View
7
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK Skupenství
• Taž látka se může vyskytovat jako plynná, kapalná a pevná látka
H2O pára, voda, led• Tyto stavy se nazývají skupenství• FYZIKÁLNÍ DĚJ, PŘI KTERÉM SE MĚNÍ
SKUPENSTVÍ LÁTKY, NAZÝVÁME ZMĚNA SKUPENSTVÍ LÁTEK
TÁNÍ• Změna pevné látky v kapalnou• Teplota tání (tt) = teplota, při níž taje daná
krystalická látka (závisí na tlaku) => v tabulkách uvedena za normálního tlaku 1,01325.105 Pa
• Amorfní látky – postupně měknou => nemajípřesně definovanou teplotu tání (sklo, vosk, sádlo, máslo…)
Tání
• Jaká je teplota tánídřeva?
• Nejde roztavit, rozložíse dříve, než je této teploty dosaženo.
Dodávání tepla pevné amorfní látce
Dodávání tepla pevné krystalickélátce
tání –směs kapaliny a pevnélátky
Teplota se nezvyšuje!
Teplo, které přijme pevné těleso jižzahřáté na teplotu tání, aby se změnilo na kapalinu téže teploty, se nazýváskupenské teplo tání Lt.
[Lt] = J
Pevná látka Kapalina Galium – teplota tání 29,6°C
Skupenské teplo tání
mlL tt .=
Měrné skupenské teplo tání
Charakteristické pro danou látku
ZÁVISÍ NA TLAKU
[lt] = J.kg-1
Hmotnost
Tání z pohledu molekulové fyziky
• Dodáváním tepla roste kinetická energie kmitavého pohybu částic v krystalickémřížce a roste i vzdálenost mezi částicemi
• Při teplotě tání kmitají částice tak, že se narušuje vazba v krystalické mřížce =>látka taje
• Energie (teplo) se spotřebuje na uvolněníz vazeb => teplota nestoupá
TUHNUTÍ• Změna kapaliny na pevnou látku• Teplota tuhnutí = teplota tání
Podchlazenásycená voda
Tuhnutí polykrystalické látky• Celá látka netuhne najednou – při teplotě
tuhnutí vznikají KRYSTALIZAČNÍ JÁDRA a k nim se přidávají částice
• V tavenině vzniká soustava volně se pohybujících krystalůTy srostou, a když se dotýkají vznikajíZRNA
Tuhnutí monokrystalu
• V tavenině je pouze jedeno jádro• Při technické výrobě se používá malý
monokrystal jako zárodek
Změna objemu při tání a tuhnutí
• Většina látek při tání zvětšuje svůj objem (olovo o 3,4%)
• Led , bismut, germanium… objem zmenšují(led o 9%!)Vyplývá to ze tvaru krystalické mřížky
Závislost teploty tání na vnějším tlaku
• U látek, které při tání zvětšují svůj objemzvýšení tlaku → zvýšení teploty tání(olovo – 2 x norm. tlak – zvýšení o 8 mK)
• U látek, které při tání zmenšují objemzvýšení tlaku → snížení teploty tání(led – 2 x norm. tlak – snížení o 7,3 mK)
kůra
astenosféra –natavené horniny
pod kontinenty
pod oceány
tavení SUBLIMACE• PŘEMĚNA PEVNÉ LÁTKY V
PLYN• jod, kafr, pevný oxid uhličitý
(suchý led), led, sníh, pevné látky s odérem
Trocha sublimace…
Zapálený hořčík v suchém ledu (oxid hořečnatý reaguje s CO2 a uvolňuje se teplo - nejen)
Kdesi v USA… Skupenské teplo sublimace
mlL ss .=
Měrné skupenské teplo sublimace
[ls] = J.kg-1
závisí na teplotě
led 0°C ls = 2,8 MJ.kg-1
hmotnost
Sublimace
• Pokud je sublimující látka dostatečnéhmotnosti v uzavřené nádobě, sublimuje tak dlouho, dokud se nevytvoří rovnovážný stav mezi pevným skupenstvím a plynným skupenstvím.
• pro led teploty –5°C se vytvoří pára o teplotě –5°C a tlaku 0,4 kPa
DESUBLIMACE
vznik jinovatky z vodní páry
Desublimace jodu
VYPAŘOVÁNÍ
• PŘEMĚNA KAPALINY V PÁRU• různé kapaliny se vypařují různě (benzín
rychle, olej pomalu)• rychlost vypařování závisí na teplotě a
velikosti plochy volného povrchu
Skupenské teplo vypařování• teplo potřebné k přeměně kapaliny
na páru
mlL vv .=Měrné skupenské teplo vypařování
[lv] = J.kg-1
závisí na teplotě
s rostoucí teplotou klesá
Hmotnost
Var kapaliny
• kapalina se vypařuje nejen na svém povrchu, ale i uvnitř (bubliny)
• bubliny páry vznikají v místech s mikroskopickými bublinami vzduchu, částicemi cizorodých látek či v mikroskopických dutinách ve stěnách nádoby
Teplota varu (tv)
• závisí na tlaku, za normálního tlaku jde o normální teplotu varu
• s rostoucím tlakem se zvyšuje• pro vodu za norm. tlaku tv = 99,98 °C
při tlaku 0,2 MPa tv = 120°C
• Využití Papinův hrnec, elektrárny
Měrné skupenské teplo varu
= měrné skupenské teplo vypařování při teplotě varu
mlL vv .=
SKUPENSKÉ TEPLO VARU
Vypařování z hlediska molekulové fyziky
• molekuly na povrchu kapaliny, které majídostatek kinetické energie, aby překonaly přitažlivé síly, uniknou do prostoru nad kapalinou
• některé unikající molekuly se vrátí zpět do kapaliny – u otevřené nádoby je jejich počet menší než počet unikajících molekul
• protože kapalinu opouštějí nejrychlejší molekuly, zmenšuje se tím střední kinetická energie molekul kapaliny => snižuje se teplota kapaliny
• při úniku se molekuly zpomalí => teplota páry je stejná jako teplota kapaliny
KAPALNĚNÍ (KONDEZACE)• PÁRA SE MĚNÍ NA KAPALINU• uvolňuje se při tom SKUPENSKÉ TEPLO
KONDENZACE (= skupenské teplo vypařováníza téže teploty)
měrné skupenské teplo kondenzace = měrnéskupenské teplo vypařování téže látky za téže teploty
mlL kk .=
Kondenzace
• na povrchu kapaliny• na povrchu pevné
látky (orosenézrcadlo)
• usnadňuje usedáníprachu, sazí…
SYTÁ PÁRA
• vypařování v uzavřené nádobě– částice opouštějí kapalinu a je jich více než
počet molekul, které se vrací zpět do kapaliny => roste počet částic plynu + roste tlak páry a její hustota + roste počet vracejících se částic
– po určité době nastane rovnováha mezi opouštějícími a vracejícími se částicemi
Sytá pára
• PÁRA, KTERÁ JE V ROVNOVÁŽNÉM STAVU SE SVOU KAPALINOU, SE NAZÝVÁ SYTÁ PÁRA
• Tlak syté páry nezávisí při stálé teplotě na objemu páry (neplatí stavová rovnice)
TRnVp ... ≠.. konstVp ≠
Proč?
• zvětší-li se prostor nad kapalinou (izotermicky), poklesne tlak, ale po určitédobě se vypaří tolik páry, že se tlak opět vrátí na svoji původní hodnotu
• při zmenšení objemu (izotermicky) část páry zkapalní
Tlak syté páry
• Tlak syté páry nad kapalinou roste s rostoucí teplotou
Křivka syté páry= graf závislosti tlaku syté páry na teplotě
A – nejmenší hodnota teploty a tlaku, při kterých existuje kapali a její sytápára v rovnovážném stavu
voda: 273,15 K, 6,1.102 Pa
K – kritický bod – hustota kapaliny = hustotě páry =>mizí rozhraní mezi nimi (látka je stejnorodá)
voda: 647,6 K, 218.105 Pa, 315 kg.m-3
hustota páry stoupá, hustota kapaliny klesá
Křivka syté páry
• určuje teplotu varu kapaliny při daném vnějším tlaku
• bubliny syté páry v kapalině – tlak uvnitř je přibližně roven vnějšímu tlakuzvýšení tlaku → var až při vyšší teplotě(vyšší tlak uvnitř bubliny ← vyšší rychlost částic ← vyšší teplota)
FÁZOVÝ DIAGRAM
• popisuje rovnovážné stavy jednotlivých skupenství + rovnovážné stavy vedle sebe existujících skupenství téže látky
• rovnovážný stav = stav látky, při kterém existují vedle sebe v rovnovážném stavu 2 či 3 skupenství téže látky
křivka tání
křivka syté páry
křivka sublimace
Suchý led (pevný CO2) Aby to celé nebylo tak jednoduché
:o)
Fázový diagram vodyV závislosti na teplotěa tlaku (např. pod dopadem meteoritu) krystalizuje led v 7 různých krystalických soustavách
na Zemi pouze led I (šesterečná či krychlová soustava –pod 80°C)
Přehřátá pára• má nižší tlak než stá pára téže teploty
(pokud je daleko od stavu syté páry, platí pro ni PŘIBLIŽNĚ stavová rovnice ideálního plynu)
• Jak vzniká?
Zvětšením objemu syté páry bez přítomnosti kapaliny za konstantní teploty (= pokles tlaku)
Zahřátím syté páry bez přítomnosti kapaliny při stálém tlaku
VODNÍ PÁRA V ATMOSFÉŘE• přítomna z moří, jezer, řek• hmotnost páry se mění mění v závislosti
na roční a denní době a s destinací na Zemi– více páry odpoledne (více slunečního svitu), v
létě, na pobřeží v tropech– závisí na tom množství srážek!
• vliv na člověka – lépe snášíme vyššíteplotu při méně páry
Absolutní vlhkost vzduchu
• popisuje množství vodní páry v daném objemu při dané teplotě
• měření – vlhký vzduch prochází přes látku, kterápohlcuje vlhkost (H2SO4, CaCl) => poroste jejíhmotnost o hmotnost pohlcené vody
• vodní pára v atmosféře je většinou přehřátá pára
Vm
=Φ [ ] 3. −=Φ mkg
Vlhkoměr z dílny Leonarda da Vinci
Vlhkost vzduchu
• pro sytou páru platí, že se jedná o maximální množství možnou dosažitelnou absolutní vlhkost pro danou teplotu
tabulkáchvhodnotym −Φ
Relativní vlhkost
• důležitá pro tvoření srážek, vypařovánívody z povrchu živočichů…
• nezávisí na absolutní vlhkosti, ale od toho jak se vlhkost liší od maximální
%100.mΦ
Φ=ϕ
%100.sp
p=ϕ
tlak vodní páry danéteploty
tlak syté páry téže teploty
Pro člověka optimální 50-70%
Měření relativní vlhkosti
• VLHKOMĚR– vlasový (vlas mění svojí délku v závislosti na
vlhkosti)
Rosný bod, teplota rosného bodu (tR)
• teplota, na níž by bylo třeba izobaricky ochladit vzduch, aby se vodní pára stala sytou
• důležité pro předpověď teploty, při níž se bude tvořit rosa, mlha…
Vlhkoměr G. Galilei• Kondenzační vlhkoměr. • Relativní vlhkost měřil pomocí
rosného bodu. Na malou, tenkou a vysoce leštěnou kovovou misku nalil trochu éteru. Vypařováním éteru, urychlovaného proudícím vzduchem, se miska ochlazovala. Když její teplota dosáhla teploty rosného bodu, její povrch se orosil (jako sklenice piva). Odečetl teplotu na teploměru, kterábyla závislá na vlhkosti vzduchu (tyto vlhkoměry se používají dodnes).
Trocha meteorologie
• Mikroatlas oblaků• Kondenzační hladina• Studená a teplá fronta• Fön
Mikroatlas oblaků
Altostratus - LeaderAltostratus - Hokusai
Kondenzační hladina
Vzduch se ochlazuje v nižších hladinách asi o 1°C na každých 100 m výšky
Teplota rosného bodu klesá o 0,2°C na každých 100 m výšky.
Kondenzační hladina – vzduch se stávánasyceným vodníparou (tvoříse oblak)
CUMULUSStudená a teplá fronta
studená fronta teplá fronta
1 – cumulonimbus 4 - altostratus2 – cumulus 5 - cirrostratus3 – nimbostratus 6 - cirrus
Při kondenzaci se uvolňuje teplo, proto snížení poklesu teploty vzduchu
Velmi suchý, teplý vzduch, nebezpečípožáru
Fön
004,0.hT ∆=∆
Recommended