SKUPENSKÉ STAVY HMOTYSKUPENSKÉ STAVY HMOTY
Teze přednáškyTeze přednášky
SKUPENSKÉ STAVY HMOTYSKUPENSKÉ STAVY HMOTY
JSOU DÁNY:JSOU DÁNY:
vzdáleností atomů (molekul)vzdáleností atomů (molekul)
silovými interakcemisilovými interakcemi
energií neuspořádaného pohybuenergií neuspořádaného pohybu
jsou závislé na teplotě a tlakujsou závislé na teplotě a tlaku
PLYNYPLYNYmolekuly představují 1 % objemumolekuly představují 1 % objemukohezní síly se neuplatňujíkohezní síly se neuplatňujístálý neuspořádaný pohyb stálý neuspořádaný pohyb to vše brání shlukováníto vše brání shlukování
nezachovávají tvar a objemnezachovávají tvar a objemvyplňují beze zbytku prostor, který je vyplňují beze zbytku prostor, který je jim vymezenjim vymezendefinovány stavovými veličinami definovány stavovými veličinami
p, V, T, p, V, T, ρρ, n, n
PLYNYPLYNY
ideální plyn zanedbává velikost a ideální plyn zanedbává velikost a interakce molekul (dokonale interakce molekul (dokonale stlačitelný)stlačitelný)
stavová rovnicestavová rovnice
p V = n R Tp V = n R T
van der Waalsova stavová rovnice van der Waalsova stavová rovnice reálného plynureálného plynu
(p + n(p + n22 a/V a/V22) . (V – n b) = n R T) . (V – n b) = n R T
Daltonův zákonDaltonův zákon
Tlak směsi plynů se rovná součtu Tlak směsi plynů se rovná součtu parciálních tlaků jeho složekparciálních tlaků jeho složek
p = ∑pp = ∑pii = p = p11 + p + p22 + ……… p + ……… pnn
Parciální tlak plynu ve směsi plynů je Parciální tlak plynu ve směsi plynů je takový tlak, který by měl plyn, pokud takový tlak, který by měl plyn, pokud by zaujal daný objem sám.by zaujal daný objem sám.
Děje v plynechDěje v plynechz I. termodynamické věty platíz I. termodynamické věty platí
Q = Q = ΔΔU + p U + p ΔΔVV
izochorický děj V = k izochorický děj V = k =>=> ΔΔV = 0V = 0
Q = Q = ΔΔUU
izobarický děj p = kizobarický děj p = k
Q = Q = ΔΔU + p U + p ΔΔVV
izotermický děj T = k izotermický děj T = k =>=> ΔΔU = 0U = 0
Q = p Q = p ΔΔV V
adiabatický děj Q = 0adiabatický děj Q = 0
ΔΔU = - p U = - p ΔΔV V
ROZPOUŠTĚNÍ PLYNŮ ROZPOUŠTĚNÍ PLYNŮ V KAPALINÁCHV KAPALINÁCH
Množství plynu rozpuštěného Množství plynu rozpuštěného
v kapalině je závislé na parciálním v kapalině je závislé na parciálním tlaku plynu v plynné fázi nad tlaku plynu v plynné fázi nad kapalinou. kapalinou.
Tento princip zajišťuje difuzi plynů Tento princip zajišťuje difuzi plynů
z plicních alveol do krve.z plicních alveol do krve.
Henryho zákonHenryho zákonRozpustnost plynů v kapalináchRozpustnost plynů v kapalinách
VVpp
------ = ------ = αα . p . pii
VVkk
VVp p objem plynuobjem plynu rozpuštěného v rozpuštěného v
objemu kapaliny Vobjemu kapaliny Vkk
αα Henryho absorpční koeficient Henryho absorpční koeficient
ppii parciální tlak plynu parciální tlak plynu
αα nepřímo úměrně závislý na t nepřímo úměrně závislý na t
Rychlost difuze plynůRychlost difuze plynů dmdm ------ = -D . S . ------ = -D . S . ΔΔppii
dtdtdm/dt diferenciál hmoty podle času dm/dt diferenciál hmoty podle času ΔΔppii gradient parciálních tlaků gradient parciálních tlaků D difuzní koeficient S plochaD difuzní koeficient S plocha αα . . ΔΔppii
D = ----------D = ---------- √ √ MMM molekulová hmotnostM molekulová hmotnostαα absorpční koeficient absorpční koeficient
DDCOCO
---------------------- = 20,8 pro krev při 37 = 20,8 pro krev při 37 ooCC
DDOO2
2
COCO22 je v krvi 20x rozpustnější je v krvi 20x rozpustnější
než Onež O22 a 46x než N a 46x než N22
OO22 98,6 % vázán na hemoglobin 98,6 % vázán na hemoglobin
1,4 % fyzikálně rozpuštěn1,4 % fyzikálně rozpuštěn
COCO22 94 % chemicky vázán HCO 94 % chemicky vázán HCO33- - COCO33
2-2-
6 % fyzikálně rozpuštěn6 % fyzikálně rozpuštěn
NN22 inertní plyn inertní plyn
100 % fyzikálně rozpuštěn100 % fyzikálně rozpuštěn
EvazeEvaze
kesonová nemoc (nemoc potapěčů)kesonová nemoc (nemoc potapěčů)
plynová embolie uvolněním bublinek plynová embolie uvolněním bublinek dusíku v krvidusíku v krvi
Výšková (horská) nemocVýšková (horská) nemocpři běžném barometrickém tlakupři běžném barometrickém tlaku
ppi i OO2 2 == 21,3 kPa 21,3 kPa
v nadmořské výšce 4 000 mv nadmořské výšce 4 000 m
ppi i OO2 2 == 13,3 kPa13,3 kPa
hypoxiehypoxie
aklimatizace aklimatizace
KAPALINAKAPALINA
Molekuly se prakticky dotýkajíMolekuly se prakticky dotýkajívnitřní kohezní sílyvnitřní kohezní síly
- disperzní u nepolárních molekul- disperzní u nepolárních molekul - dipólové u polárních molekul- dipólové u polárních molekul
zachovávají objem, nezachovávají zachovávají objem, nezachovávají tvar – potenciální energie interakcí je tvar – potenciální energie interakcí je větší než kinetická energie větší než kinetická energie neuspořádaného pohybuneuspořádaného pohybumolekuly konají nepravidelné molekuly konají nepravidelné kmitavé pohyby kolem pozvolna se kmitavé pohyby kolem pozvolna se měnících rovnovážných polohměnících rovnovážných poloh
KAPALINYKAPALINY
Ideální kapalina viskozita = 0Ideální kapalina viskozita = 0 stavová rovnice stavová rovnice ρρ = konst. = konst.
Hustota Hustota ρρHydrostatický tlak Hydrostatický tlak Hydrostatické paradoxonHydrostatické paradoxonPascalův zákonPascalův zákon
tlak se šíří všemi směry nezávisle na tlak se šíří všemi směry nezávisle na směru působící síly směru působící síly
Hydraulický lis SHydraulický lis S11 . F . F22 = S = S22 . F . F11
Hustota kapalinHustota kapalin
PyknometrPyknometr mm ρρ = ----- = ----- [[kg.mkg.m-3-3]] VV
HustoměrHustoměrMohrovy-Westphalovy váhyMohrovy-Westphalovy váhy
vztlak – poměr vůči voděvztlak – poměr vůči vodě ρρ = 1 000 kg.m = 1 000 kg.m-3-3 pro 20 pro 20 ooCC
Fázová rozhraníFázová rozhranípovrchová energie, napětípovrchová energie, napětí
W FW F ------ = ------ = σσ = ----- = ----- S l S l
adsorpce – na rozhraní dvou fází se adsorpce – na rozhraní dvou fází se zvyšuje koncentrace částic rozpuštěné zvyšuje koncentrace částic rozpuštěné látky proti koncentraci v roztokulátky proti koncentraci v roztoku
tenzidy – interakce mezi molekulami tenzidy – interakce mezi molekulami rozpouštědla jsou silnější než mezi rozpouštědla jsou silnější než mezi rozpouštědlem a tenzidemrozpouštědlem a tenzidem
- proti shromažďování na povrchu působí - proti shromažďování na povrchu působí koncentrační gradientkoncentrační gradient
- snižují povrchové napětí- snižují povrchové napětí
HYDRODYNAMIKAHYDRODYNAMIKA
Rovnice kontinuityRovnice kontinuity
S1 . v1 = S2 . v2
• Rovnice Bernoulliho
hh . . ρρ . g . g + + ½½ ρρ . . vv22 = konst.= konst.
Hydrodynamické paradoxonHydrodynamické paradoxon
S1 v1 S2 v2
v2>v1 => h2<h1
h1
h2
výtoková rychlostvýtoková rychlost
na hladině v klidu – potenciální i na hladině v klidu – potenciální i kinetická energie jsou vyrovnánykinetická energie jsou vyrovnány
h . h . ρρ . g = ½ . g = ½ ρρ . v . v22
22hh . . g =g = vv22
v = √ 2 g . hv = √ 2 g . h
Viskozita – vnitřní tření kapalinViskozita – vnitřní tření kapalinvnitřní kohezní síly vyvolávají mezi vrstvami vnitřní kohezní síly vyvolávají mezi vrstvami tečné napětí tečné napětí ττ (tau) (tau)
F F ΔΔvv ττ = ------ = = ------ = ηη -------- -------- S S ΔΔxx
ΔΔv gradient rychlostiv gradient rychlostiΔΔx vzdálenost dvou vrstevx vzdálenost dvou vrstevηη dynamická viskozita dynamická viskozita [[Pa.sPa.s]] (kcP) (kcP)
ηη ~~ e e-K/T-K/T
K látková konstantaK látková konstantaT absolutní teplotaT absolutní teplota
Viskozita – transport hybnosti F . tViskozita – transport hybnosti F . t
Transp.vel. = - K . Plocha . GradientTransp.vel. = - K . Plocha . Gradient
dvdv
F = F = ηη . S . ------- . S . -------
dxdx
dv gradient rychlostidv gradient rychlosti
dx vzdálenost dvou vrstev dx vzdálenost dvou vrstev
ηη dynamická viskozita dynamická viskozita [[Pa.sPa.s]] (kcP) (kcP)
Viskozita suspenze (krve)Viskozita suspenze (krve)
ηηss = = ηη . (1 + k . c) . (1 + k . c)
k konstanta charakterizující fyzikální k konstanta charakterizující fyzikální vlastnosti částicvlastnosti částic
c objemová koncentrace částicc objemová koncentrace částic
kinematická viskozitakinematická viskozita
ηη
n = ------ n = ------ [[mm22.s.s-1-1]]
ρρ
PROUDĚNÍPROUDĚNÍPrůtokový objem QPrůtokový objem Q
V V ππ . r . r44 . . ΔΔppQ = ----- = --------------------Q = ----- = -------------------- t 8 t 8 ηη . . ΔΔll
mechanický odpor řečištěmechanický odpor řečiště ΔΔp 8 p 8 ηη . . ΔΔll R = -------- = -----------R = -------- = -----------
Q Q ππ . r . r44 síla odporu řečištěsíla odporu řečiště
F = F = ππ . R . R22 . . ΔΔpp
DRUHY PROUDĚNÍDRUHY PROUDĚNÍ
LAMINÁRNÍLAMINÁRNÍ – vrstvy se pohybují rovnoběžně – vrstvy se pohybují rovnoběžně
TURBULENTNÍTURBULENTNÍ – vířivé – vířivé REYNOLDSOVO ČÍSLOREYNOLDSOVO ČÍSLO v . v . ρρ . R . R
RRee = ----------------- = -----------------
ηη
kritická hodnota pro krev je 1000kritická hodnota pro krev je 1000R průměr trubiceR průměr trubice
Tvar čela proudniceTvar čela proudniceideální kapalina ideální kapalina - nulová viskozita – čelo je - nulová viskozita – čelo je kolmé na stěnu nádobykolmé na stěnu nádoby
reálná kapalina – parabolareálná kapalina – parabola
suspenze - paraboloidsuspenze - paraboloid částicečástice se drží ve středu se drží ve středu
proudnice a brzdí čeloproudnice a brzdí čelo
PEVNÁ LÁTKAPEVNÁ LÁTKA
částice kmitají kolem stálých částice kmitají kolem stálých rovnovážných poloh rovnovážných poloh zachovává tvar i objemzachovává tvar i objemgeometrická uspořádanost – geometrická uspořádanost – krystalová mřážkakrystalová mřážkamíra pevnosti interakci – teplota tánímíra pevnosti interakci – teplota tánísměrová závislost fyzikálních směrová závislost fyzikálních vlastnostívlastností
- nezávislé IZOTROPNÍ- nezávislé IZOTROPNÍ - směrově závislé ANIZOTROPNÍ- směrově závislé ANIZOTROPNÍ
PLAZMAPLAZMA
extrémní teploty a tlakyextrémní teploty a tlaky
elektromagnetické interakce mezi elektromagnetické interakce mezi jádrem atomu a elektrony jsou menší jádrem atomu a elektrony jsou menší než kinetická energie elektronůnež kinetická energie elektronů
supravodivostsupravodivost
ve vesmíru nejběžnější skupenství ve vesmíru nejběžnější skupenství
PŘECHODOVÉ STAVY HMOTYPŘECHODOVÉ STAVY HMOTY
tekuté (kapalné) krystaly – intermediární tekuté (kapalné) krystaly – intermediární stav mezi kapalinou a pevnou látkoustav mezi kapalinou a pevnou látkoutři fáze podle vlastností částic:tři fáze podle vlastností částic:
- NEMATICKÁ shodná orientace- NEMATICKÁ shodná orientace - SMEKTICKÁ orientace + uspořádanost- SMEKTICKÁ orientace + uspořádanost - CHOLESTERICKÁ orientace, - CHOLESTERICKÁ orientace, uspořádanost, uspořádanost, periodicita vrstevperiodicita vrstev
TEKUTÉ KRYSTALYTEKUTÉ KRYSTALY
nematickánematická
shodná orientaceshodná orientace
smektickásmektická
orientace + orientace + uspořádanostuspořádanost
cholesterickácholesterická
orientace, orientace,
uspořádanost, uspořádanost,
periodicita vrstev periodicita vrstev