynu je převážně tvořena kinetickou energií posuvného pohybu. U složitějších molekul navíc kinetickou energíí kmitavého a rotačního pohybu.</i></p>
<p>Reálný plyn má vlastnosti ideálního plynupři vysokých teplotách a nízkých tlacích (s dostatečnou přesností).</p>
<p>Za normální podmínky u ideálního plynu považujeme <i>t_n = 0°C</i> a <i>p_n = 1013 hPa</i>.</p>
<p>Volná dráha molekuly je dráha přímočarého pohybu mezi dvěma po sobě jdoucími srážkami.</p>
<p>Střední volná dráha λ molekuly je definována jako aritmetický průměr volných drah všech molekul v daném okamžiku.</p>
<p>λ = 1/(sqrt(2)· pi · alfa · alfa · No)</p>
<h2>Rozdělení molekul plynu podle rychlosti</h2>
<p>Řada pokusů - na rozdělení molekul podle rychlosti (Lammertův pokus)<br>
<i>Z</i> - zdroj molekul<br>
statistická fyzika f(s · m^-1)</p>
<p><b>f = (ΔN/N) · (1/Δv)</b></p>
<p>Graf závislosti rozdělení molekul plynů odle rychlosti - průběh závisí na teplotě.</p>
<h3>Střední kvadratická rychlost molekul</h3>
<p>Je to fyzikální veličina, kterou by se pohybovaly všechny molekuly ideálního plynu tak, aby celková kinetická energie byla stejná jako když se molekuly pohybují různými rychlostmi.<br>
<i>E_k</i> - kinetická energie<br>
<i>N</i> - počet molekul<br>
</i>v_k<i> - střední kvadratická rychlost molekul<br>
<i>m_0</i> - hmotnost molekuly<br>
<i>v_1, ..., v_n</i> - rychlosti molekul<br>
<i>ΔN_1, ..., ΔN_n</i> - počet molekul s danou rychlostí v</p>
<p><b>E_k = N · (m_0 · v · k^2)<br>
E_k = (m_0/2) · (ΔN_1 · v_1+ ... +ΔN_n · v_n)<br>
v_k^2 =
</p>
<p><b>E_k = (m_0 · v_k^2)/2<br>
Z teoretických výpočtů: <br>
<b>
E_k = 3/2k · t<br>
k - Boltzmanova konstanta<br>
k= 1,38 · 10^-2 · J · K<br>
</b>
</p>
Mini Shell