Termodynamika pre 1. roč. SŠ

Termodynamika sa zaoberá zákonmi zachovania a premeny energie pre tepelné deje. Tepelné vlastnosti látok získava na základe opisu javov a merania veličín, pričom sa neopiera o model časticového zloženia látok.

Termodynamická sústava je teleso alebo skupina telies, teda sústava, ktorej stav skúmame. Ak sú telesá v rôznych stavoch, môžu mať rozličný napr. objem, teplotu, tlak, skupenstvo alebo aj rôzne časticové zloženie, resp. usporiadanie. Stav teda popisujú veličiny ako napr. teplota, tlak, objem, energia a tie sa nazývajú stavové veličiny. Pri vzájomnom pôsobení sústav alebo sústav a okolia nastáva zmena stavu sústavy. Izolovaná sústava je sústava, u ktorej neprebieha výmena energie s okolím a ktorej chemické zloženie a hmotnosť zostávajú konštantné. Každá sústava, ktorá je od istého okamžiku v nemenných vonkajších podmienkach, prejde po istom čase samovoľne do rovnovážneho stavu a v ňom zotrvá, kým sa podmienky nezmenia. Toto sa nazýva rovnovážny stav. Je zo všetkých stavov najčastejšie sa vyskytujúci stav. Telesám, ktoré sú pri vzájomnom styku v rovnovážnom stave, priraďujeme rovnakú teplotu.
Základná teplotná stupnica je termodynamická teplotná stupnica. Má takú vlastnosť, že nazávisí od teplomernej látky. Teplota vyjadrená touto stupnicou sa nazýva termodynamická teplota T. Je vyjadrovaná v kelvinoch T=(K)
Základnou teplotou termodynamickej stupnice je trojný bod vody – teplota rovnovážneho stavu vody, ľad a pary – teda O °C, čo je rovné 273,16 K. Teplo O K (- 273,16 °C – začiatok termodynamickej stupnice) je hraničná teplota, pri ktorej nadobúda kinetická energia častíc najnižšiu hodnotu.

Vnútorná energia U telesa(sústavy) je súčet celkovej kinetickej energie Ek neusporiadane sa pohybujúcich častíc telesa a celkovej potenciálnej energie Ep vzájomnej polohy týchto častíc. Zmena vnútornej energie môže nastať konaním práce – trenie dvoch telies – alebo tepelnou výmenou – zohrievanie vody.
Tepelná výmena je dej, pri ktorom častice teplejšieho telesa odovzdávajú alebo prijímajú nárazom časť svojej energie. Pri tepelnej výmene medzi telesami teda nastáva prenos vnútornej energie. Zákon zachovania energie platí pri tepelnej výmene medzi takými telesami, ktoré tvoria izolovanú sústavu.

Izolovaná sústava je konštantná.
Zmena vnútornej energie sústavy (DU)sa rovná súčtu práce (W) vykonanej okolitými telesami, ktoré pôsobia na sústavu silami a tepla (Q) odovzdaného okolitými telesami sústave.
DU = W + Q – prvý termodynamický zákon.

Teplo(Q) je určené energiou, ktorú pri tepelnej výmene odovzdá teplejšie teleso studenšiemu alebo naopak.
Teplo(Q) dodané sústave sa rovná súčtu zmeny jej energie (DU) a práce (W˘), ktorú sústava vykoná.
Q = DU + W˘

Teplo (Q), ktoré teleso prijme, je priamo úmerné hmotnosti (m) telesa a prírastku teploty (t).

Meranie tepla:

Tepelná kapacita(C) telesa alebo sústavy vyjadruje, koľko tepla musí určité teleso alebo sústava s danou hmotnosťou prijať, aby zvýšilo (zvýšila) svoju teplotu o 1°C, resp. o 1 K
Tepelná kapacita je definovaná ako:
C = Q / Dt

Merná tepelná kapacita(c) sa zavádza ako veličina z toho dôvodu, že tepelná kapacita telesa závisí od jeho hmotnosti a druhu látky, z akej sa skladá.
Merná tepelná kapacita je definovaná ako:
c = C / m = O / m Dt Ţ teplo (Q) prijaté(odovzdané) jedným telesom druhému telesu pri tepelnej výmene – pri zachovaní rovnakého skupenstva – môžeme vyjadriť ako:
Q = cm Dt, resp. Q = cm DT.