MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA
Přenos vnitřní energie
Přenos vnitřní energie z míst s vyšší teplotou do míst s nižší teplotou se může realizovat
vedením, zářením a prouděním.
A) Přenos vnitřní energie vedením
Pokus:
zahřívání jednoho konce vodivé tyče plamenem → zvýšení teploty tyče i na opačném konci
smotaný vodič do spirály dáme do plamene → změna barvy plamene (plamen sníží svoji teplotu)
video experimentu na KDT MFF UK v Praze
Vysvětlení:
pro izolanty - uvnitř zahřívaného tělesa probíhá tepelná výměna vedením (částice zahřívané části tělesa se více rozkmitají a předají sousedním částicím ležícím v chladnějších částech tělesa část své energie)
pro vodiče - tepelnou výměnu zprostředkovávají volné elektrony
Rozdělení látek podle tepelné vodivosti:
Látky s dobrou tepelnou vodivostí
kovy (páječka, elektrický vařič, ...)
Z praxe: teplota kovové lžičky v teplém čaji
Látky se špatnou tepelnou vodivostí
voda (var u hladiny, u dna nádoby chladná)
plyny (vzduch - izolační vrstva vzduchu mezi dvojitými okny, pórovité látky, skelná vata, cihly - izolační materiály)
Určení tepla Q, které projde plochou desky o obsahu S za dobu τ:
(vztah vyplývá z logické závislosti)
t2 - t1 = Δt ..... rozdíl teplot obou povrchů desky
d ..... tloušťka desky
τ .... čas, za který pozorujeme tepelnou výměnu
λ ... součinitel tepelné vodivosti (jednotka: W . m-1 . K-1)
závisí částečně na teplotě a proto se v tabulkách udává pro určitou teplotu (např. pro 20°C)
Součinitel tepelné vodivosti pro různý stavební materiál (tzb-info.cz)
B) Přenos vnitřní energie zářením
Pokus:
Svícení silnou žárovkou na teploměr se začerněným koncem (duté zrcadlo) → zvýšení teploty
Vysvětlení:
Tepelná výměna mezi dvěma tělesy se uskutečňuje vyzařováním a pohlcováním elektromagnetického záření.
V praxi: infrazářič v koupelnách
C) Přenos vnitřní energie prouděním
Pokus:
Zapálení horního okraje sáčku od čaje, který je vytvarován do válce → hoření a potom vznesení hořícího sáčku do několika metrů. Ukázkové video na stránkách MatFyz.cz
Vysvětlení:
Zahřátý vzduch nad sáčkem se rozpíná a vlivem vztlakové síly stoupá vzhůru, přičemž podtlak, který pod sebou vytváří, unáší i sáček.
V praxi:
radiátory ústředního topení, ukázkové video ve sbírce fyzikálních pokusů KDF MFF UK v Praze
vzduch u oken v místnosti
ÚLOHY
ÚLOHA 1:
Jaké teplo projde za 24 hodin čtyřmi bočními cihlovými stěnami místnosti o tloušťce 0,5 m, z nichž každá má délku 5 m a výšku 3 m? Teplota povrchu stěny uvnitř je 15°C, venkovní povrchová teplota stěny je -15°C. Součinitel tepelné vodivosti cihel je je 0,5 W.m-1.K-1.
(Q = 1,55 . 108 J)
ÚLOHA 2:
Tepelné ztráty přes okenní tabuli, sbírka řešených úloh KDF MFF UK v Praze
ÚLOHA 3:
Zateplení domu, sbírka řešených úloh KDF MFF UK v Praze
ÚLOHA 4:
Vytápění dřevěného srubu, sbírka řešených úloh KDF MFF UK v Praze
ÚLOHA 5:
Energetické ztráty parovodního potrubí, sbírka řešených úloh KDF MFF UK v Praze