Transcript Plyny

Plyny
Stav plynu
Popisujeme pomocí stavových veličin
Nejdůležitější stavové veličiny jsou tlak p,
objem V a teplota T
Ideální plyn
Ideální plyn:
•
soubor hmotných bodů, jejichž objem je
nulový
•
nejsou mezi nimi přitažlivé síly
•
konají chaotický tepelný pohyb –
srážky = srážky tuhých pružných koulí
Vnitřní energie ideálního plynu
Je rovna součtu kinetických energií
jednotlivých molekul, které konají
neuspořádaný tepelný pohyb
Vnitřní energie soustavy ideálního plynu
závisí pouze na teplotě plynu, nikoli na
jeho objemu
Stavová rovnice ideálního plynu
pV=nRT
R
universální plynová konstanta 8,314 J/Kmol
n
látkové množství
mol
T
absolutní teplota
K
p
tlak
Pa
V
objem
m3
Pro reálné plyny platí za nižších tlaků a vyšších
teplot (normální podmínky)
Stavové změny ideálního plynu
Název děje
konstantní stavová veličina
děj izotermický
teplota
děj izobarický
tlak
děj izochorický
objem
Práce plynu
Práce – takový způsob výměny energie, při němž
působením nějaké síly dochází buď k posunu nebo
otočení mikročástic či celých těles
Práce plynu
V…změna objemu plynu
W  F .s
p…tlak plynu
S…plocha na kterou síla
F
působí
p 
 F  p .S
l…posun tělesa
S
F…síla
W  p . S . s  p . V
Izotermický děj
T=konst
p, V=proměnné
Stavová rovnice pro izotermický děj
p 1V1  nRT
1.stav
p 2V 2  nRT
2.stav
p 1V1  p 2V 2
pV  konst .
p
konst .
V
Boylův-Mariottův zákon
grafem je hyperbola
Izotermický děj
Formulace I.TP
Vychází z termodynamické definice ideálního
plynu: vnitřní energie ideálního plynu je
závislá pouze na teplotě
U = f(T)  U=0 je-li T=konst.
-W = Q
Všechno dodané teplo se mění na práci.
Izobarický děj
Stavová rovnice pro izobarický děj
1.stav pV 1  nRT 1
2.stav pV  nRT
2
V1

2
T1
V2
T2
V1
V2
T1
V
T

T2
 konst .
Gay-Lussacův zákon
Izobarický děj
P=konst.
V, T ……proměnné
I. termodynamický princip
U=QP + W
Systém koná práci a vyměňuje s okolím teplo
Práce W = - p.V
Izochorický děj
Stavová rovnice pro izochorický děj
1.stav
p 1V  nRT 1
2.stav
p 2V  nRT 2
p1

T1
p2
T2
p1
p2

T1
T2
p
 konst .
T
Charlesův zákon
Izochorický děj
V=konst
p, T ……proměnné
W=pV V=0  W=0
I. termodynamický princip
U = QV
Teplo vyměněné při konstantním objemu
soustavy QV je rovno změněn vnitřní energie
soustavy
Adiabatická expanze a komprese
Systém nevyměňuje s okolím teplo Q=0
I.TP
U = W
Systém koná práci na úkor vnitřní energie
Adiabatická expanze a komprese
Adiabatická expanze
W < 0  U klesá  T < 0  teplota systému
klesá, systém se ochlazuje
Adiabatická komprese
W > 0  U roste  T > 0  teplota systému
roste, systém se ohřívá
Tepelné stroje
• přeměňují teplo na práci
• pracují mezi dvěma lázněmi
Carnotův cyklus
Tepelný oběh s nejvyšší termickou
účinností,sestávající ze dvou expanzních změn
(izotermy a adiabaty) a ze dvou změn kompresních
(izotermy a adiabaty). Carnotův cyklus nelze
prakticky realizovat - ukazuje nejvyšší teoreticky
dosažitelnou účinnost oběhu, v němž se přivádí
teplo pracovní látce při teplotě T1 a odvádí při
teplotě T2. Lze tak lépe analyzovat možnosti dalšího
zdokonalování tepelných oběhů.
Carnotův cyklus
pV diagram
Carnotův cyklus
Tepelnou stroje s Carnotovým cyklem lze vypočítat podle
.
vzorce
kde T1 je teplota ohřívače a T2 teplota chladiče.
Carnotův cyklus se skládá se ze 4 termodynamických dějů:
Izotermická expanze (na obrázku A→B), adiabatická
expanze (B→C), izotermická komprese (C→D), adiabatická
komprese (D→A). Všechny čtyři děje uvedou soustavu
Carnotova stroje opět do výchozího termodynamického
stavu, takže se jedná o děj kruhový.
Tepelný stroj
schéma
Zážehový motor
1. Sání: otvírá se sací ventil, píst klesá a nasává
se spalovací směs.
2. Stlačení (komprese): oba ventily jsou
zavřené, píst stoupá a stlačuje směs.
3. Výbuch (expanze): na svíčce přeskočí jiskra,
která zapálí stlačenou směs. Hořením se
vzniklé plyny rozpínají a tlačí píst dolů.
4. Výfuk: výfukový ventil je otevřený, píst se
vrací do své horní polohy a vytlačuje spálené
plyny. Komora je připravena na další cyklus.
Zážehový motor