Tepelné jevy

Vnitřní energie tělesa

Atomy a molekuly v látce se pohybují → mají pohybovou energii.
Atomy a molekuly se v látce můžou přitahovat a odpuzovat → mají potenciální energii.
Součet pohybových a potenciálních energií všech molekul v tělese se nazývá vnitřní energie tělesa.
Vnitřní energie tělesa závisí na počtu molekul v tělese, teplotě a vzájemné poloze molekul v tělese.
Vnitřní energii tělesa lze zvýšit:
1. dotykem tělesa s jiným tělesem, které má větší teplotu.
2. působením síly, která koná práci.

Teplo

Teplo je fyzikální veličina udávající energii, kterou si vyměňují tělesa různé teploty.
Značka Q
Jednotka J – joule
Teplo je tím větší, čím větší je rozdíl teplot.
Čím větší hmotnost má těleso, tím více tepla na jeho ohřátí spotřebujeme.
Teplo nutné k ohřátí tělesa za jinak stejných okolností závisí na látce – měrná kapacita látky.
Zahřejeme látku s hmotností m, která má měrnou kapacitu c, t teploty t₁ na teplotu t₂.
Dodané teplo Q určíme podle vzorce:
Q = c ⋅ m ⋅ (t₂ - t₁).

Měrná kapacita látky

Vyjadřuje kolik tepla musíme dodat 1kg určité látky k ohřátí o 1°C.
Značka je c
Jednotka je J / kg ⋅ ^°C

Kalorimetrická rovnice

Při tepelné výměně mezi dvěma tělesy platí kalorimetrická rovnice
Kalorimetrická rovnice popisuje tepelnou výměnu těles tvořících izolovanou soustavu,
pro kterou platí zákon zachování energie – tedy veškeré teplo, které při výměně jedno
těleso odevzdá, druhé těleso přijme.
Rovnice: c₁ ⋅ m₁ ⋅ (t₁ - t) = c₂ ⋅ m₂ ⋅ (t - t₂)
m₁, m₂ ... hmotnosti těles
c₁, c₂ ... měrné tepelné kapacity
t ... výsledná teplota
t₁ ... teplota teplejšího tělěsa
t₂ ... teplota chladnějšího tělesa
Kalorimetr slouží k zabránění výměny tepla mezi zkoumanými tělesy a okolím

Vedení tepla

Vedením se teplo šíří v kapalinách, v pevných látkách i v plynech
Tepelné vodiče – látky, které vedou dobře teplo (kovy)
Tepelné izolanty – látky, které vedou teplo špatně (kapaliny, plyny, dřevo, sklo, plasty)
Součinitel tepelné vodivosti – udává, kolik tepla se odvede vrstvou tloušťky 1 m o průřezu 1m²
za dobu 1 s, je-li teplotní rozdíl na opačných stranách vrstvy 1°C

Šíření tepla prouděním a zářením

Prouděním se teplo přenáší pouze v kapalinách a plynech
Zářením se teplo šíří průhlednými látkami a vakuem
Tepelné záření – záření nad 500°C –je viditelné

Skupenské přeměny

Skupenství = stav látky, který je určen především uspořádáním jejích atomů.
Pevné látky: nemění snadno svůj tvar ani objem amorfní látky:asfalt, sklo, plasty.
Kapalné látky: téměř nestlačitelné (nemění objem), snadno mění tvar.
Plynné látky: stlačitelné, nemají stálý tvar.
Plazma: vzniká ionizací plynu – značným zvýšením teploty, elektrickým polem.
Jednotlivá skupenství se můžou navzájem přeměňova.

Tání a tuhnutí

Tání

Pevná látka → kapalina
Teplota tání – teplota při které pevná látka přechází v kapalinu (u amorfních látek nemůžeme stanovit
teplotu tání, protože do kapalného stavu přecházejí měknutím).
Zvýšením tlaku roste u většiny látek teplota tání (ne u vody).
Regelace ledu – tání ledu způsobené zvýšeným vnějším tlakem a opětovné zamrznutí vzniklé vody.

Tuhnutí

Kapalina → pevná látka
Teplota tuhnutí – teplota, při které k tuhnutí dochází (teplota tuhnutí je stejná jako jejich teplota tání).

Vypařování a kapalnění
(Kondenzace)

Vypařování: kapalina → plyn.
Rychlost vypařování závisí na:
- teplotě kapaliny.
- velikosti povrchu kapaliny.
- chemickém složení kapaliny.
- odvádění vznikajících par.
Kapalnění: plyn → kapalina.
Skupenské teplo vypařování – teplo, které musíme kapalině dodat, aby se přeměnila na plyn.
Absolutní vlhkost vzduchu – množství vodních par ve vzduchu (hmotnost vodní páry v 1 m² vzduchu).
Relativní vlhkost vzduchu – podíl absolutní vlhkosti při dané teplotě k maximální absolutní vlhkosti
při této teplotě (ve stavu nasycení).
Při ochlazování vzduchu s určitým množstvím vodní páry se zvyšuje relativní vlhkost vzduchu,
při určité teplotě dosáhne relativní vlhkost vzduchu 100% = rosný bod.

Var

Var = vypařování, při němž se kapalina vypařuje jak na povrchu tak uvnitř
Teplota varu – teplota, při které dochází k varu. Závisí na:
- Chemickém složení kapaliny.
- Tlaku vzduchu nad jejím povrchem.
Skupenské teplo varu – teplo, které musíme kapalině dodat, abychom ji při teplotě varu přeměnili na plyn téže teploty.
Měrné skupenské teplo varu [ J/kg ] – porovnání kolik tepla musíme dodat 1 kg různých kapalin k přeměně na plyn

Sublimace a Desublimace

Sublimace = děj, při kterém se pevná látka mění přímo v plyn.
Desublimace = děj, při kterém se plyn přeměňuje rovnou v pevnou látku.
Rychlost sublimace závisí na teplotě.

Tepelné motory

Tepelné motory jsou stroje, které využívají tepla k vytváření mechanické práce. Existují dva hlavní typy tepelných motorů: spalovací motory a parní motory.

Spalovací motory

Spalovací motory fungují tím, že palivo je spáleno v komoře a výsledné teplé plyny jsou využity k pohybu pístu. Nejčastěji používané spalovací motory jsou:

Spalovací motor s vnitřním spalováním (např. benzinový motor)
Spalovací motor s vnějším spalováním (např. parní motor)

Parní motory

Parní motory využívají páru k vytváření mechanické práce. Parní stroje byly velmi důležité v průmyslové revoluci, kdy byly používány k pohonu strojů a zařízení v textilních továrnách a jiných průmyslových podnicích. Nejčastěji používané parní motory jsou:

Jednoduchý parní stroj
Dvojitý parní stroj
Trojitý parní stroj