• termodynamika = měření stavových fyzikálních veličin, zkoumání závislosti mezi nimi
  • stavové veličiny (teplota, tlak, objem, hmotnost, hustota) popisují stav tělesa
  • U – vnitřní energie – nedá se přímo měřit
• statistická fyzika = vysvětluje vlastnosti těles a termodynamické zákony na základě vnitřní stavby těles (na základě modelu, který jsme si vytvořili)
• termodynamická soustava = těleso nebo soustava těles, jejichž stav a vlastnosti zkoumáme
• stav termodynamické soustavy popisují stavové veličiny
• ke změnám stavů těles dochází při interakci termodynamické soustavy s okolím, říkáme, že probíhá termodynamický děj
  • interakce s okolím – 2 způsoby:
    • tepelná výměna
    • konání práce
• rovnovážný stav termodynamické soustavy = stav, kdy se nemění stavové veličiny, neprobíhá změna skupenství, neprobíhá chemická ani jaderná reakce, soustava je v mechanické rovnováze; přirozený stav těles, dosahují jej sama od sebe
  • stav s největší pravděpodobností, každá termodynamická soustava, kterou necháme v rovnovážných polohách, termodynamická soustava sama přejde do rovnovážného stavu

Částicová stavba látek

• Látky se skládají z velkého množství částic – molekul, atomů nebo iontů, které se neustále chaoticky pohybují v závislosti na teplotě látky. Tento neuspořádaný pohyb částic označujeme jako tepelný pohyb.
• vlivem tepelného pohybu pronikají molekuly dané látky mezi molekuly prostředí (vzduchu, vody) = difuze
• částice se při difuzi pohybují i proti působení tíhové síly a difuze probíhá rychleji při vyšší teplotě
• v plynech je difuze rychlejší než  v kapalinách

Brownův pohyb

= trhavé nepravidelné pohyby drobných částeček rozptýlených ve vodě

• tyto pohyby jsou tím výraznější, čím jsou částečky menší
• 1830 – jev poprvé popsán anglickým botanikem Robertem Brownem → domníval se, že jde o projev života pylu (který ve vodě pozoroval)
• tuto teorii vyvrátil na počátku 20. st. Albert Einstein, který dokázal, že příčinou pohybu částeček jsou nepravidelné nárazy molekul do vody. Pokud je částečka větší, jsou nepravidelné nárazy molekul z různých stran stejně pravděpodobné a pohyb částečky prakticky nenastává. Čím menší je částečka, tím výrazněji se projevují chaotické nárazy molekul konajících tepelný pohyb. V určitém okamžiku účinek nárazu v jednom náhodném směru převládne a a částečka se přemístí.
• trhavý pohyb mikroskopických pevných částeček v kapalině způsobený tepelným pohybem molekul kapaliny označujeme jako Brownův pohyb. Záznam polohy jedné částečky v pravidelných časových intervalech tvoří charakteristický diagram Brownova pohybu. Matematickým rozborem tohoto diagramu Einstein prokázal, že chaotický tepelný pohyb částic se řídí přesnými fyzikálními zákony.

Vzájemné působení částic

• vzájemné působení částic se projevuje přitažlivými silami a současně silami odpudivými. Velikost těchto sil závisí na vzdálenosti mezi částicemi.
• se VPČ souvisí 3 skupenství látek – podle něho rozlišujeme látky:
  • pevné
  • kapalné
  • plynné

Pevné látky

• složeny z částic v malé vzájemné vzdálenosti blízké průměru částic
• např. částice krystalu NaCl jsou těsně u sebe (2,82*10 na -10m)
  • v této vzdálenosti se projevují přitažlivé síly mezi částicemi
• vlastnosti:
  • tvoří tělesa určitého tvaru a objemu
  • bez vnějšího působení (např. silou nebo změnou teploty) zůstává tvar a objem tělesa zachován
  • většina pevných látek má krystalovou strukturu s pravidelným uspořádáním částic
  • částice pevných látek se vlivem působících sil nemohou volně pohybovat
  • jejich tepelný pohyb má podobu kmitání částic kolem poloh určených strukturou krystalu

Kapalné látky

• mají částice (nejčastěji molekuly nebo ionty) ve vzdálenostech, v nichž se ještě přitažlivé síly projevují, ale jsou menší než u pevných látek
• částice snadno mění svoji polohu, avšak nemohou se pohybovat tak volně jako u plynu
• vlastnosti:
  • stálý objem
  • tvar kapalného tělesa se mění podle tvaru nádoby
  • volný povrch kapaliny je vždy kolmý k výslednici sil působících na kapalinu
• skutečnost, že částice na sebe navzájem působí i odpudivými silami, se projevuje při stlačování těles. Jestliže se vzájemná vzdálenost částic zmenší pod určitou hodnotu, prudce vzroste jejich odpudivá síla. To znamená další přibližování částic a objem stlačované látky již dále nelze změnit. Proto např. není možné ani velkým tlakem zmenšit objem kapalin a považujeme je za nestlačitelné.

Plynné látky

• charakterizuje je vzájemná vzdálenost částic, která je přibližně 100x větší, než je rozměr molekul
• jelikož síly vzájemného působení mezi částicemi mají malý dosah, jsou tyto síly při vzdálenosti částic řádově 10 na -9m tak malé, že je můžeme zanedbat. Tepelný pohyb částic plynu tedy není vzájemným působením částic ovlivněn. Molekuly plynu se pohybují rovnoměrným přímočarým pohybem, jehož směr se mění jen při vzájemných srážkách molekul, popř. při nárazu na stěny nádoby
• vlastnosti:
  • nemají stálý tvar ani objem
  • jsou rozpínavé (v uzavřené nádobě vyplní její objem)
  • jsou dobře stlačitelné

Teplota a její měření

• teplota – vnější projev vnitřní energie
• Teplota je mírou vnitřní energie a její měření je založeno na porovnávání rovnovážných stavů
• teploměr ukazuje zásadně vlastní teplotu

Teploměrná veličina

• objem (kapaliny)
• teplotní stupnice je definována dvěma rovnovážnými stavy
  • 1) směs vody a ledu v rovnovážném stavu při tlaku 1013hPa – bod tání ledu → 0°C
  • 2) rovnovážný stav vody a její syté páry při tlaku 1013hPa – bod varu → 100°C

Závislost objemu kapaliny na teplotě

V = V0 * (1 + βΔt) → kapalinové teploměry

• β – součinitel teplotní objemové roztažnosti
  • různý pro různé kapaliny

Kapalinové teploměry

• rtuťový: -30°C až 300°C
• lihový: -110°C až 70°C

Bimetalové teploměry

l = l0 * (1 + αΔt)

• α – součinitel délkové roztažnosti
  • různý pro různé plyny

Plynové teploměry

p = p0 * (1 + γΔt)

• γ – pro všechny plyny stejný
• Na základě hodnoty koeficientu γ je zřejmé, že v přírodě nemohou existovat libovolně nízké teploty ⇒ vznikla stupnice, která nejnižší možné hodnotě přiřazuje hodnotu 0 ⇒ KELVINOVA (TERMODYNAMICKÁ) TEPLOTNÍ STUPNICE
• trojný bod vody = ROVNOVÁŽNÝ STAV LEDU, VODY A JEJÍ SYTÉ PÁRY
• tento ROVNOVÁŽNÝ STAV vznikne jedině v uzavřené nádobě, tepelně izolované
• ⇒ Kelvin tomuto rovnovážnému stavu přiřazuje teplotu 273,16K → přiřazeno trojnému bodu vody

0K → ABSOLUTNÍ NULA → žádná termodynamická soustava nemůže této teploty dosáhnout

T – termodynamická teplota

T = [(t) + 273,15) K

t = [(T) – 273,15) °C

1 díl na Celsiově stupnici = 1 díl na Kelvinově stupnici, soustavy jsou akorát vůči sobě posunuté

Δt = ΔT

Změny vnitřní energie

U = ∑E potenciální + ∑E kinetická

• ΔU
  • konáním práce – ve všech případech kdy nelze zanedbat tření se mechanická energie přeměňuje v energii vnitřní
  • tepelnou výměnou – probíhá když se 2 tělesa o různé teplotě dostanou do kontaktu, teplejší těleso se zahřívá a to tak dlouho, dokud se teploty obou těles nevyrovnají

Změny vnitřní energie tepelnou výměnou

= tepelná výměna je děj při kterém částice teplejšího tělesa narážejí v místě dotyku na částice studenějšího tělesa a předávají jim část kinetické energie

Teplo

= skalární dějová fyzikální veličina, forma energie, která při tepelné výměně předá teplejší těleso tělesu studenějšímu

• nelze říct, že nějaké těleso má teplo. Může jen energii ve formě tepla přijmout/odevzdat, tím se změní jeho U.
• [Q] = 1J
• C – tepelná kapacita tělesa = energie, kterou musíme dodat termodynamické soustavě (tělesu), aby se ohřála o 1°C
• c – měrná tepelná kapacita = teplo, které musíme dodat 1kg stejnorodé látky, aby se ohřála o 1°C

c = Q/Δt*m ⇒ Q = c*m*Δt

[c] = 1J/kg*°C = 1J*kg na -1*K na -1

čím větší má látka c, tím víc tepla dokáže uschovat a zase vydat

Kalorimetrická rovnice

= zákon zachování energie; popisuje tepelnou výměnu mezi tělesy

Kalorimetr = tepelně izolovaná nádoba s míchačkou a telpoměrem.

Q1 = Q2

Teplo odevzdané teplejším tělesem je rovno teplu přijatému chladnějším tělesem.

c1*m1*(t1-t) = c2*m2*(t-t2)

t – výsledná teplota

Kalorimetrická rovnice s vlivem kalorimetru

• C – tepelná kapacita kalorimetru
• v kalorimetru – horká tekutina
  • → přihodíme studené těleso
  • ⇒ ochladí se voda i kalorimetr

C*(t1-t)+c1*m1*(t1-t) = m2*c2*(t-t2)