Vnitřní energie II. část

První termodynamický zákon

Přírůstek vnitřní energie U soustavy se rovná součtu práce W vykonané okolními tělesy působícími na soustavu silami a tepla Q odevzdaného okolními tělesy soustavě.

QWU

Mohou nastat 2 speciální případy:

Vnitřní energie se změní jen konáním práce, nenastane žádná tepelná výměna s okolím….ADIABATICKÝ DĚJ

Vnitřní energie se rovná teplu, které soustavapřijala nebo odevzdala

WU

QU

Pokud soustava přijímá energie jsou W a Q kladné, pokud soustava odevzdává energie jsou W a Q záporné.

W´ je práce, kterou vykoná soustava při působení na okolní tělesa stejně velkou silou opačného směru po stejné dráze.

Ze zákona akce a reakce vyplývá: Po dosazení do rovnice tohoto zákona získáme

vztah:

Teplo Q dodané soustavě se rovná součtu přírůstku vnitřní energie soustavy a práce W´, kterou soustava vykoná.

'WW

'WUQ

Příklady

Soustava přijala od svého okolí teplo 8 200 J a současně vykonala práci 1 000 J. Určete, jak se při tomto ději změnila vnitřní energie soustavy.

Při adiabatickém (nedochází k tepelné výměně s okolím) stlačení plynu uzavřeného v nádobě s pohyblivým pístem vykonala síla působící na píst práci 6 kJ. Určete změnu jeho vnitřní energie. Jak se změní při tomto ději teplota plynu?

učebnice str.60,cv.1,4,5 Plyn uzavřený v nádobě s pohyblivým pístem vykonal při

adiabatickém ději práci 400J. Určete změnu jeho vnitřní energie. Jak se změní při tomto ději teplota plynu?

Je možné, aby plyn přijal teplo 2kJ a vykonal práci 2 kJ? Napište pro tento děj první TD zákon.

Je možné, aby plyn předal studenějšímu tělesu teplo 200 J a vykonal při tom práci 300 J ? Jak se změní při tomto ději vnitřní energie plynu a jeho teplota?

Přenos vnitřní energie

vedením ( pevná látka ) zářením ( vakuum + plyn.skupenství) prouděním ( kapalné + plynné skupenství )

Tepelná výměna vedením

zahříváme-li jeden konec tyče, pozorujeme, že se zvyšuje i teplota částí, které nejsou přímo v plameni

zahřívané částice se rozkmitají a předají svou energie částicím v chladnějších oblastech

v kovech předávají energii hlavně volné elektrony

různé látky mají různou tepelnou vodivost (největší kovy), voda je velmi špatný vodič a nejmenší tepelnou vodivost mají plyny

Tepelná výměna zářením dopadne-li záření na těleso, část se odrazí,

část tělesem projde a zbytek je pohlcen

d

tSQ

l je součinitel tepelné vodivosti, S je obsah plochy, d je tloušťka desky,

t je teplotní rozdíl, je doba

Příklad Př. ze sbírky Lepil Vypočtěte teplo, které projde za dobu 10 sekund izolovanou

měděnou tyčí o obsahu průřezu 10 cm2 a délce 50 cm, je-li rozdíl teplot na koncích tyče 15 stupňů C. Součinitel tepelné vodivosti mědi je 380 W/m.K.

Určete teplo, které projde za 1 hodinu plochou o obsahu 1 m2 cihlové stěny o tloušťce 0,5 m, jestliže vnitřní povrch stěny má teplotu 18oC a vnější povrch -2oC. Součinitel tepelné vodivosti stěny je 0,84 W/m.K

Betonový panel má součinitel tepelné vodivosti 0,65 W/m.K. Vypočtěte teplo, které projde plochou o obsahu 1 m2 panelu za 1 minutu, tloušťka panelu je 15 cm, vnitřní povrch má teplotu 18oC, vnější povrch má teplotu -12oC.Jestliže panel nahradíme „chytrou izolací“ ICYNENE=stříkaná tepelná izolační pěna,vypočtěte jakou bude mít tloušťku.

Součinitel tepelné vodivosti ICYNENE je 0,03655 W/m.Khttp://www.ucebnice.krynicky.cz/Fyzika/

2_Molekulova_fyzika_a_termika/2_Vnitrni_energie_prace_teplo/2205_Tepelne_izolace.pdf

Přenos vnitřní energie prouděním

zahříváme-li kapalinu nebo plyn zdola, vzniká proudění; chladnější tekutina má větší hustotu, klesá v tíhovém poli dolů a vytlačuje teplejší tekutinu ze dna nádoby vzhůru

proudící tekutina přitom přenáší vnitřní energii

Pokus

Aby se voda prohřála, musíme ji zahřívat zdola. Teplo se od zdroje šíří prouděním zahřáté vody ode dna k hladině. Chladnější voda od hladiny klesá dolů, na dně se zahřeje, stoupá vzhůru a celý koloběh se opakuje. Tento jev můžeme názorně demonstrovat se skleněnou konvicí na čaj. Konvici naplníme vodou a vhodíme do ní drobná semínka nebo piliny z tvrdého dřeva. Při zahřívání začnou částice ve vodě vířit a jejich pohyb ukazuje průběh tepelných proudů v konvici.