Rozdělení učiva A. MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMIKA I. Základní poznatky molekulové fyziky a termodynamiky II. Vnitřní energie, práce a teplo III. Struktura a vlastnosti plynů IV. Kruhový děj s ideálním plynem V. Struktura a vlastnosti pevných látek VI. Struktura a vlastnosti kapalin VII. Změny skupenství látek B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ I. Kmitání mechanického oscilátoru II. Mechanické vlnění III. Zvukové vlnění
A. MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMIKA I. ZÁKLADNÍ POZNATKY MOLEKULOVÉ FYZIKY A TERMODYNAMIKY Molekulová fyzika – zkoumá vlastnosti látek na základě jejich částicového složení, neustálého pohybu a vzájemného působení jejich velkého počtu částic – metoda zkoumání: statistická (využívá teorie pravděpodobnosti a matematické statistiky) – základem je kinetická teorie látek Termodynamika – zkoumá vlastnosti látek bez uvažování jejich částicového složení (z tzv. makroskopického pohledu) – zkoumá např. tepelné jevy (např. změnu teploty při ohřívání jídla, tepelnou výměnu mezi kostkou ledu a nápojem, změny skupenství,…) – využívá zákon zachování a přeměny energie – metoda zkoumání: termodynamická (thermos = teplý, horký) – vznikla z termiky, která se zabývá i měřením teploty a tepla (i my), pracuje s bezprostředně pozorovatelnými veličinami, které lze měřit poměrně jednoduchými přístroji Příklad Plyn v uzavřené nádobě zahříváme – měříme teplotu a tlak – termodynamická metoda: tlak lineárně roste s teplotou, což vidíme z naměřených hodnot (o větší podrobnosti se nezajímáme) – statistická metoda: plyn se skládá z molekul, které se neustále pohybují, při vyšší teplotě narážejí na stěny nádoby větší rychlostí, což se projeví zvýšením tlaku (vysvětlení, proč se tlak plynu zvyšuje s teplotou)
1.1 Kinetická teorie látek a) kinetická teorie látek – základem jsou 3 experimentálně ověřené poznatky 1. látka kteréhokoli skupenství se skládá z částic (atomů, molekul nebo iontů); prostor není částicemi beze zbytku vyplněn – látka má nespojitou (diskrétní) strukturu 2. částice se v látkách neustále a neuspořádaně (chaoticky) pohybují – pohyb závisí především na teplotě (s rostoucí teplotou roste i rychlost) – hovoříme o tzv. tepelném pohybu (např. posuvný, otáčivý, kmitavý) – nepřímé důkazy: difúze, Brownův pohyb, tlak plynu 3. částice na sebe navzájem působí silami, které jsou při malých vzdálenostech odpudivé, při větších přitažlivé (původ je v elektrických silách) – o existenci sil svědčí: – u přitažlivých: soudržnost mezi částicemi tělesa, pevnost látek, přilnavost dvou dotýkajících se těles – např. přitažlivé síly vody a skla (tzv. přilnavost) jsou větší než síly mezi molekulami vody (tzv. soudržnost) pokus: dotkneme-li se skleněnou destičkou povrchu vody a pak ji pomalu začneme zvedat → zpočátku se zvedá i voda v okolí destičky, pak se destička odtrhne, ale dolní stěna zůstane mokrá → odtrhla se voda od vody – u odpudivých: malá stlačitelnost kapalin a pevných látek, změna hybnosti při pružné srážce těles b) nepřímé důkazy pohybu částic – difúze: samovolné pronikání částic jedné látky mezi částice druhé látky téhož skupenství (při vzájemném styku) – rychlost: 1. plyny (např. voňavka), 2. kapaliny (např. čaj ve vodě), 3. pevné látky (např. 2 kovy na sobě – využití výroba polovodičových součástek) – pokus: čaj zatížit na dně sklenice se studenou vodou – tlak plynu: je vyvolaný nárazy molekul na stěny nádoby – vyšší teplota → pohyb rychlejší → tlak plynu roste – Brownův pohyb: podle Roberta Browna (1827) – pylová zrníčka (tzv. Brownovy částice, např. částečky tuše, mléka,…) ve vodě konají trhavý neuspořádaný pohyb, příčinou jsou nárazy molekul vody c) zobrazovací technika nás přesvědčuje o reálné existenci částic, jejich rozměry jsou řádově 10-10m = 0,1 nm, což souhlasí s teoretickými výpočty – např. elektronový mikroskop – rastrovací tunelový mikroskop – atomy – molekuly (vyvýšeniny – polohy atomů Si)
d) vzájemné působení částic (interakce částic) – působí na sebe navzájem přitažlivými a současně odpudivými silami (nelze přímo měřit, obtížné) – graf závislosti přitažlivých 𝐹⃗p a odpudivých sil 𝐹⃗o a jejich výslednice 𝐹⃗v na vzdálenosti 𝑟 mezi částicemi (zjednodušení: uvažujme 2 částice) – z grafu plyne: 1. ve vzd. 𝑟 = 𝑟0 … 𝐹p = 𝐹o ⇒ 𝐹v = 0 (nulová) ⇒ částice jsou v tzv. rovnovážné poloze (např. pro atomy molekuly H2: 𝑟0 = 0,074 nm) 2. ve vzd. 𝑟 < 𝑟0 … 𝐹p < 𝐹o ⇒ 𝐹v odpudivá (roste rychle se zmenšujícím se 𝑟) 3. ve vzd. 𝑟 > 𝑟0 … 𝐹p > 𝐹o ⇒ 𝐹v přitažlivá (nejprve se do 2𝑟0 zvětšuje, pak velmi rychle blíží k nule ⇒ částice je přitahována jen nejbližšími částicemi, tj. působí na ni jen silová pole nejbližších částic (u molekul kapalin do asi 1 nm) e) soustava částic má vnitřní potenciální energii 𝑼 = 𝑬k + 𝑬𝒑 – 𝐸k celková kin. energie všech částic soustavy (konají tepelný pohyb → mají 𝐸k ) – 𝐸p celková potenciální energie všech částic soustavy (částice jsou v silovém poli sousedních částic → mají 𝐸p ) – pro rovnovážnou polohu částic se tato energie nazývá vazebná energie: rovna práci, kterou je třeba vykonat působením vnějších sil k rozrušení vazby mezi částicemi (např. k rozdělení molekuly O2 na 2 samostatné atomy kyslíku je třeba asi 8,27 ∙ 10−19 J) f) vzájemná poloha částic – je určována silami, jimiž na sebe částice působí – např. u tříatomových molekul: atomy mohou být uspořádány lineárně (např. CO2), častěji do trojúhelníku (např. H2O); u čtyřatomových molekul nejčastěji do pravidelných trojbokých hranolů
– význam struktur molekul: ve fyzice, chemii, biologii (zkoumání dědičnosti) g) příklady ① Proč se kostka cukru rozpustí rychleji v horkém než ve studeném čaji? V horkém čaji se molekuly vody pohybují mnohem rychleji → částice cukru (Brownovy částice) konají mnohem rychlejší Brownův pohyb. ② Proč při psaní nebo kreslení křídou na tabuli na ní ulpívá křída? 𝐹⃗p mezi částicemi tabule a křídy (přilnavost) > 𝐹⃗p mezi částicemi křídy soudržnost).
1.2 Modely struktur látek různých skupenství a) plynné látky – složeny z molekul z jedno nebo víceatomových, různé tvary a rozměry – střední vzdálenosti mezi molekulami jsou mnohem větší než jejich rozměry, asi 3 nm → tj. přitažlivé síly zanedbatelné → nemají stálý tvar ani objem, mění se podle nádoby, v níž uzavřen – tepelný pohyb molekul neuspořádaný – směr pohybu a rychlost se mění v důsledku vzájemných srážek nebo srážek se stěnami nádoby (srážka – molekuly se jen se k sobě přiblíží a odpudivá síla změní směr a velikost rychlosti, mezi srážkami pohyb přibližně rovnoměrný přímočarý) – střední rychlost molekul roste s rostoucí teplotou plynu – víceatomové molekuly – i rotační pohyb, atomy uvnitř molekul neustále kmitají – celková vnitřní potenciální energie 𝐸p soustavy molekul je mnohem menší než jejich celková vnitřní kinetická energie 𝐸k (součet 𝐸k molekul konajících posuvný a rotační pohyb a 𝐸k kmitajících atomů), protože síly vzájemného působení jsou malé 𝐸p ≪ 𝐸k , 𝐸p → 0 – vnitřní energie je přibližně rovna 𝐸k jeho molekul 𝑈 ≐ 𝐸k b) pevné látky – složeny z atomů, molekul nebo iontů – většina z částic s pravidelným uspořádáním – tzv. krystalické (mají krystalovou strukturu), ostatní nepravidelné uspořádání – tzv. amorfní (např. sklo, asfalt, vosk,…) – střední vzdálenost mezi částicemi 0,2–0,3 nm ⇒ vzájemné přitažlivé síly mezi částicemi vytváří těleso určitého tvaru a objemu – částice kmitají kolem rovnovážných poloh všemi směry s různými výchylkami (s rostoucí teplotou výchylky rostou, těsně pod teplotou tání dosahují asi
1 6
vzájemné vzdálenosti
částic) → pohyb částic omezen → malá 𝐸k – částice v silových polích okolních částic → velká 𝐸p – celková vnitřní energie soustavy částic 𝑈 = 𝐸p + 𝐸k , 𝐸p > 𝐸k c) kapalné – složeny z molekul, které nejsou tak pohyblivé jako u plynů – střední vzdálenosti mezi částicemi asi 0,2 nm ⇒ částice přitahovány sousedními molekulami (ale ne tak silně, aby byly navzájem vázány jako u pevné látky), vyznačují určitou uspořádanost, ale jen na velmi krátkou vzdálenost – každá molekula kmitá kolem rovnovážné polohy, která se však s časem mění – s rostoucí teplotou častěji (je-li v klidu, pak změny poloh všemi směry) – působí-li na kapalné těleso vnější síla, dochází ke změnám rovnovážných poloh převážně ve směru působící síly ⇒ proto je kapalina tekutá a nezachovává svůj tvar – celková vnitřní potenciální energie 𝐸p srovnatelná s kinetickou energií 𝐸k soustavy – celková vnitřní energie soustavy částic 𝑈 = 𝐸p + 𝐸k , 𝐸p ~ 𝐸k d) plazma – čtvrté skupenství látky – soustava elektricky nabitých částic (elektronů, iontů) a neutrálních částic (při vysokých teplotách i jen z volných jader a elektronů) – např. přírodní plazma – plamen, blesk; plazma mezihvězdného prostoru, plazma hvězd; umělá plazma – při elektrických výbojích v plynech
1.3 Veličiny popisující soustavu částic a) relativní atomová hmotnost 𝑨𝐫 (bezrozměrná fyz. vel.)
𝑨𝐫 =
𝒎𝐚 𝒎𝐮
𝑚a … klidová hmotnost atomu 𝑚u … atomová hmotnostní konstanta (
1 12
hmotnosti 𝑚𝐶
atomu nuklidu uhlíku 126𝐶 , 𝑚C ≐ 1,992 6 ∙ 10−26 kg) 𝒎𝐮 ≐ 𝟏, 𝟔𝟔𝟎 𝟓 ∙ 𝟏𝟎−𝟐𝟕 kg – hodnoty 𝐴r v MFChT (prvky obvykle směsi izotopů → uvádí se střední relativní atomové hmotnosti), známe-li 𝐴r ⇒ klidová hmotnost atomu 𝒎𝐚 = 𝑨𝐫 𝒎𝐮 b) relativní molekulová hmotnost (bezrozměrná fyz. vel.) 𝑚m … klidová hmotnost molekuly 𝑚u … atomová hmotnostní konstanta
𝒎𝐦 𝑴𝐫 = 𝒎𝐮
– 𝑀r je rovna součtu relativních atomových hmotností atomů, které vytvářejí molekulu 𝑴𝐫 = 𝑨𝐫𝟏 + 𝑨𝐫𝟐 + ⋯ + 𝑨𝐫𝒏 např. H2 O … 𝑀r = 2 ∙ 𝐴r (H) + 𝐴r (O) – hodnoty 𝑀r pro některé organické a anorganické sloučeniny a plyny v MFChT ⇒ klidová hmotnost molekuly 𝒎𝐦 = 𝑴𝐫 𝒎𝐮 c) látkové množství (zn. 𝒏) chemicky stejnorodé látky – základní fyzikální veličina SI – jednotka: [𝒏] = mol … základní jednotka SI 1 mol je látkové množství stejnorodé soustavy, která obsahuje právě tolik částic (např. atomů, molekul, iontů) jako je atomů v nuklidu 126C o hmotnosti 12 g – látkové množství 𝑛 tělesa z homogenní látky obsahující 𝑁 částic: 𝑵 𝑁 … počet částic tělesa z homogenní látky 𝒏= 𝑵𝐀 𝑁A … Avogadrova konstanta – Avogadrova konstanta 𝑵𝐀 = 𝟔, 𝟎𝟐𝟐 ∙ 𝟏𝟎𝟐𝟑 mol–1 – číselná hodnota {𝑁A } udává: a) počet částic v nuklidu uhlíku o hmotnosti 12 g b) počet částic v homogenním (stejnorodém) tělese o látkovém množství 1 mol d) molární hmotnost 𝑴𝐦 (molární hmotnosti některých prvků a sloučenin v MFChT)
𝑴𝐦 = [𝑀m ] =
𝒎 𝒏
kg mol
𝑚 … hmotnost tělesa z homogenní látky 𝑛 … odpovídající látkové množství – látkové množství 𝒏 =
= kg ∙ mol-1
[dosadíme-li 𝑚 = 𝑁𝑚m , 𝑛 =
𝑁 𝑁A
⇒ 𝑀m =
𝑁𝑚m 𝑁 𝑁A
𝑀m = 𝑀r
𝑴𝐦 = 𝑴𝐫 ⋅ 𝟏𝟎−𝟑 kg ⋅ mol–1 𝑴𝐦 = 𝑨𝐫 ⋅ 𝟏𝟎−𝟑 kg ⋅ mol–1
𝒎
𝑴𝐦
= 𝑚m 𝑁A = 𝑀r 𝑚u 𝑁A =
0,012 kg⋅mol−1 12
1 12
𝑀r 𝑚C 𝑁A
]
– pomocí relativní molekulové hmotnosti – pro látky složené z jednoatomových molekul
např. O2 (𝑀m = 2⋅16⋅10-3 kg ⋅ mol
–1
–1
–1
= 32⋅10-3 kg ⋅ mol ), H2 (𝑀m = 2⋅10-3 kg ⋅ mol )
e) molární objem 𝑽𝐦 tělesa z chemicky stejnorodé láky za daných fyzikálních podmínek (tj. teploty a tlaku)
𝑽 𝑽𝐦 = 𝒏
[𝑉m ]=
m3
= m3 ⋅mol–1
mol 𝑉 … objem tělesa za daných fyz. podmínek 𝑛 … odpovídající látkové množství – normální molární objem 𝑽𝐦𝐧 : při teplotě 0°C a normálním tlaku (101,325 kPa) je molární objem u plynů stejný 𝑽𝐦𝐧 = 𝟐𝟐, 𝟒𝟏𝟒 ⋅ 𝟏𝟎−𝟑 m3 ⋅mol–1 = 𝟐𝟐, 𝟒𝟏𝟒 𝒍⋅mol–1 f) hustota částic 𝑵𝐕
𝑵𝐕 =
𝑵 𝑽
[𝑁V ]=
1 m3
= m–3
N … počet částic v objemu V
g) příklady ① Určete relativní molekulovou hmotnost oxidu uhličitého CO2 a hmotnost molekuly CO2. [𝑀r = 44,01, 𝑚m = 7,31 ⋅ 10−26 kg] 𝐴r(C) = 12,011 𝑀r(𝐶𝑂2) = 𝐴r(C) + 2 ∙ 𝐴r(O) 𝐴r(O) = 15,999 4 𝑀r(𝐶𝑂2) = 12,011 + 2 ∙ 15,999 4 ≐ 44,01 𝑀r(𝐶𝑂2) = ? 𝑚m(𝐶𝑂2) = ? kg
𝑚m(𝐶𝑂2) = 𝑀r(𝐶𝑂2) ∙ 𝑚u 𝑚m(𝐶𝑂2) = 44,01 ∙ 1,66 ∙ 10−27 kg =7,31∙10−26 kg
② Určete molární hmotnost kyseliny sírové H2SO4.
𝐴r(H) = 1,007 94 𝐴r(S) = 32,066 𝐴r(O) = 15,999 4 𝑀m = ? kg∙mol–1
𝑀m = 𝑀r ∙ 10−3 kg∙mol–1 𝑀m = (2𝐴r(H) + 𝐴r(S) + 4 ∙ 𝐴r(O) )kg∙mol–1 𝑀m = (2 ∙ 1,007 94 + 32,066 + 4 ∙ 15,999 4) ∙ 10−3 kg∙mol–1 𝑀m ≐98,08∙ 10−3 kg∙mol–1
③ Jaké látkové množství má těleso z hliníku o hmotnosti 460 g ?
𝑚 = 460 g = 0,46 kg 𝐴r(Al) = 26,981 539 𝑛 = ? mol
[𝑀m ≐98,08∙ 10−3 kg∙mol–1 ]
[𝑛 ≐ 17 mol]
𝑚 𝑚 𝑚 ⇒ 𝑛= = 𝑛 𝑀m 𝐴r(Al) ∙ 10−3 0,46 𝑛= mol = 17,05 mol 26,981 539 ∙ 10−3 𝑀m =
④ Určete molární objem kyslíku O2 při teplotě 0 °C a tlaku 105 Pa, je-li hustota kyslíku za těchto
podmínek 1,41 kg∙m–3 . 𝜚 = 1,41 kg∙m–3 𝐴r(O) = 15,999 4 𝑉m = ? kg∙mol–3
[𝑉m ≐ 22,7 ∙ 10−3 m3 ∙mol–1 ] 𝑚 𝑉 𝑚 𝑀𝑚 𝜚 𝑉m = = = = 𝑛 𝑛 𝑛𝜚 𝜚 −3 2 ∙ 𝐴r(O) ∙ 10 2 ∙ 15,999 4 3 𝑉m = = m ∙mol–1 𝜚 1,41 𝑉m ≐ 22,7 ∙ 10−3 m3 ∙mol–1
1.4 Rovnovážný stav soustavy a) tělesa se mohou nacházet v různých stavech (např. mohou mít různou teplotu, tlak, objem, chemické složení, uspořádání částic – např. grafit a diamant) – stav soustavy charakterizují tzv. stavové veličiny – např. teplota 𝑡, tlak 𝑝, objem 𝑉, hustota 𝜚, hmotnost 𝑚, látkové množství 𝑛,… b) termodynamická soustava (stručně soustava) – těleso nebo skupina těles, jejichž stav zkoumáme (např. plyn ve válci, voda a její pára v baňce, drát napnutý závažím, krystal NaCl,…) – při vzájemném působení soustavy s okolím dochází ke změně stavu soustavy z počátečního do koncového (výsledného) stavu, přičemž dochází i ke změně stavových veličin – např. na píst válce s plynem působí vnější síla 𝐹⃗ ⇒ plyn může měnit objem 𝑉, tlak 𝑝 i teplotu 𝑇, hrneček s čajem chladne – izolovaná: nedochází k výměně energie ani částic s okolím konáním práce nebo tepelnou výměnou, děje mohou probíhat jen mezi částicemi (tělesy) soustavy – idealizované: např. uzavřená termoska s čajem – uzavřená: nedochází k výměně částic mezi soustavou a okolím, může si s okolím vyměňovat energii (např. uzavřený hrneček s čajem) – otevřená: dochází k výměně energie, i částic s okolím (např. otevřený hrneček s čajem) – adiabaticky izolovaná: nedochází k tepelné výměně mezi soustavou a okolím (např. sifonová bombička s náplní k výrobě sodovky, plynová bombička) d) rovnovážný stav soustavy – stav, do kterého přejde samovolně po určité době každá soustava, a setrvá v něm, dokud se vnější podmínky nezmění (např. zalijeme-li horkou vodou čajem v hrnečku → chladne → výsledná teplota dána okolím – jiná v létě, jiná v zimě) – stavové veličiny se nemění (jsou konstantní) – soustava je v mechanické rovnováze – nepozorujeme makroskopické změny, ale uvnitř probíhají neustále mikroskopické děje – stav s největší pravděpodobností výskytu e) rovnovážný děj – děj, při kterém soustava prochází řadou na sebe navazujících rovnovážných stavů (chladnoucí čaj v hrníčku) – reálný děj považujeme za rovnovážný, probíhá-li dostatečně pomalu (např. pomalé stlačení vzduchu v hustilce) – skutečné děje většinou nerovnovážné (rychlé stlačení, rozepnutí plynu, prudké ochlazení,…)
1.5 Teplota a její měření a) teplota – fyzikální stavová veličina (základní vel. SI) – stejnou teplotu přiřazujeme tělesům, která při vzájemném dotyku jsou v rovnovážném stavu – různou teplotu mají tělesa při uvedení do kontaktu na počátku děje, jestliže mění své původní rovnovážné děje – je mírou kinetické energie pohybujících se částic (molekul) b) měření teploty (na základě našich teplotních pocitů nespolehlivé) – je třeba: 1. vybrat vhodné srovnávací měřidlo (teploměr) 2. vytvořit teplotní stupnice a stanovit jednotku stupnice 3. stanovit fyz. vel., pomocí které budeme teplotu měřit (např. objem kapaliny, tlak použitého plynu apod. – stavové veličiny se mění se změnou rovnovážného stavu) c) Celsiova teplota (teplota) – zn. 𝒕 – měření: teploměrem s Celsiovou stupnicí – Celsiova stupnice: 2 základní teploty (za norm. tlaku 101,3 kPa) 1. teplota rovnovážného stavu vody a jejího ledu 𝒕𝟎 = 0 °C (teplota tání ledu) 2. teplota rovnovážného stavu vody a její syté páry 𝒕𝟏𝟎𝟎 = 100 °C (teplota varu vody) – mezi těmito stavy teplota rozdělena na 100 dílků (1 dílek ∼ 1 °C) – jednotka [𝒕] = °C (Celsiův stupeň) – využíváme změnu objemu kapaliny na teplotě 𝑡 – stupnice závislá na volbě teploměrné látky (rtuť, líh,…) d) termodynamická teplota – zn. 𝑻 – termodynamická stupnice: 1 základní teplota – teplota rovnovážného stavu soustavy led + voda+ sytá pára (tzv. trojný bod vody) 𝑻r = 273,16 K (přesně) – jednotka [𝑻] = K (kelvin) – základní jednotka SI 1 K definován jako
1 273,16
(tá část) termodynamické teploty trojného bodu vody
– nezávisí na volbě teploměrné látky – nemá záporné hodnoty, využívá změnu tlaku plynu na teplotě e) převodní vztahy 𝒕 = ({𝑻} − 𝟐𝟕𝟑, 𝟏𝟓) ℃ (zaokrouhleně 273) {𝑇} je číselná hodnota termodynamické teploty – převodní vztah je v současné době definice celsiovy teploty pomocí termodynamické teploty 𝑻 = ({𝒕} + 𝟐𝟕𝟑, 𝟏𝟓) 𝐊 {𝑡} je číselná hodnota Celsiovy teploty 0 °C = 273,15 K (zaokrouhlujeme na 273 K) př.
293 K = (293 – 273) °C = 20 °C – 13 °C = (–13 + 273) K = 260 K
f) teplotní rozdíl – rozdíl teplot ∆𝑻 = 𝑻𝟐 − 𝑻𝟏 ∆𝒕 = 𝒕𝟐 − 𝒕𝟏 ∆𝑻 = ∆𝒕 př. ∆𝑇 = 293 K – 260 K = 20 °C – (–13) °C = 33 K = 33 °C g) jiné teplotní stupnice – Fahrenheitova (VB, USA – dodnes) – jednotka: 1 °F (Fahrenheitův stupeň) – 2 základní teploty: 0 °F teplota chladící směsi led + voda + salmiak 96 °F teplota lidského těla (0 °F = – 17,78 °C) – stupnice na 24 dílů ⇒ každý ještě na čtvrtinu 𝟓
– převod: 𝒕C = ({𝑻F } − 𝟑𝟐) ℃ 𝟗
𝟗
𝑻F = ({𝒕C } + 𝟑𝟐) ℉ 𝟓
– Rèamurova (Francie) [reomýrova, někde Reaumurova] – jednotka: 1 °R – 2 základní teploty: teplota tání ledu 𝑡R = 𝑡0 = 0 °R = 0 ℃ teplota varu vody 𝑡R = 80 °R (∼ 100 ℃) – Ranklinova (USA, VB) – jednotka: 1 °R (Ranklinův stupeň) 0 °R = 0 K = –273,15 °C = –459,67 °F [Rèamurova a Ranklinova se nepletly – nikdy se nepoužívaly ve stejných zemích] h) termodynamická teplota 0 K (někdy též absolutní nula) – lib. soustavy se může přiblížit 0 K, ale nemůže jí dosáhnout – kin. energie soustavy při 0 K (–273,15 °C) nabývá nejnižší možné hodnoty, ale není rovna 0 K – v blízkosti 0 K se mění značně vlastnosti látek (např. el. vodivost – supravodivost) – pomocí současné chladící techniky se podařilo dosáhnout teplot menších než 1 mK ch) teploměry – dilatační: využívají změny objemu s teplotou – kapalinové: rtuťové (–30 °C až 300 °C), lihové (–110 °C až 70 °C) – plynové: s héliem, vodíkem, dusíkem (1 K až 1 500 K) – bimetalové: využívají roztažnost pevných látek: Bimetalový teploměr
– odporové: využívají změny elektrického odporu s teplotou – teplotoměrná látka: nikl, měď, platina – polovodičové: termistory – termoelektrické: termoelektrický článek (nejuniverzálnější teploměr –250 °C až 1 900 °C)
– radiační: měření teploty provádějí na měření zářivosti – pyrometry (bezdotykový způsob měření) – speciální: – termokolory (barevné nátěry +40 °C až 680 °C, přesnost ±5 °C, válcovny) – Segerovy jehlance (teplota v pecích, ohnutí špičky jehlance) – velmi nízké teploty kolem 1 mK: změny mag. pole některých paramagnetických látek (platina, hliník, kyslík, soli železa) i) příklady ① Převeďte a) na °C
b) na K
321 K = (321 – 273) °C = 48 °C
321 °C = (321 + 273) K = 594 K
113 K = (112 – 273) °C = –160 °C
273 °C = (273 + 273) K = 546 K
278 K = (278 – 273) °C = 5 °C
–70 °C = (–70 + 273) K = 203 K
23 K = (23 – 273) °C = –250 °C
–250 °C = (–250 + 273) K = 23 K
② Doplňte tabulku, pro převod využijte 0 °C = 273,15 K
𝑇 K 𝑡 ℃
200
268,15
855,5
304,65
7,1
1693,15
156,8
429,95
300
–73,15
–5
582,35
31,5
–266,05
1420
–116,35
156,8
26,85
③ Čím se liší od sebe zápisy 𝑇 = 55 𝐾 a ∆𝑇 = 55 K? Vyjádřete také oba zápisy v °C.
– první zápis udává hodnotu termodynamické teploty, v Celsiově teplotě je tato hodnota 𝑡 = −218 °C – druhý zápis udává teplotní rozdíl v termodynamické teplotní stupnici, což je rovno teplotnímu rozdílu v Celsiově teplotní stupnici, tj. ∆𝑡 = 55 °C ④ Vyjadřují zápisy 𝑡 = 1 025 °C a 𝑇 = 1 025 K tutéž teplotu? – nevyjadřují, těleso teploty 1 025 °C má termodynamickou teplotu 1 298 K, těleso teploty 1 025 K má Celsiovu teplotu 752 °C
