Nahrávam ...

Základné pojmy a vzťahy


Látky akéhokoľvek skupenstva sa skladajú z častíc (atómy, molekuly). Priestor týmito časticami nie je celkom vyplnený, preto hovoríme o nespojitej alebo diskrétnej štruktúre látky. Častice sa v látkach neustále chaoticky pohybujú. Vykonávajú posuvný alebo aj otáčavý pohyb (viacatómové molekuly) alebo kmitavý pohyb. Teleso, ktoré je v pokoji, neprevláda v ňom žiadny smer častíc teda všetky rýchlosti sú rovnako pravdepodobné – tzv. princíp molekulového chaosu. Neustály a chaotický pohyb sa nazýva tepelný pohyb. Tepelný pohyb je zložitejší ako je mechanický pohyb (Svoboda a i., 1992).
Pod pojmom termodynamická sústava, sa myslí ľubovoľné teleso alebo sústava telies skupenstva kvapalného, plynného alebo kryštalického (pevného), množina elektrických dipólov a iné. Termodynamická sústava môže byť izolovaná, to znamená, že si s okolím nevymieňa energiu. Uzavretá termodynamická sústava si s okolím nevymieňa častice a tepelne izolovaná sústava si nevymieňa s okolím teplo. Vždy ide o objekty s veľkým počtom častíc, t.j. atómov a molekúl (Červeň, 2007).
  1. Základné veličiny
  2. Stavová rovnica ideálneho plynu

Základné veličiny

Počet častíc je jedna zo základných veličín, značíme ju písmenom N. Veličina hustota počtu častíc sa značí malým n a má rozmer m-3. Ďalšou dôležitou veličinou a jednou zo siedmych základných veličín v SI sústave je látkové množstvo. Jednotkou je mól a je vyjadrená Avogadrovou konštantou: N A 6,022136 10 23 mol 1 ( 1 ) N_A equiv 6,022136 cdot 10^{ 23 }mol^{ -1 } Jeden mol teda predstavuje látkové množstvo, ktoré obsahuje počet častíc (atómy, elektróny, molekuly atď.) vyjadrený Avogadrovou konštantou (Červeň, 2007).
Chemické prvky sa odlišujú počtom protónov a neutrónov v atóme (tie sa skladajú z troch kvarkov, ktoré interagujú vďaka poľným časticiam gluónom, teda silnou jadrovou interakciou), tým majú rôzne prvky, rôzne hmotnosti. Tieto hmotnosti sa môžu vyjadrovať v kilogramoch, ale vyhovujúcou jednotkou je tzv. atómová hmotnostná jednotka, ktorá sa značí písmenom u, a zaviedla sa ako jedna dvanástina hmotnosti atómu uhlíka 12C. Jej hodnota je približne: 1 u 1,660540 10 27 kg ( 2 ) 1u equiv 1,660540 cdot 10^{ -27 }kg ~ ~ ( 2 ) Takto vyjadrená hmotnosť nie je vo všeobecnosti celé číslo. Hmotnosť vodíka je veľmi blízka hodnote 1u; hmotnosť hélia sa blíži k hodnote 4u, dusíka 28u, no atóm uhlíka je presne 12u(Červeň, 2007).

Stavová rovnica ideálneho plynu

Stavovú rovnicu ideálneho plynu, ktorú ako prvý krát sformuloval francúzsky fyzik Emil Clapeyron v roku 1834, vyjadruje, aký je vzájomný vzťah medzi tlakom, teplotou a objemom plynu (Baker, 2013).
Ak plyn zohrievame, má tendenciu sa rozpínať. Ak plyn stláčame, bude mať menší objem, ale vyšší tlak. Stavová rovnica je vyjadrená vzťahom: pV = aRT ( 3 ) pV=aRT~~~~( 3) Kde:
p – je tlak v Pa;V – je objem v m3; a – je počet molov plynu; R – je univerzálna plynová konštanta(8,314 J ⋅ (mol ⋅ K)-1 ); T – je teplota v K.
Clapeyron odvodil stavovú rovnicu z dvoch existujúcich zákonov. Boylov–Mariotov zákon(1662), Charlesov a Gay-Lussacov zákon.
Boyle si všimol súvislosti medzi tlakom a objemom. Pri izotermickom deji sa teplota plynu nemení dT= 0, súčin tlaku p a objemu V ideálneho plynu je konštantný. pV = p 1 V 1 = const ( 4 ) pV=p_1 V_1=const~~( 4 )
kde p1 a V1 sú počiatočné hodnoty.
Lussac postrehol súvis medzi objemom a teplotou. Pri izobarickom deji vystupuje závislosť objemu od teploty pri konštantnom tlaku dp = 0 (Gay-Lussacov zákon). V = V 1 T 1 T 2 ( 5 ) V={V_1}{T_1 over T_2}~~( 5 )
kde T1 je počiatočná hodnota.
Zo vzťahu vyplýva, že pri konštantnom tlaku plynu, objem a teplota lineárne narastá. Pri izochorickej zmene (Charlsov zákon) je závislosť tlaku plynu od jeho teploty za stáleho objemu dV = 0. Zo stavovej rovnice vyplýva vzťah: p = p 1 T T 1 ( 6 ) p=p_1 { T over T_1 }~~( 6 ) Čo znamená, že pri nemennom objeme sa so zvyšujúcou teplotou zvyšuje lineárne tlak plynu (Baker, 2013).