Transcript SKUPENSKÉ STAVY HMOTY

SKUPENSKÉ STAVY HMOTY
Teze přednášky
SKUPENSKÉ STAVY HMOTY
JSOU DÁNY:
vzdáleností atomů (molekul)
silovými interakcemi
energií neuspořádaného pohybu
jsou závislé na teplotě a tlaku
PLYNY
molekuly představují 1 % objemu
kohezní síly se neuplatňují
stálý neuspořádaný pohyb
to vše brání shlukování
nezachovávají tvar a objem
vyplňují beze zbytku prostor, který je
jim vymezen
definovány stavovými veličinami
p, V, T, ρ, n
PLYNY
ideální plyn zanedbává velikost a
interakce molekul (dokonale
stlačitelný)
stavová rovnice
pV=nRT
van der Waalsova stavová rovnice
reálného plynu
(p + n2 a/V2) . (V – n b) = n R T
Daltonův zákon
Tlak směsi plynů se rovná součtu
parciálních tlaků jeho složek
p = ∑pi = p1 + p2 + ……… pn
Parciální tlak plynu ve směsi plynů
je takový tlak, který by měl plyn,
pokud by zaujal daný objem sám.
Děje v plynech
z I. termodynamické věty platí
Q = ΔU + p ΔV
izochorický děj V = k => ΔV = 0
Q = ΔU
izobarický děj
p=k
Q = ΔU + p ΔV
izotermický děj T = k => ΔU = 0
Q = p ΔV
adiabatický děj Q = 0
ΔU = - p ΔV
ROZPOUŠTĚNÍ PLYNŮ
V KAPALINÁCH
Množství plynu rozpuštěného
v kapalině je závislé na parciálním
tlaku plynu v plynné fázi nad
kapalinou.
Tento princip zajišťuje difuzi plynů
z plicních alveol do krve.
Henryho zákon
Rozpustnost plynů v kapalinách
Vp
------ = α . pi
Vk
Vp objem plynu rozpuštěného v
objemu kapaliny Vk
α Henryho absorpční koeficient
pi parciální tlak plynu
α nepřímo úměrně závislý na t
Rychlost difuze plynů
dm
------ = -D . S . Δpi
dt
dm/dt diferenciál hmoty podle času
Δpi
gradient parciálních tlaků
D
difuzní koeficient
S plocha
α . Δpi
D = ---------√M
M molekulová hmotnost
α absorpční koeficient
DCO 2
----------- = 20,8
DO 2
pro krev při 37 oC
CO2 je v krvi 20x rozpustnější
než O2 a 46x než N2
O2 98,6 % vázán na hemoglobin
1,4 % fyzikálně rozpuštěn
CO2 94 % chemicky vázán HCO3- CO326 % fyzikálně rozpuštěn
N2
inertní plyn
100 % fyzikálně rozpuštěn
Evaze
kesonová nemoc (nemoc potapěčů)
plynová embolie uvolněním bublinek
dusíku v krvi
Výšková (horská) nemoc
při běžném barometrickém tlaku
pi O2 = 21,3 kPa
v nadmořské výšce 4 000 m
pi O2 = 13,3 kPa
hypoxie
aklimatizace
KAPALINA
Molekuly se prakticky dotýkají
vnitřní kohezní síly
- disperzní u nepolárních molekul
- dipólové u polárních molekul
zachovávají objem, nezachovávají
tvar – potenciální energie interakcí je
větší než kinetická energie
neuspořádaného pohybu
molekuly konají nepravidelné
kmitavé pohyby kolem pozvolna se
měnících rovnovážných poloh
KAPALINY
Ideální kapalina viskozita = 0
stavová rovnice ρ = konst.
Hustota ρ
Hydrostatický tlak
Hydrostatické paradoxon
Pascalův zákon
tlak se šíří všemi směry nezávisle na
směru působící síly
Hydraulický lis
S1 . F2 = S2 . F1
Hustota kapalin
Pyknometr
m
ρ = ----[kg.m-3]
V
Hustoměr
Mohrovy-Westphalovy váhy
vztlak – poměr vůči vodě
ρ = 1 000 kg.m-3 pro 20 oC
Fázová rozhraní
povrchová energie, napětí
W
F
------ = σ = ----S
l
adsorpce – na rozhraní dvou fází se
zvyšuje koncentrace částic rozpuštěné
látky proti koncentraci v roztoku
tenzidy – interakce mezi molekulami
rozpouštědla jsou silnější než mezi
rozpouštědlem a tenzidem
- proti shromažďování na povrchu působí
koncentrační gradient
- snižují povrchové napětí
HYDRODYNAMIKA
h1
v2>v1 =>
h2
S 1 v1
S2
v2
Rovnice kontinuity
S1 . v1 =
S2 .
v2
• Rovnice Bernoulliho
h . ρ . g + ½ ρ . v2 = konst.
Hydrodynamické paradoxon
h2<h1
výtoková rychlost
na hladině v klidu – potenciální i
kinetická energie jsou vyrovnány
h . ρ . g = ½ ρ . v2
2h . g = v2
v=√2g.h
Viskozita – vnitřní tření kapalin
vnitřní kohezní síly vyvolávají mezi vrstvami
tečné napětí τ (tau)
F
Δv
τ = ------ = η -------S
Δx
Δv gradient rychlosti
Δx vzdálenost dvou vrstev
η dynamická viskozita [Pa.s] (kcP)
η
~ e-K/T
K látková konstanta
T absolutní teplota
Viskozita – transport hybnosti F . t
Transp.vel. = - K . Plocha . Gradient
dv
F = η . S . ------dx
dv gradient rychlosti
dx vzdálenost dvou vrstev
η dynamická viskozita [Pa.s] (kcP)
Viskozita suspenze (krve)
ηs = η . (1 + k . c)
k konstanta charakterizující fyzikální
vlastnosti částic
c objemová koncentrace částic
kinematická viskozita
η
n = -----[m2.s-1]
ρ
PROUDĚNÍ
Průtokový objem Q
V
π . r4 . Δp
Q = ----- = -------------------t
8 η . Δl
mechanický odpor řečiště
Δp
8 η . Δl
R = -------- = ----------Q
π . r4
síla odporu řečiště
F = π . R2 . Δp
DRUHY PROUDĚNÍ
LAMINÁRNÍ – vrstvy se pohybují rovnoběžně
TURBULENTNÍ – vířivé
REYNOLDSOVO ČÍSLO
v.ρ.R
Re = ----------------η
kritická hodnota pro krev je 1000
R průměr trubice
Tvar čela proudnice
ideální kapalina - nulová viskozita – čelo
je kolmé na stěnu nádoby
reálná kapalina – parabola
suspenze - paraboloid
částice se drží ve středu
proudnice a brzdí čelo
PEVNÁ LÁTKA
částice kmitají kolem stálých
rovnovážných poloh
zachovává tvar i objem
geometrická uspořádanost –
krystalová mřážka
míra pevnosti interakci – teplota tání
směrová závislost fyzikálních
vlastností
- nezávislé IZOTROPNÍ
- směrově závislé ANIZOTROPNÍ
PLAZMA
extrémní teploty a tlaky
elektromagnetické interakce mezi
jádrem atomu a elektrony jsou menší
než kinetická energie elektronů
supravodivost
ve vesmíru nejběžnější skupenství
PŘECHODOVÉ STAVY HMOTY
tekuté (kapalné) krystaly –
intermediární stav mezi kapalinou a
pevnou látkou
tři fáze podle vlastností částic:
- NEMATICKÁ shodná orientace
- SMEKTICKÁ orientace + uspořádanost
- CHOLESTERICKÁ orientace,
uspořádanost,
periodicita vrstev
TEKUTÉ KRYSTALY
nematická
shodná orientace
smektická
orientace +
uspořádanost
cholesterická
orientace,
uspořádanost,
periodicita vrstev