Termodynamika

Budeme hrát hru. Do šesti důlků v levé polovině hracího pole vložíme šest očíslovaných míčků. V pravé polovině hracího pole je také šest důlků, zpočátku prázdných. Hodíme hrací kostkou. Padne-li např. jednička, přesuneme míček s jedničkou do odpovídajícího důlku vpravo. Hodíme znovu a teď přesuneme např. čtyřku. Při dalším hodu padne třeba znovu jednička, tak ji vrátíme zpátky doleva. Prostě při každém hodu se stěhuje jeden míček buď doprava nebo doleva.

Chceme demonstrovat mikrostavy, jak se molekuly plynu rozdělují při svém náhodném pohybu mezi levou a pravou polovinu nádoby. Na počátku byly všechny vlevo, ale je velmi nepravděpodobné, že by se třeba jen těchto šest molekul nahromadilo náhodně zase vlevo. Nejpravděpodobnější je rovnoměrné rozdělení.

Plynový teploměr


{{:molekulovka:termodynamika:pa140069_plynovy_teplomer_3.jpg?200|}}

Do manometru pVT přístroje nalijeme obarvenou kapalinu. Zkontrolujeme uzavření ovzdušňovacího ventilu (černé kolečko) a uchopíme hliníkovou nádobu do dlaní. V trubicích manometru začne rychle vznikat rozdíl výšek hladin. Demonstrujeme, že i malé zahřátí vzduchu v nádobě se projeví jako zvýšení tlaku. Plynový teploměr je založen na tomto jevu: Při stálem objemu je tlak plynu v nádobě přímo úměrný termodynamické teplotě plynu.

Ponořením nádoby plynového teploměru do chladné vody demonstrujeme rychlý pokles tlaku. Poznámka: Obarvenou kapalinu je třeby vylít a trubice propláchnout.

Bimetalový teploměr

Pro výrazné ohnutí bimetalového pásku je zapotřebí dvou a více svíček.

Teplota plamene

Termočlánek ukážeme jako další typ teploměru. Pracuje na principu termoelektrického (Seebeckova jevu) - zahřátím spoje dvou kovů vzniká mezi studenými konci malé napětí úměrné rozdílu teplot. Termočlánek je součástí přístroje Metex, který přepneme na vnější teplotu. Ukážeme, že měříme teplotu místnosti a čidlo reaguje rychle na stisknutí mezi prsty.Studenti si moho zahrát tipovací soutěž. Ať každý do sešitu napíše, jaká je asi teplota plamene svíčky. Pak vložíme termočlánek do plamene a naměříme teplotu mezi 800°C a 900°C. Vyhodnotíme tipovací soutěž a můžeme ještě ukázat teplotu plamene zápalky. Teplota je podobná, ale zápalka rychle dohoří, a tak teplota nestačí narůst. Poznámka: Pokud teplota nechce stoupat např. přes 200°C, má Metex slabé baterie.

Změna vnitřní energie konáním práce

Ohýbání drátu

Studentům rozdáme kousky železného drátu o délce asi 20 cm a tloušťce 3 mm. Dáme pokyn, ať drát rychle za sebou asi 20x ohnou a narovnají. Drát se zahřeje tak, že místo ohybu nejde mezi prsty udržet. Demonstrujeme zvýšení vnitřní energie drátu konáním práce. Poznámka: Dráty se při intenzivním opakovaném ohýbání většinou zlomí. V tom případě je vyhodíme. Krátké už jdou ohýbat špatně.

Tření dlaní

Při intenzivním tření dlaní pociťujeme teplo. Demonstrujeme změnu vnitřní energie při konání práce.

Tření provázku

Teploměr ISES zapojíme do kanálu A, navolíme digitální zobrazení teploty a spustíme opakované měření. Demonstrujeme další typ teploměru - polovodičový. Při uchopení mezi prsty začne teplota vzrůstat.

Teploměr uchytíme do dřevěného přípravku a omotáme provázkem (pomůcky jsou ve skříni v pracovně fyziky. Student může držet teploměr a přípravek a učitel tahá za provázek. Teplota významně roste. Dá se dosáhnout přes 100°C, provázek se může i přepálit. Poznámka: Je třeba vhodně tahat za provázek, aby nedošlo k rozlomení teploměru. Pokus je možné dělat i jako frontální se studenty. Pomůcek je v krabici v pracovně více.

Padání broků

{{:molekulovka:termodynamika:pa140096_padani_broku_3.jpg?200|}}

Teplotu broků změříme termočlánkem (Metex). Bude např. 22°C. Broky nasypeme do plastové trubice, zavřeme víčkem a trubici budem prudce otáčet. Po naší ukázce již může pracovat student 50x a další student zase 50x. Zatím si připravíme na tabuli výklad. Broky dopadnou z celkové výšky 100×0,5 m = 50 m. Jejich potenciální energie Ep= mgh se přemění na energii vnitřní dU = cm.dt. Po zkrácení hmotnosti vyjádříme měrnou tepelnou kapacitu c broků. Až skončí přesýpání v trubici, vysypeme broky znovu do kelímku a změříme termočlánkem teplotu. Bude např. 26°C. Demonstrujeme, že potenciální energie se mění na energii vnitřní a vypočítáme c. Pro zde uvedené hodnoty vychází c = 125 J/kg.K. To velmi dobře odpovídá olovu (129 J/kg.K). Někdy dojde k ohřátí jen o 3°C, pak vychází c = 167 J/kg.K. Pohovoříme o přesnosti měření teploty a studenti sami vymyslí, že víčka se při dopadech broků také zahřívala.

Jouleův pokus

Nastavení měření: doba měření 2 minuty, frekvence měření asi 10 Hz. Pro hmotnost cca 350g vody je změna teploty za dobu 2 minuty asi 4 stupně. „Schody“ grafu - čidlo teploty má pouze určitou přesnost.

Tepelná výměna

Vedení tepla

Proudění

Záření

Chladiče

kovové jádro, ventilátor, žebra, heatpipe

Ruka ve vroucí vodě

molekulovka/termodynamika.txt · Poslední úprava: 2017/11/14 11:25 autor: Pavel Kycl
CC Attribution-Share Alike 4.0 International
www.chimeric.de Valid CSS Driven by DokuWiki do yourself a favour and use a real browser - get firefox!! Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0