Molekulová fyzika a termika


Hmota

hmota

Plynné látky

Ideální plyn

Splňuje 3 následující atributy:

  1. Rozměry molekul ideálního plynu jsou ve srovnání se střední vzdáleností molekul od sebe zanedbatelně malé
  2. Molekuly ideálního plynu mimo vzájemné
  3. Vzájemné srážky molekul ideálního plynu a srážky těchto molekul se stěnou nádoby jsou dokonale pružné

V normálních podmínkách je možné většinu plynů považovat za ideální

Rychlost molekul plynu

Molekuly plynu, který je v rovnovážném stavu, nemají v určitém okamžiku stejnou rychlost. Rozdělení molekul ideálního plynu tabulkou nebo grafem.

Rychlost molekul plynu

Střední kvadratická rychlost molekul

Definujeme jako rychlost posuvného pohybu molekul, kterou by musely mít všechny molekuly plynu, aby jejich celková kinetická energie byla rovna skutečné kinetické energii molekul. Střední kvadratická rychlost je určena vztahem:

vk2=i=1mNivi2Nv_k^2 = \frac{\sum_{i = 1}^m N_iv_i^2}{N}

Druhá mocnina střední kvadratické rychlosti je tedy rovna součtu druhých mocnin rychlostí všech molekul, dělených počtem molekul. Tato rychlost závisí na termodynamické teplotě podle vztahu:

vk=3kTM0v_k = \sqrt{\frac{3kT}{M_0}}

Střední kinetická energie

je energie, kterou má molekula v důsledku neuspořádaného posuvného pohybu

E0=12m0vk2=32kTE_0 = \frac{1}{2}m_0v_k^2 = \frac{3}{2}kT

Tlak ideálního plynu

p=13Nvm0vk2p = \frac{1}{3}N_vm_0v_k^2

Změna vnitřní energie

První termodinamický zákon

Přírůstek vnitřní energie ΔU\Delta U soustavy se rovná součtu práce WW vykonané okolními tělesy působící na soustavu silami a tepla QQ odevzdaného okolními tělesy soustavě:

ΔU=W+Q\Delta U = W + Q

Stavové veličiny

  1. Tlak
  2. Teplota
  3. Objem

Každá soustava se snaží dojít do rovnovážného stavu.

Stavová rovnice plynu

pV=nRTpV = nRT

Izolované soustavy

Kapalné látky

Pevné látky

Struktura pevných látek

Krystalická Amorfní
Krystalická struktura Krystalická struktura

Krystalická struktura pevných látek

Ideální krystalická mřížka

Elementární buňky

Amorfní struktura pevných látek

Brownův pohyb

Silové působení částic

Částice na sebe navzájem působí silami. Tyto síly jsou při malých vzdálenostech odpudivé a při větších vzdálenostech přitažlivé

Elementární buňky

Přenos vnitřní energie

Přenos vnitřní energie z míst s vyšší teplotou do míst s nižší teplotou může uskutečnit vedením nebo zářením. Vnitřní energii může přenášet take proudící tekutina, v tom případě mluvíme o proudění

Tepelná výměna vedením

Tepelná výměna zářením

Tepelná výměna prouděním

Měrná tepelná kapacita

C=Q/ΔtC = Q/\Delta t

Tepelná kapacita

c=Cm=CmΔtc = \frac{C}{m} = \frac{C}{m \Delta t}

Kalorimetrická rovnice

Q1=Q2c1m1(tt1)=c2m2(t2t)mkck(tt1)+c1m1(tt1)=c2m2(t2t)\begin{aligned} Q_1 &= Q_2 \\ c_1m_1(t-t_1) &= c_2m_2(t_2-t) \\ m_kc_k(t -t_1) + c_1m_1(t-t_1)&= c_2m_2(t_2-t) \end{aligned}