SKUPENSKÉ STAVY HMOTYSKUPENSKÉ STAVY HMOTY

Teze přednáškyTeze přednášky

SKUPENSKÉ STAVY HMOTYSKUPENSKÉ STAVY HMOTY

JSOU DÁNY:JSOU DÁNY:

vzdáleností atomů (molekul)vzdáleností atomů (molekul)

silovými interakcemisilovými interakcemi

energií neuspořádaného pohybuenergií neuspořádaného pohybu

jsou závislé na teplotě a tlakujsou závislé na teplotě a tlaku

PLYNYPLYNYmolekuly představují 1 % objemumolekuly představují 1 % objemukohezní síly se neuplatňujíkohezní síly se neuplatňujístálý neuspořádaný pohyb stálý neuspořádaný pohyb to vše brání shlukováníto vše brání shlukování

nezachovávají tvar a objemnezachovávají tvar a objemvyplňují beze zbytku prostor, který je vyplňují beze zbytku prostor, který je jim vymezenjim vymezendefinovány stavovými veličinami definovány stavovými veličinami

p, V, T, p, V, T, ρρ, n, n

PLYNYPLYNY

ideální plyn zanedbává velikost a ideální plyn zanedbává velikost a interakce molekul (dokonale interakce molekul (dokonale stlačitelný)stlačitelný)

stavová rovnicestavová rovnice

p V = n R Tp V = n R T

van der Waalsova stavová rovnice van der Waalsova stavová rovnice reálného plynureálného plynu

(p + n(p + n22 a/V a/V22) . (V – n b) = n R T) . (V – n b) = n R T

Daltonův zákonDaltonův zákon

Tlak směsi plynů se rovná součtu Tlak směsi plynů se rovná součtu parciálních tlaků jeho složekparciálních tlaků jeho složek

p = ∑pp = ∑pii = p = p11 + p + p22 + ……… p + ……… pnn

Parciální tlak plynu ve směsi plynů je Parciální tlak plynu ve směsi plynů je takový tlak, který by měl plyn, pokud takový tlak, který by měl plyn, pokud by zaujal daný objem sám.by zaujal daný objem sám.

Děje v plynechDěje v plynechz I. termodynamické věty platíz I. termodynamické věty platí

Q = Q = ΔΔU + p U + p ΔΔVV

izochorický děj V = k izochorický děj V = k =>=> ΔΔV = 0V = 0

Q = Q = ΔΔUU

izobarický děj p = kizobarický děj p = k

Q = Q = ΔΔU + p U + p ΔΔVV

izotermický děj T = k izotermický děj T = k =>=> ΔΔU = 0U = 0

Q = p Q = p ΔΔV V

adiabatický děj Q = 0adiabatický děj Q = 0

ΔΔU = - p U = - p ΔΔV V

ROZPOUŠTĚNÍ PLYNŮ ROZPOUŠTĚNÍ PLYNŮ V KAPALINÁCHV KAPALINÁCH

Množství plynu rozpuštěného Množství plynu rozpuštěného

v kapalině je závislé na parciálním v kapalině je závislé na parciálním tlaku plynu v plynné fázi nad tlaku plynu v plynné fázi nad kapalinou. kapalinou.

Tento princip zajišťuje difuzi plynů Tento princip zajišťuje difuzi plynů

z plicních alveol do krve.z plicních alveol do krve.

Henryho zákonHenryho zákonRozpustnost plynů v kapalináchRozpustnost plynů v kapalinách

VVpp

------ = ------ = αα . p . pii

VVkk

VVp p objem plynuobjem plynu rozpuštěného v rozpuštěného v

objemu kapaliny Vobjemu kapaliny Vkk

αα Henryho absorpční koeficient Henryho absorpční koeficient

ppii parciální tlak plynu parciální tlak plynu

αα nepřímo úměrně závislý na t nepřímo úměrně závislý na t

Rychlost difuze plynůRychlost difuze plynů dmdm ------ = -D . S . ------ = -D . S . ΔΔppii

dtdtdm/dt diferenciál hmoty podle času dm/dt diferenciál hmoty podle času ΔΔppii gradient parciálních tlaků gradient parciálních tlaků D difuzní koeficient S plochaD difuzní koeficient S plocha αα . . ΔΔppii

D = ----------D = ---------- √ √ MMM molekulová hmotnostM molekulová hmotnostαα absorpční koeficient absorpční koeficient

DDCOCO

---------------------- = 20,8 pro krev při 37 = 20,8 pro krev při 37 ooCC

DDOO2

2

COCO22 je v krvi 20x rozpustnější je v krvi 20x rozpustnější

než Onež O22 a 46x než N a 46x než N22

OO22 98,6 % vázán na hemoglobin 98,6 % vázán na hemoglobin

1,4 % fyzikálně rozpuštěn1,4 % fyzikálně rozpuštěn

COCO22 94 % chemicky vázán HCO 94 % chemicky vázán HCO33- - COCO33

2-2-

6 % fyzikálně rozpuštěn6 % fyzikálně rozpuštěn

NN22 inertní plyn inertní plyn

100 % fyzikálně rozpuštěn100 % fyzikálně rozpuštěn

EvazeEvaze

kesonová nemoc (nemoc potapěčů)kesonová nemoc (nemoc potapěčů)

plynová embolie uvolněním bublinek plynová embolie uvolněním bublinek dusíku v krvidusíku v krvi

Výšková (horská) nemocVýšková (horská) nemocpři běžném barometrickém tlakupři běžném barometrickém tlaku

ppi i OO2 2 == 21,3 kPa 21,3 kPa

v nadmořské výšce 4 000 mv nadmořské výšce 4 000 m

ppi i OO2 2 == 13,3 kPa13,3 kPa

hypoxiehypoxie

aklimatizace aklimatizace

KAPALINAKAPALINA

Molekuly se prakticky dotýkajíMolekuly se prakticky dotýkajívnitřní kohezní sílyvnitřní kohezní síly

- disperzní u nepolárních molekul- disperzní u nepolárních molekul - dipólové u polárních molekul- dipólové u polárních molekul

zachovávají objem, nezachovávají zachovávají objem, nezachovávají tvar – potenciální energie interakcí je tvar – potenciální energie interakcí je větší než kinetická energie větší než kinetická energie neuspořádaného pohybuneuspořádaného pohybumolekuly konají nepravidelné molekuly konají nepravidelné kmitavé pohyby kolem pozvolna se kmitavé pohyby kolem pozvolna se měnících rovnovážných polohměnících rovnovážných poloh

KAPALINYKAPALINY

Ideální kapalina viskozita = 0Ideální kapalina viskozita = 0 stavová rovnice stavová rovnice ρρ = konst. = konst.

Hustota Hustota ρρHydrostatický tlak Hydrostatický tlak Hydrostatické paradoxonHydrostatické paradoxonPascalův zákonPascalův zákon

tlak se šíří všemi směry nezávisle na tlak se šíří všemi směry nezávisle na směru působící síly směru působící síly

Hydraulický lis SHydraulický lis S11 . F . F22 = S = S22 . F . F11

Hustota kapalinHustota kapalin

PyknometrPyknometr mm ρρ = ----- = ----- [[kg.mkg.m-3-3]] VV

HustoměrHustoměrMohrovy-Westphalovy váhyMohrovy-Westphalovy váhy

vztlak – poměr vůči voděvztlak – poměr vůči vodě ρρ = 1 000 kg.m = 1 000 kg.m-3-3 pro 20 pro 20 ooCC

Fázová rozhraníFázová rozhranípovrchová energie, napětípovrchová energie, napětí

W FW F ------ = ------ = σσ = ----- = ----- S l S l

adsorpce – na rozhraní dvou fází se adsorpce – na rozhraní dvou fází se zvyšuje koncentrace částic rozpuštěné zvyšuje koncentrace částic rozpuštěné látky proti koncentraci v roztokulátky proti koncentraci v roztoku

tenzidy – interakce mezi molekulami tenzidy – interakce mezi molekulami rozpouštědla jsou silnější než mezi rozpouštědla jsou silnější než mezi rozpouštědlem a tenzidemrozpouštědlem a tenzidem

- proti shromažďování na povrchu působí - proti shromažďování na povrchu působí koncentrační gradientkoncentrační gradient

- snižují povrchové napětí- snižují povrchové napětí

HYDRODYNAMIKAHYDRODYNAMIKA

Rovnice kontinuityRovnice kontinuity

S1 . v1 = S2 . v2

• Rovnice Bernoulliho

hh . . ρρ . g . g + + ½½ ρρ . . vv22 = konst.= konst.

Hydrodynamické paradoxonHydrodynamické paradoxon

S1 v1 S2 v2

v2>v1 => h2<h1

h1

h2

výtoková rychlostvýtoková rychlost

na hladině v klidu – potenciální i na hladině v klidu – potenciální i kinetická energie jsou vyrovnánykinetická energie jsou vyrovnány

h . h . ρρ . g = ½ . g = ½ ρρ . v . v22

22hh . . g =g = vv22

v = √ 2 g . hv = √ 2 g . h

Viskozita – vnitřní tření kapalinViskozita – vnitřní tření kapalinvnitřní kohezní síly vyvolávají mezi vrstvami vnitřní kohezní síly vyvolávají mezi vrstvami tečné napětí tečné napětí ττ (tau) (tau)

F F ΔΔvv ττ = ------ = = ------ = ηη -------- -------- S S ΔΔxx

ΔΔv gradient rychlostiv gradient rychlostiΔΔx vzdálenost dvou vrstevx vzdálenost dvou vrstevηη dynamická viskozita dynamická viskozita [[Pa.sPa.s]] (kcP) (kcP)

ηη ~~ e e-K/T-K/T

K látková konstantaK látková konstantaT absolutní teplotaT absolutní teplota

Viskozita – transport hybnosti F . tViskozita – transport hybnosti F . t

Transp.vel. = - K . Plocha . GradientTransp.vel. = - K . Plocha . Gradient

dvdv

F = F = ηη . S . ------- . S . -------

dxdx

dv gradient rychlostidv gradient rychlosti

dx vzdálenost dvou vrstev dx vzdálenost dvou vrstev

ηη dynamická viskozita dynamická viskozita [[Pa.sPa.s]] (kcP) (kcP)

Viskozita suspenze (krve)Viskozita suspenze (krve)

ηηss = = ηη . (1 + k . c) . (1 + k . c)

k konstanta charakterizující fyzikální k konstanta charakterizující fyzikální vlastnosti částicvlastnosti částic

c objemová koncentrace částicc objemová koncentrace částic

kinematická viskozitakinematická viskozita

ηη

n = ------ n = ------ [[mm22.s.s-1-1]]

ρρ

PROUDĚNÍPROUDĚNÍPrůtokový objem QPrůtokový objem Q

V V ππ . r . r44 . . ΔΔppQ = ----- = --------------------Q = ----- = -------------------- t 8 t 8 ηη . . ΔΔll

mechanický odpor řečištěmechanický odpor řečiště ΔΔp 8 p 8 ηη . . ΔΔll R = -------- = -----------R = -------- = -----------

Q Q ππ . r . r44 síla odporu řečištěsíla odporu řečiště

F = F = ππ . R . R22 . . ΔΔpp

DRUHY PROUDĚNÍDRUHY PROUDĚNÍ

LAMINÁRNÍLAMINÁRNÍ – vrstvy se pohybují rovnoběžně – vrstvy se pohybují rovnoběžně

TURBULENTNÍTURBULENTNÍ – vířivé – vířivé REYNOLDSOVO ČÍSLOREYNOLDSOVO ČÍSLO v . v . ρρ . R . R

RRee = ----------------- = -----------------

ηη

kritická hodnota pro krev je 1000kritická hodnota pro krev je 1000R průměr trubiceR průměr trubice

Tvar čela proudniceTvar čela proudniceideální kapalina ideální kapalina - nulová viskozita – čelo je - nulová viskozita – čelo je kolmé na stěnu nádobykolmé na stěnu nádoby

reálná kapalina – parabolareálná kapalina – parabola

suspenze - paraboloidsuspenze - paraboloid částicečástice se drží ve středu se drží ve středu

proudnice a brzdí čeloproudnice a brzdí čelo

PEVNÁ LÁTKAPEVNÁ LÁTKA

částice kmitají kolem stálých částice kmitají kolem stálých rovnovážných poloh rovnovážných poloh zachovává tvar i objemzachovává tvar i objemgeometrická uspořádanost – geometrická uspořádanost – krystalová mřážkakrystalová mřážkamíra pevnosti interakci – teplota tánímíra pevnosti interakci – teplota tánísměrová závislost fyzikálních směrová závislost fyzikálních vlastnostívlastností

- nezávislé IZOTROPNÍ- nezávislé IZOTROPNÍ - směrově závislé ANIZOTROPNÍ- směrově závislé ANIZOTROPNÍ

PLAZMAPLAZMA

extrémní teploty a tlakyextrémní teploty a tlaky

elektromagnetické interakce mezi elektromagnetické interakce mezi jádrem atomu a elektrony jsou menší jádrem atomu a elektrony jsou menší než kinetická energie elektronůnež kinetická energie elektronů

supravodivostsupravodivost

ve vesmíru nejběžnější skupenství ve vesmíru nejběžnější skupenství

PŘECHODOVÉ STAVY HMOTYPŘECHODOVÉ STAVY HMOTY

tekuté (kapalné) krystaly – intermediární tekuté (kapalné) krystaly – intermediární stav mezi kapalinou a pevnou látkoustav mezi kapalinou a pevnou látkoutři fáze podle vlastností částic:tři fáze podle vlastností částic:

- NEMATICKÁ shodná orientace- NEMATICKÁ shodná orientace - SMEKTICKÁ orientace + uspořádanost- SMEKTICKÁ orientace + uspořádanost - CHOLESTERICKÁ orientace, - CHOLESTERICKÁ orientace, uspořádanost, uspořádanost, periodicita vrstevperiodicita vrstev

TEKUTÉ KRYSTALYTEKUTÉ KRYSTALY

nematickánematická

shodná orientaceshodná orientace

smektickásmektická

orientace + orientace + uspořádanostuspořádanost

cholesterickácholesterická

orientace, orientace,

uspořádanost, uspořádanost,

periodicita vrstev periodicita vrstev