Transcript Predavanje #14

Toplina i temperatura
• Kaotično gibanje atoma/molekula  kinetička energija.
• Temperatura je fizikalna veličina koja karakterizira stupanj zagrijanosti nekog tijela
( def. u kinetičkoj teroriji topline).
• Termička ravnoteža.
• Mjerenje temperature  definiranje skale, kalibracija te fiksne točke (npr. trojna
točka vode).
• T/K = 273.15 + t/C
Toplina i temperatura
1
E
r
Toplina i temperatura
2
Toplinsko rastezanje
• Većina tijela se rasteže (tj. povećava im se volumen) pri zagrijavanju. Izuzetak je npr.
voda kojoj se volumen smanjuje u intervalu od 0 do 4C.
• Linearno rastezanje:
Koeficijent
lin. rastezanja
l  l0 (1   T )
1 l

l0 T
[K-1]
F
l
p
E
 E T
S
l
Hookeov zakon; Ako je tijelo učvršćeno pa se duljina
ne može mijenjati dolazi do naprezanja, deformacija.
Toplina i temperatura
3
Toplinsko rastezanje
• Volumno rastezanje:
V  V0 (1   T )
1 V

 3
V0 T
K 
1
• Koeficijent toplinskog širenja tekućina je za red veličine veći nego čvrstih tijela.
Toplina i temperatura
4
Plinski zakoni
• Osnovna pretpostavka  idealna plin (međumolekularne sile zanemarene, volumen
molekule zanemariv u odnosu na volumen posude). Dobro opisuje realne plinove uz
malu gustoću i visoku temperaturu.
• Boyle-Mariotteov zakon (T=konst.)
• Gay-Lussacov zakon ( p=konst.)
• Charlesov zakon ( V=konst.)
• Avogadrov zakon*
Toplina i temperatura
5
Plinski zakoni
Plinski zakoni ne vrijede!
p
V
izoterma
p
p1
V1
p2
izobara
600 K
300 K
V
p1V1  p2V2  konst.
V2
izohora
T
V2 T2

 konst.
V1 T1
T
p 2 T2

 konst.
p1 T1
p V
pV
 0 0
T
T0
Toplina i temperatura
6
Avogadrov zakon
Jednaki volumeni svih plinova pri istoj temperaturi i tlaku imaju jednak broj čestica.
Broj čestica (atoma ili molekula) N koji sadrži neki sustav povezan je s fizikalnom
veličinom količina tvari n:
N = nNA [NA=6.021023 mol-1]
Toplina i temperatura
7
Plinska jednadžba
R  univerzalna plinska konstanta (def. pri normiranim uvjetima) pV/T= 8.314J/molK
pV = nRT
pV = (m/M)RT
pV = NkT
Toplina i temperatura
8
Količina topline; Specifični toplinski
kapacitet
Toplina je energija koja prelazi s jednog na drugo tijelo zbog njihove razlike u
temperaturi.
Toplinski kapacitet nekog tijela se definira kao omjer topline, koju je potrebno dovesti
tijelu da bi mu se temperatura povisila za T, i temperaturne razlike T:
C = Q/T
Specifični toplinski kapacitet se definira:
c = C/m = (1/m)(Q/T)
Općenito vrijedi:
1 dQ
c
m dT
T2
Q  m  cdT
Toplina i temperatura
T1
9
Specifični toplinski kapacitet
Molarni toplinski kapacitet:
C
1 dQ
 Mc
n dT
Specifični toplinski kapacitet pri stalnom tlaku:
cp 
1  dQ 


m  dT  p konst.
Specifični toplinski kapacitet pri stalnom volumenu:
cV 
1  dQ 


m  dT V konst.

molK
T 

cV  c p 1  0.0051
Mc p
J
Tm 

Nernst-Liendemannova relacija
Toplina i temperatura
10
Dulong-Petitovo pravilo
Vrijednosti molarnih toplinskih kapaciteta za krute tvari (metale) su oko 25 J/mol K.
Dulong-Petitovo pravilo kaže da su toplinski kapaciteti krutih tijela na sobnoj
temperaturi jednaki 3R.
3R
C
cp
cv
T3
T
Toplina i temperatura
11
Agregatna stanja; Latentna toplina
Agregatno stanje vs. faza; Faza je homogeni dio nekog sistema koji u svim svojim
dijelovima ima ista svojstva i koji je određenom granicom odvojen od ostalih dijelova
sistema. U jednom agregatnom stanju može biti više faza.
Toplina koja se oslobađa ili apsorbira pri prijelazu iz jedne u drugu fazu zove se
latentna toplina: Q = m Lt
Toplina i temperatura
12
Fazni dijagrami
Fazni dijagrami pokazuju kako se mijenjaju svojstva sistema pri promjeni temperature,
tlaka, odnosno volumena, posebno prijelaze sistema iz jednog u drugo agregatno
stanje, iz jedne u drugu fazu.
Iznad kritične točke plin
nije moguće izotermnom
kompresijom ukapljiti;
U K volumeni tvari u
plinskoj i tekućoj fazi su
jednaki.
Trojna točka;
Sve tri faze u ravnoteži.
Fazni p -T dijagram za H2O
Toplina i temperatura
13