Transcript Ideální a reálný plyn

Autor:
Ing. Bc. Pavel Kolář
Předmět/vzdělávací
oblast:
Základy přírodních věd - Fyzika
Tematická oblast:
Termika
Téma:
Ideální a reálný plyn
Ročník:
2.
Datum vytvoření:
listopad 2013
Název:
VY_32_INOVACE_08.2.10.FYZ
Anotace:
Učební
materiál
charakterizuje
plynné
skupenství. Zavádí model ideální plyn. Uvádí
veličiny užívané pro popis stavu plynu
a stavovou rovnici.
Metodický pokyn:
Prezentace je primárně určena ke zkvalitnění
výuky v hodinách fyziky, ale může být využita
i k samostudiu nebo pro distanční formu
vzdělávání. Otázky na konci tématu ověří
u žáků pochopení probíraného učiva. Materiál
vyžaduje použití multimediálních prostředků
(PC a dataprojektoru).
Ideální a reálný plyn
Plynné skupenství (plyn)
 Molekuly plynu jsou v neustálém neuspořádaném pohybu;
 Molekuly plynu jsou od sebe značně vzdáleny a jejich snadná
vzájemná pohyblivost je příčinou tekutosti plynů;
 Plyny tedy nemají stálý tvar (ten je určen tvarem nádoby);
 Rozpínavost plynů je důsledkem zanedbatelného silového působení
mezi molekulami plynu;
 Plyny proto nemají stálý objem(ten je určen objemem nádoby);
 Značná vzdálenost molekul, umožňuje snadnou stlačitelnost plynů.
Ideální plyn
 Fyzikální model zavedený pro zjednodušení popisu dějů v plynech;
 Předpokládáme, že:
1. Rozměry molekul ideálního plynu jsou zanedbatelně malé ve
srovnání s jejich střední vzdáleností;
 Dokonalá stlačitelnost ideálního plynu;
2. Molekuly ideálního plynu na sebe nepůsobí přitažlivými silami;
 Vnitřní energie ideálního plynu je dána součtem kinetických
energií jednotlivých molekul;
3. Vzájemné srážky molekul ideálního plynu a jejich nárazy na stěny
nádoby jsou dokonale pružné;
 Srážky se realizují bez úbytku kinetické energie.
Stavové veličiny
 Stav plynu popisujeme pomocí stavových veličin;
 Plyn stálé hmotnosti m, který je v rovnovážném stavu, lze
charakterizovat stavovými veličinami:
 T - Termodynamická teplota, T = K;
 p - Tlak, p = Pa;
 V - Objem, V = m3;
Obrázek 10.1. Manometr
Stavová rovnice pro ideální plyn
 Stavová rovnice popisuje vztah mezi stavovými veličinami:
pV
 konst.
T
nebo
p1V1
p2V2

T1
T2
 p1,V1,T1 je počáteční stav;
 p2,V2,T2 je konečný stav (po proběhnutí stavové změny);
 Při stavové změně ideálního plynu stálé hmotnosti je výraz pV
konstantní.
T
Stavová rovnice pro ideální plyn
 Příklad: Ve válci s pohyblivým pístem bylo uzavřeno 5 l plynu o teplotě
20 °C a tlaku 100 kPa. Stlačením plynu na objem 1 l, se zvýšil
jeho tlak na 800 kPa. Určete teplotu plynu po stlačení.
• Známe: p1 = 100 kPa;
V1 = 5 l;
T1 = 293 K (20 °C);
p2 = 800 kPa;
V2 = 1 l;
T2 = ? K ( ? °C);
• Ze stavové rovnice si vyjádříme neznámou T2:
p1V
p1V1
p222V222
T22 
T11 //T:21p1V1
T11T1
pT11V
21
T2 
p2V2
8001
T1 
 293  468,8 K  195,8 C
p1V1
100 5
• Stlačením se teplota plynu zvýšila na hodnotu 196 °C.
Stavová rovnice pro ideální plyn
 Stavová rovnice pro látkové množství n molů ideálního plynu:
pV  nRT.
 R je molární plynová konstanta (R = 8,31 J.K-1.mol-1);
 Ideální plyn lze definovat jako plyn, pro který přesně platí uvedená
stavová rovnice.
Reálný plyn
 Molekuly reálného plynu mají skutečnou velikost;
 Reálný plyn není dokonale stlačitelný;
 U molekul reálného plynu existuje vzájemné silové působení;
 Vnitřní energie plynu je dána součtem kinetické a potenciální
energie soustavy molekul;
 Reálný plyn se blíží modelu ideálního plynu při dostatečně vysoké
teplotě a nízkém tlaku;
 Většina reálných plynů se ideálnímu blíží již za normálních podmínek
(pn = 101,325 kPa a Tn = 273,15 K).
Shrnutí nejdůležitějších poznatků
 Stav plynu popisujeme pomocí stavových veličin:
 T - Termodynamická teplota, T = K;
 p - Tlak, p = Pa;
 V - Objem, V = m3;
 Vztah mezi stavovými veličinami pro ideální plyn popisuje
stavová rovnice:
pV
 konst.
T
 Reálný plyn se modelu ideálního plynu blíží již za normálních podmínek
(pn = 101,325 kPa a Tn = 273,15 K).
Otázky a úkoly
1)
Popište rozdíly plynného, kapalného a pevného skupenství.
o
Pevné látky: Malá vzdálenost částic, velké přitažlivé síly, stálý tvar a objem tělesa.
Kapaliny: Částice dále od sebe, slabší přitažlivé síly, stálý objem, tvar podle nádoby.
Plyny: Velká vzdálenost částic, zanedbatelné silové působení, rozpínavé, tvar a objem
podle nádoby.
2)
Proč jsou plyny mnohem lépe stlačitelné než kapaliny a pevné látky?
o
Protože mají molekuly daleko od sebe.
3)
Čím je způsobena rozpínavost plynů?
o
Rozpínavost plynů je důsledkem zanedbatelného silového působení mezi molekulami
plynu.
Otázky a úkoly
4)
Vysvětlete, proč zavádíme fyzikální model ideální plyn.
o
Pro zjednodušení popisu dějů v plynech.
5)
Má při stejné teplotě větší energii 1 mol ideálního nebo reálného
plynu?
o
Větší energii má reálný plyn, protože na rozdíl od ideálního plynu u něj není
zanedbána potenciální složka vnitřní energie.
Použité zdroje
• LEPIL, Oldřich, BEDNAŘÍK, Milan, HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro
střední školy I. 4. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 266 s. Učebnice
pro střední školy. ISBN 80-7196-184-1.
• BEDNAŘÍK, Milan, KUNZOVÁ, Vlasta, SVOBODA, Emanuel. Fyzika II
pro studijní obory SOU. 1. vyd. Praha: SPN, 1986, 216 s. Učebnice
pro střední školy.
• MIKLASOVÁ, Věra. Sbírka úloh z fyziky pro SOŠ a SOU. 1. vyd. Praha:
Prometheus, 2005, 298 s. Učebnice pro střední školy. ISBN 80-7196-135-3.
• Autorem obrázků, pokud není uvedeno jinak, je autor výukového
materiálu.