Rovnovážná stav vratný děj tepelná rovnováha teplota a její měření

Termodynamické soustavy

• izolovaná – nedochází k výměně energie ani částic s okolím konáním práce nebo tepelnou výměnou
• neizolovaná – dochází…
• uzavřená – nedochází k výměně částic mezi soustavou a okolím
• otevřená – dochází zde k výměně částic s okolím
• adiabaticky izolovaná – nedochází v ní k tepelné výměně s okolím

Stavové veličiny

• veličiny, charakterizují stav
• např. teplota, tlak, objem
• při interakci s prostředím dochází ke stavové změně soustavy
• soustava přechází z počátečního stavu do výsledného stavu (konečného)

Rovnovážný stav

• Každá soustava, která je od určitého okamžiku v neměnných vnějších podmínkách, přejde samovolně po určité době do rovnovážného stavu. V tomto stavu setrvá, pokud zůstanou tyto podmínky zachovány
• nemění se objem, tlak ani teplota, neprobíhají žádné změny skupenství, chemické reakce ani jaderné přeměny
• Pokus: Do termosky s vlažnou vodou nasypeme led. Teplota obou složek se změní a ustálí při neměnných vnějších podmínkách na konstantní teplotě.
• Je stavem s největší pravděpodobností výskytu

p – pravděpodobnost výskytu

m – počet příznivých výsledků

n – počet všech případů

Relaxační doba

• Charakterizuje, za jak dlouho se termodynamická soustava vrátí do rovnovážného stavu, jestliže byla z něho vyvedena

  Rovnovážný děj

• soustava prochází řadou na sebe navazujících rovnovážných stavů

• reálně děj lze považovat za rovnovážný probíhá-li dostatečně pomalu

• pomalé stlačování plynu ve válci pomocí pístu, pomalé ohřívání nebo ochlazování kapaliny

  Nerovnovážný děj

• většina reálných dějů

• rychlé stlačení nebo rozpínání plynu, rychlé ochlazení kapaliny

Termodynamické děje

• Termodynamický děj (též tepelný děj) je děj, při kterém se mění stav tělesa (mění se některé ze stavových veličin).
• Dělíme na:
  • Vratné (reverzibilní) děje – vratné děje jsou takové, u nichž lze původního stavu dosáhnout obrácením pořadí jednotlivých úkonů.
    • jsou pouze ideální, lze se jim ale přiblížit
  • Nevratné (ireverzibilní) děje – Nevratné děje jsou takové děje, které probíhají bez vnějšího působení pouze v jednom směru, tzn. původního stavu nelze dosáhnout přesně stejným postupem v obráceném pořadí.
    • hoření dřeva, rozpouštění cukru v čaji

Termodynamická teplota

• Teplotní stupnice u kapalinových teploměrů jsou závislé na použité teploměrné látce, proto se vědci snažili najít stupnici nezávislou.

• Termodynamická teplotní stupnice zavedena skotským fyzikem W. Thomsonem (lord Kelvin)

• T [K] … kelvin základní jednotka SI soustavy

• Trojný bod vody – rovnovážný stav soustavy vody + led + pára – Tr = 273,16 K

• Kelvin je 1/273,16 díl termodynamické teploty trojného bodu vody

• Počátkem stupnice je termodynamická teplota 0 K (teplota absolutní nuly). Libovolná soustava se k ní může přiblížit, ale nemůže jí dosáhnout, protože při těchto velmi nízkých teplotách ustává tepelný pohyb atomů.

• na měření se využívá teploměr s termodynamickou teplotní stupnicí

  t = (T - 273,16) °C - Celsiova teplota

  T = (t + 273,16) K

Teplota plynu z hlediska molekulové (statistické) fyziky

• Molekuly plynu vykonávají tepelný pohyb.
• Teplota v plynu je přímo úměrná střední kinetické energii molekul a frekvenci jejich srážek.
• Z toho plyne, že čím vyšší je teplota plynu, tím větší je střední rychlost molekul.
• Při velmi malých teplotách (blízko absolutní nuly) tepelný pohyb téměř ustává.

Celsiova teplotní stupnice

• Jednotkou stupeň Celsia [°C]

• Vytvořena v roce 1792 švédským astronomem Andersem Celsiem

• Dva pevné body: 0 °C – teplota tání

  100 °C – teplota varu vody

• Původně byly pevné body obráceně

• Dnes je jako vedlejší jednotka SI soustavy definována pomocí trojného bodu vody, kterému je přiřazena teplota 0,01 °C a tím, že absolutní velikost jednoho dílku teplotní stupnice (1 °C) je rovna 1 K.

• Teplotní rozdíl ve °C se rovná teplotnímu rozdílu v K

Fahrenheitova teplotní stupnice

• Jednotkou stupeň Fahrenheita [°F]

• Pojmenována po německém skláři Gabrielu Fahrenheitovi

• Dva referenční body: 0 °F – nejnižší teplota, jaké byl schopen dosáhnout (smícháním soli a ledu)

  96 °F – teplota lidského těla

• Později upraveno na 32 °F – bod mrazu

  212 °F – bod varu vody

• Dnes se používá především v Americe

Réaumurova stupnice

• Jednotkou stupeň Réaumura [°R]

• Zavedena v roce 1730 francouzským přírodovědcem René Réaumurem

• Dva referenční body – 0° R – bod mrazu

  – 80° R – bod varu vody

• Dříve byla velmi rozšířena, ale přestala se používat.

C je teplota ve stupních Celsia

F je teplota ve stupních Fahrenheita

R je teplota ve stupních Réaumura

Druhy teploměrů

• Kapalinový – teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá teplotní roztažnosti teploměrné kapaliny (rtuť, líh)

• Bimetalový – teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá bimetalový (dvojkový) pásek složený ze dvou kovů s různými teplotními součiniteli délkové roztažnosti. Při změně teploty se pásek ohýbá a tento pohyb se přenáší na ručku přístroje.
• Plynový – teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost tlaku plynu na teplotě při stálém objemu plynu, popř. závislost objemu plynu na teplotě při stálém tlaku
• Odporový – teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost elektrického odporu vodiče nebo polovodiče na teplotě
• Termoelektrický – Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá termoelektrický jev, změnou teploty spoje dvou různých kovů se mění vzniklé termoelektrické napětí.