Fyzika Testy - cvičení z fyziky

Teplota

Zkopíruj odkaz na toto téma. expand learning text

Teplota

Teplotu značíme t a měříme ji pomocí teploměru. Rozlišujeme teploměry kapalinové, bimetalové, polovodičové a digitální.

Kapalinové teploměry (rtuťové, lihové) jsou založeny na principu objemové teplotní roztažnosti kapalin, kdy se například rtuť v teploměru zahřeje, roztáhne se a stoupá výš.

Bimetalový teploměr je založen na délkové teplotní roztažnosti kovů. Obsahuje proužek ze dvou různých kovů, který se při změně teploty ohýbá a pootáčí ručičkou na přístroji.

Teplotu určujeme pomocí stupnice na teploměru. Nejčastěji používáme Celsiovu stupnici (t), jejíž jednotka teploty je Celsiův stupeň - °C. Teplota tání je 0 °C a teplota varu 100 °C.

V USA se převážně používá stupnice, která se nazývá Fahrenheitova (F) a její jednotka teploty je stupeň Fahrenheita - °F. Bod mrazu je 32 °F a bod varu vody je 212 °F.

Další stupnici nazýváme Kelvinovu (K) a její základní jednotkou je Kelvin (K). Začíná od absolútní nuly (0 K), čož je stav látky, ve které se zastaví veškerý tepelný pohyb částic nebo-li teplota (je to experimentálně nedosažitelná a teoreticky nejnižší možná teplota, −273.16 °C), trojný bod vody je 273.16 K, což je teplota 0.01 °C při tlaku 613 Pa.

Fahrenheit−273.15 °C0 °C100 °CCelsius0 K−459.67 °F273.15 K373.15 KKelvin32 °F212 °F

Měření

Abychom změřili teplotu nějakého tělesa či látky, musíme se jich teploměrem (respektive kuličkou teploměru) dotýkat, co nejvíce. Pro správné určení teploty je třeba vyčkat, než se teplota na teploměru ustálí, poté ji odečíst tak, že se na teploměr díváme kolmo. Teploměrem nelze změřit teplotu, která je mimo jeho stupnici.

Venkovní teplota se měří vždy ve stínu, jinak bychom se nedozvěděli teplotu vzduchu, ale teplotu slunečních paprsků.

Teplotní roztažnost

Látky (pevné, kapaliny, plyny) se při zahřátí roztahují a při ochlazování smršťují (různé látky různě). Příkladem pevné látky může být železná tyč, kterou zahřejeme, a ona se prodlouží. Okem je toto prodloužení neznatelné, je třeba většího objektu. Prakticky toto lze pozorovat na Eiffelově věži, která je v létě asi o 10 cm vyšší než v zimě.

Tento fyzikální jev je důležitý například při pokládání kolejí, při kterém se musí s roztažností počítat, aby vlak nevykolejil.

Objem kapalin a plynů se zahříváním zvětšuje a ochlazováním zmenšuje. Například po nalití horké vody do sklenice, sklenice praskne, neboť se od vody zahřeje a roztáhne. Ta část sklenice, která je ještě studená, se však neroztáhne a praskne.

Zahřátím kapaliny se zvětšuje její objem, ale její hmotnost se nemění.

Pokud je plyn uzavřen v nádobě a zahřeje se, nemá kam uniknout a může nádobu roztrhnout. Proto je také na různých sprejích napsáno, abychom daný výrobek nevystavovali určitým teplotám nebo jej nevhodili do ohně.



Vypařování, var a kapalnění

Zkopíruj odkaz na toto téma. expand learning text

Vypařování, var a kapalnění

Vypařování

Pokud venku zaprší, víme, že po nějaké době budou silnice a chodníky opět suché. Jak je to možné? Dojde k přeměně vody na páru, nebo-li voda změní své skupenství z kapalného na plynné.

K čemu při vypařování dochází? Jednotlivé molekuly v kapalině, jejichž rychlost neuspořádaného pohybu se stále mění, dosáhnou takové rychlosti, že překonají přitažlivé síly okolních molekul a opustí kapalinu. Stanou se z nich molekuly páry.

Kapaliny se vypařují za každé teploty.

Kapaliny se vypařují rychleji při vyšší teplotě, neboť rychleji překonají přitažlivé síly, které je udržují v povrchu kapaliny. Pokud kápneme vodu na vypnutý vařič, nelze pozorovat žádné vypařování, museli bychom tím strávit mnoho času. Když však vařič zapneme, vidíme, jak se kapka vypaří velmi rychle.

Kapaliny se vypařují rychleji za větru, kdy se odtržené molekuly již nevrací zpět (jako například za bezvětří). Toto si můžeme ověřit při pokusu, kdy uděláme na tabuli dvě mokré šmouhy. Ta, na kterou budeme foukat fénem, se vypaří rychleji.

Vypařování je tím rychlejší, čím větší je povrch. Kdybychom udělali na tabuli dvě šmouhy o různé tloušťce, ta s větším povrchem by se vypařila dříve. Z většího povrchu se může odtrhnout více molekul než z menšího.

Při vypařování také záleží na druhu látky, neboť každá látka se vypařuje jinou rychlostí. V těkavých látkách (například líh či ether) se molekuly nepřitahují velkou silou a lehce se z kapaliny odtrhnou.

Když se kapalina odpařuje, nastane ochlazení, neboť dochází ke ztrátě rychlých molekul. Jelikož je teplota látky určena pohybem molekul, chladne po jejich odtržení. Můžeme si uvést následující příklad. Pro určování směru větru se olízne prst a podle toho, kde člověk cítí chlad, určí jeho směr.

Var

Vypařování a var znamená změnu skupenství kapalného na plynné. Jaký je tedy mezi nimi rozdíl? Již víme, že k vypařování dochází z povrchu kapaliny za každé teploty. Při varu, kdy kapalina dosáhne určité teploty, se však kapalina začne měnit na páru i uvnitř. Odpařuje se tedy z celého objemu (ne jen z povrchu).

Když vaříme vodu, vidíme, jak se uvnitř vody tvoří bublinky, zvětšují se a stoupají ke hladině. Teplota, při které k varu dochází, se nazývá teplota varu (tv) a závisí na druhu kapaliny a tlaku vzduchu. V Tabulkách (Matematické, fyzikální a chemické tabulky) jsou teploty varu uvedeny za normálního tlaku, což je 101 235 Pa. Například teplota varu vody je 100 °C, olova 1740 °C, ethanolu 78,3 °C, rtuti 357 °C.

Změna teploty varu při změně atmosférického tlaku

Jak již bylo zmíněno, voda má teplotu varu 100 °C za normálního tlaku. Při nižší teplotě bublinky nedokáží přetlačit tlak, který na ně shora působí. Jsou atmosférickým tlakem zamáčknuty. Zvyšujeme-li teplotu vody, zvýší se i tlak bublin. Ty při dosažení teploty 100 °C přetlačí atmosférický tlak, stoupají vzhůru a uvolňují se formou páry. Pokud by na hladinu vody nepůsobil žádný tlak, vařila by se i při pokojové teplotě.

Je-li atmosférický tlak nižší, stačí nám i nižší teplota k tomu, aby jej bubliny přetlačily. To, že voda vře při teplotě nižší než je 100 °C, můžeme pozorovat na horách, kde je tlak vzduchu nižší než v nížině.

V opačném případě, je-li tlak vzduchu vyšší, začne voda vřít až při vyšší teplotě, neboť bubliny musí tento tlak přetlačit, aby se mohly dostat na povrch. Tohoto jevu se využívá v tlakových hrncích, v nichž se vaří při vyšším tlaku a teplotě. To znamená, že jídlo je uvařené za kratší časový úsek.

Skupenské teplo varu kapaliny

Skupenské teplo varu (Lv) je množství tepla, jež je třeba dodat kapalině při teplotě varu, aby mohla změnit své skupenství na plynné (o stejné teplotě).

Měrné skupenské teplo varu

Měrné skupenské teplo varu (lv) je teplo, jež musí přijmout 1 kg kapaliny při teplotě varu a normálním tlaku, aby došlo k její změně na páru o stejné teplotě. Měrné skupenské teplo varu udáváme v J/kg nebo kJ/kg.

Měrné skupenské teplo varu vody je 2260 kJ/kg, což znamená, že toto teplo je třeba dodat 1 kg vařící se vody, aby se mohl přeměnit na páru. Pokud bychom potřebovali přeměnit na páru 3 kg vody, vynásobili bychom měrné skupenské teplo varu vody třemi. Z toho můžeme odvodit vzorec pro výpočet:

$$L_v=m × l_v$$

Kde Lv je skupenské teplo varu, m je hmotnost a lv je měrné skupenské teplo varu

Kapalnění

Kapalnění neboli kondenzace je změna plynné látky na kapalinu. Ke kapalnění dochází při dostatečně nízké teplotě (aby nedošlo k odpařování), jsou-li molekuly natolik blízko u sebe, aby se mohly shluknout a utvořit kapičky.

Vzduch naší planety obsahuje vodní páru, která se tam dostává vypařováním vody z vodních ploch, půdy, dýcháním organismů či povrchu rostlin. Pokud svítí přes den slunce, obsahuje vzduch větší množství vodní páry, jejíž část zkapalní (vzduch je jí již nasycen) po večerním ochlazení. My můžeme toto pak pozorovat jako rosu či mlhu.

Ve vyšších chladnějších vrstvách atmosféry se vodní pára ochladí, zkapalní a utvoří oblaka. Velké kapky, které vznikly spojením malých, poté padají na zem ve formě deště.

My často mluvíme o páře, když máme uvařený pokrm, ze kterého stoupá bílá mlha. Tato mlha však není opravdová vodní pára, neboť ta je neviditelná (vždy obsažená ve vzduchu kolem nás). Jedná se o malé kapičky vody, které tvoří tento obláček.

Sublimace

Sublimace je změna pevného skupenství na plynné. Pokud v zimě vypereme prádlo a pověsíme jej za mrazu ven, voda v něm sice nejprve zmrzne, ale pak tento led sublimuje - změní se v páru.

Desublimace

Změna plynného skupenství na pevné se nazývá desublimace. V přírodě můžeme tento jev pozorovat jako jinovatku, když se vodní pára, jíž je vzduch nasycen, náhle ochladí a změní se na krystalky ledu.

Všechny změny skupenství jsou znázorněny v následujícím obrázku.

pevnálátkakapalinaplyntánívypařovánítuhnutíkondenzacesublimacedesublimace


Kapaliny

Zkopíruj odkaz na toto téma.


   
   

Copyright © 2017 - 2020 Eductify