Transcript Zakladne_poznatky_z_molekulovej_fyziky

Základné poznatky
molekulovej fyziky
Molekulová fyzika
Základom MF je kinetická teória látok.
1. Látky sa skladajú z častíc
2. Častice konajú chaotické neusporiadané
pohyby
3. Častice na seba pôsobia príťažlivými a
odpudivými silami
1.Látky sa skladajú z častíc
Čo potvrdil vynález elektrónového mikroskopu
molekuly vody bez tlaku a pod tlakom
Molekuly vodíka na povrchu zlata
2. Častice konajú chaotické pohyby
• Difúzia – samovoľné prenikanie častíc jednej
látky medzi častice druhej látky
• Brownov pohyb
• Tlak plynu
3. Častice na seba pôsobia
príťažlivými a odpudivými silami
Príťažlivé a odpudivé sily závisia od
vzdialenosti medzi časticami.
Najväčšie príťažlivé sily pôsobia medzi časticami
pevnej látky, najmenšie medzi časticami
plynov.
Sily, ktoré viažu atómy v molekule látky
nazývame väzbové sily.
Rozdelenie látok
•
•
•
•
Plynné
Kvapalné
Pevné
Plazma
Plynná látka
Kvapalná látka
Pevná látka
Molekuly plynných látok
•
•
•
•
•
•
•
•
Skladajú sa z jedného alebo viacerých atómov
Majú veľkú kinetickú energiu Ek
Plyny sú rozpínavé a stlačiteľné
Môžu zaujať akýkoľvek priestor
Stredná vzdialenosť molekúl je rádovo 3nm
Ek>Ep
Pohybujú sa vo všetkých smeroch
Zmena smeru a veľkosti nastáva v dôsledku zrážky
molekúl
Molekuly pevných látok
•
•
•
•
•
Príťažlivé sily sú veľmi veľké
Častice kmitajú okolo rovnovážnych polôh
Ep>Ek
Stredná vzdialenosť je rádovo 0,2nm
Sú zložené z častíc s pravidelným
usporiadaním
• Tvoria kryštalickú štruktúru, niektoré ju však
nemajú, napr: sklo, vosk ( pevné látky =
kryštalické + amorfné )
Molekuly kvapalných látok
• Príťažlivé sily sú veľmi veľké
• Konajú kmitavý pohyb okolo rovnovážnych
polôh, ale vplyvom vonkajších síl a zvyšovaním
teploty je možné usmerniť ich pohyb
• Ep = Ek
• Stredná vzdialenosť je rádovo 0,2nm
• Častice sa vyznačujú istou usporiadanosťou
na krátku vzdialenosť
Plazma
• Látka skladajúca sa z rôznych častíc s nábojom
• Je navonok neutrálna
• Pri vysokých teplotách môže byť zložená len z
voľných jadier a elektrónov
• Podoby: oheň, blesk, polárna žiara
Rovnovážny stav termodynamickej
sústavy
• Teleso alebo skupina telies, ktorých stav
skúmame je termodynamická sústava
• Veličiny, ktoré určujú jej stav sú stavové
veličiny (objem V, teplota T, tlak p,...)
Izolovaná sústava
• Je sústava, v ktorej neprebieha výmena
energie s okolím a jej chemické zloženie a
hmotnosť zostávajú konštantné
• Kalorimeter
c .m .(t -t) = c .m .(t -t)
1
1
1
2
2
2
Popis fyzikálnych veličín v kalorimetrickej rovnici :
c1,2 - merné tepelné kapacity látok 1,2
m1,2 - hmotnosti látok 1,2
t1,2 – pôvodná teplota látok1,2
t - výsledná teplota rovnovážneho stavu
Teplo
? Aký je rozdiel medzi teplom a teplotou? ? Od čoho závisí teplo Q odovzdané alebo prijaté?
Zohrievanie vody v kadičke
V bežnom živote
( teplote vzduchu)
m1= 250g
t01= 200C
––––––––Q=?
POJEM
TEPLO
Vo fyzike
Horúci čaj + lyžička
Odovzdáva
teplo
Prijíma
teplo
TEPLO=ENERGIA, ODOVZDANÁ
TEPLEJŠÍM TELESOM
CHLADNEJŠIEMU
m1
m2 = 500g
t01 = 200C
–––––––––
Q=?
m2
Q ~ ( t2-t0)
Q~m
varič
varič
Q ~ m . ( t – t0)
t / 0C
80
60
Teplo sa rovná energii, ktorú pri tepelnej výmene
odovzdá teplejšie teleso chladnejšiemu. Teplo
prijaté telesom s určitou hmotnosťou pri tepelnej
výmene je priamo úmerné zvýšeniu teploty a
hmotnosti telesa: Q ~ m. (t – t0)
40
20
0
0
Q
2Q
m=250g
3Q
4Q
5Q
m=500g
Teplo – fyzikálna veličina; značka – Q
Jednotka–1 joule ( 1J )
Zmena vnútornej energie telesa
pri tepelnej výmene.
Horúci čaj, pohár, lyžička
Tepelná výmena
(opíš)
Odovzdáva Ek
800C
prijíma
časť Ek
zmenšenie
vyrovnanie
200C
Kahan a valec
odovzdáva
zväčšenie
vnútornej energie
Kovová a sklenená tyč
Zmena vnútornej energie telesa môže
nastať tepelnou výmenou: pri styku
dvoch telies s rôznymi teplotami.
Tepelná výmena vedením nastáva v
telese, ktorého dve časti majú
rôzne teploty. V tepelných vodičoch
prebieha tepelná výmena vedením
rýchlo, v tepelných izolantoch pomaly
Merná tepelná kapacita.
Zohrievanie rôznych kvapalín
mgl
Merná tepelná kapacita
• vlastnosť látok
• označenie : c
• jednotka : 1 joule na kilogram a
Celziov stupeň
• značka jednotky:
J
mg l = m v
t0gl = t0v
tgl > tv
mv
varič
kgC .
t/ 0C
...prijíma rovnaké teplo,
ich teplota sa zvýšila rôzne.
74
56
50
40
38
30
Q1
2.Q1
3.Q1
Q
m = 3 kg
t = 5 °C
Q=?
––––––––
Q = c . m . ( t – t 0)
Q = 4200 . 3 . 5 J
Q = 63 000 J = 63 kJ
Voda prijme teplo 63 kJ.
Teleso s hmotnosťou m :
a) prijme pri zvýšení teploty o ( t – t0)
teplo Q = c. m. ( t – t0), ak t > t0
b) odovzdá pri znížení teploty o ( t0 – t )
teplo Q = c. m. ( t0 –t), ak t0>t
– kde c merná tepelná kapacita látky.
– rovnice platia ak nenastane zmena skupenstva látky
J
cvody = 4180
kgC .
m1 = 1,1 kg
m2 = 1,8 kg
t1 = 200C
t2 = 100 0C
t3 = 32 0C
––––––––––
a) Qv = ? J
b) Qt = ? J
oceľ
miešačka
900C
horúce
teplomer
m = O,2 kg
t0 = 15 0C
t = 80 0C
c = 0,46 kJ/kg 0C
––––––––––––––-
Q = ? kJ
vzduch
Do 1,1 kg vody 20 0C
ponoríme 1,8 kg oceľ. teleso
teploty 100 0C ...
Horúca voda a
kalorimeter
chladné
Čo potrebujeme na
určenie tepla ? ( Q )
• váhy
(m)
• teplomer (t)
• tabuľky
(c)
• zmiešavací
kalorimeter
Q = c . m . ( t – t 0)
?
Pokusné určenie tepla prijatého alebo
odovzdaného telesom pri tepelnej výmene
Horúca voda
tepelný
izolant
Q = c . m . ( t – t 0)
Q = O,46 . 0,2 . 65 kJ
Q = 5,98 kJ
Oceľové teleso prijalo teplo asi 6 kJ.
a)
Qv = cv . m1 .( t3 –t1)
Qv = 4,2 . 1,1 .12 kJ
Qv = 55 kJ
b)
Qt = ct . m2 . (t2 – t3)
Qt = O,46 . 1,8 . 68 kJ
Qt = 56 kJ
Voda prijala teplo 55 kJ.
Teleso odovzdalo teplo 56 kJ.
.... rozdiel spôsobený nedokonalosťou kalorimetra
Druhy teplotných stupníc
Celziova t stupnica
°C – stupeň Celzia
Bod varu vody - 100°C
Bod topenia ľadu - 0°C
•
Thomsonova termodynamická
teplotná stupnica
K - Kelvin
Trójny bod vody - sústava:
ľad – voda – nasýtená para
Tr = 273,16K