Práce termodynamického systému
Mechanická práce – práce vykonaná např. na píst expanzí plynu za konstantního tlaku
W=p*ΔV
(Pro nadšené si vysvětlíme, odkud pochází tento vzorec J: Víme z mechaniky, že mechanická práce je součin vektoru síly F a vektoru dráhy s, na které táto síla působí. W= F*Δs
U plynu je práce součinem tlaku p a plochy S, na kterou tlak působí, tedy F=pS. Po dosazení do našeho vzorce bude tento vypadat takhle: W= pSΔs.
Jakmile se plocha pístu S posune o velmi malou vzdálenost Δs, tak se zvětší objem systému podle vzorce: ΔV=SΔs (trojrozměrná veličina objem V = dvojrozměrná veličina plocha S * jednorozměrná veličina dráha s).
A když tento dosadíme do našeho posledního vzorce pro mechanickou práci, tak dostáváme konečný vzorec)
Stavové rovnice
Stavové rovnice spojují základní stavové veličiny termodynamického systému. Ideální plyn je neomezeně stlačitelný.
Vysvětlíme si na tomto příkladě: jakmile dáme do nádoby kapalinu a přitlačíme na ni svrchu- např. kovovou plátní, nebo ji dáme do stříkačky, konec uzavřeme a přitlačíme na píst, tak se stříkačka ani nepohne, stejně jako se nezmění hladina vody. Jakmile bychom do té stejné stříkačky dali plyn, tak by se stříkačka pohnula.
Při ideálním plynu neomezená stlačitelnost znamená, že bychom ho v podstatě mohli takto stlačovat do nekonečna – dokud by teoreticky nezmizel.
Jeho částice mají dokonale pružné nárazy (srážka, při které se nemění vlastnosti daných častic, jednoduše bych to vysvětlila tak, že srážka se stala, ale nic se při ní nestalo J nezměnila se rychlost častic, jejich hmotnost…).
Není vnitřní tření (vnitřní tření vzniká uvnitř tekutin (tedy kapalin a plynu) kvůli vzájemnému silovému působení mezi částicemi při proudění).
Stavová rovnice: pV=nRT. Tato rovnice je přesná jenom pro rovnovážný stav ideálního plynu. U reálného plynu používáme van der Waalsovu rovnici: (p+n2 * a/V2)⋅(V−n*b)=nRT (a je konstanta zbahňující van der Waalsovy síly, b je konstanta omezující stlačitelnost plynu)
Termodynamické děje
Znázorňujeme je v pV diagramu- graf závislosti tlaku na objemu. Tady je vidíte všechny pohromadě v jednom grafu, ale my se na ně podíváme pěkně zblízka.
Při izotermickém procesu můžeme pozorovat křivku. Na křivce vidíme konstantní teplotu, protože dochází k výměně tepla s okolím.
Jednoduše si to můžete představit na člověku, který stojí v chladu na zastávce a má okolo sebe vrstvu ohřátého vzduchu. V této vrstvě dochází k výměně tepla (ofoukne tě vítr).
Izotermická expanze: plyn koná práci W a přijímá teplo Q (počítaní těžké- integrály) W=pΔV
Izobarický děj
O něm se bavíme, když se mění objem, ale tlak zůstává konstantní.
Jako, když přiberete, ale nijak vás to netrápí, žádný tlak.
Izochorický děj
Tady naopak se nemění objem, ten je konstantní, ale tlak ano.
Někdo může být pod tlakem kvůli tomu, že právě kila nejdou dolů po Vánocích nebo naopak, že kila nejdou nahoru. Berte to jako příklad, jak si to pro sebe zapamatovat, taková odlehčená verze.
Určitě není objem to stejné jako hmotnost.
Adiabatický děj
Tento děj je podobný izotermickému procesu. Je pro něj typické, že se nevyměňuje teplo mezi systémem a okolím.
Zjednodušeně si to můžete představit třeba jako ohřátou vrstvu vzduchu okolo člověka, co stojí nahatý v chladu na zastávce, ale tuhle svou tepelnou vrstvu neztrácí (třeba větrem).
pVK = konst. κ= Poissonova konst.
Adiabatická komprese – koná se práce, U se zvětšuje
Termodynamické zákony
První termodynamický zákon
Je zvláštní formulací zákona zachování energie.
Vykoná-li okolí systému práci o velikosti W a přijme-li systém z okolí teplo o velikosti Q, pak se vnitřní energie systému změní o součet těchto hodnot. ΔU = Q − W
Při kruhovém ději je ΔU=0.
Hodnota vnitřní energie je téměř nevyjádřitelná => uvažujeme jenom její změny.
Druhý termodynamický zákon
Teplo nemůže při styku dvou těles různých teplot samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na teplejší, tzn. nelze sestrojit periodicky pracující tepelný stroj (perpetum mobile druhého druhu), který by trvale konal práci pouze tím, že by ochlazoval jedno těleso a k žádné další změně v okolí by nedocházelo.
Třetí termodynamický zákon
Žádným konečným procesem nelze systém přivést k teplotě absolutní nuly.
Barbora Horniaková
