Trvalá látka pro 2. ročník a sextu

Trvalá látka – Molekulová fyzika a termika

Trvalá látka – Molekulová fyzika a termika

Co je trvalá látka?

Trvalá látka představuje základní znalosti a dovednosti, které byste měli ovládat po celý školní rok. Budeme se k nim průběžně vracet při výuce, v písemných pracích i při dalších fyzikálních úlohách.

Nestačí znát definice a vzorce. Důležité je rozumět jejich významu a umět je použít.

Pojmy s tečkovaným podtržením můžete rozkliknout a zobrazit si krátké vysvětlení.

1. Molekulová fyzika a termika

Stavba látek

  1. Vědět, že látky jsou tvořeny
    částicemi

    Látky mohou být tvořeny atomy, molekulami nebo ionty. Mezi částicemi je volný prostor.

    Typický rozměr atomu je řádově 10−10 m.

    , které se neustále pohybují a vzájemně na sebe působí.
  2. Vysvětlit rozdíly mezi
    pevným, kapalným a plynným skupenstvím

    Pevné: částice zůstávají v okolí rovnovážných poloh.

    Kapalné: částice jsou blízko sebe, ale mohou měnit své sousedy.

    Plynné: částice jsou většinou daleko od sebe a plyn vyplní dostupný prostor.

    pomocí uspořádání a pohybu částic.
  3. Vysvětlit, proč se částice při určitých vzdálenostech přitahují a při velmi malých vzdálenostech odpuzují.
    Rovnovážná vzdálenost

    Při rovnovážné vzdálenosti je výsledná síla mezi dvěma částicemi nulová. Potenciální energie jejich vzájemného působení je minimální.

Stavba látek

Kinetická teorie látek

  1. Znát základní předpoklady
    kinetické teorie látek

    Látky jsou tvořeny částicemi, které se neustále neuspořádaně pohybují a vzájemně na sebe působí.

    .
  2. Vysvětlit souvislost mezi teplotou a pohybem částic.
    Co znamená vyšší teplota?

    Vyšší termodynamická teplota odpovídá intenzivnějšímu tepelnému pohybu částic. U ideálního plynu je střední kinetická energie posuvného pohybu částice přímo úměrná termodynamické teplotě.

  3. Umět pomocí pohybu a vzájemného působení částic vysvětlit základní vlastnosti látek.
    Příklad

    Plyn lze snadno stlačit, protože je mezi jeho částicemi velký volný prostor.

Kinetická teorie látek

Difuze a osmóza

  1. Vysvětlit
    difuzi

    Difuze je samovolné promíchávání částic způsobené jejich neuspořádaným tepelným pohybem. Při rozdílu koncentrací dochází k výslednému transportu částic z oblasti vyšší koncentrace do oblasti nižší koncentrace.

    Například šíření vůně parfému v místnosti.

    a uvést příklady z běžného života.
  2. Vysvětlit
    osmózu

    Osmóza je samovolný přenos rozpouštědla přes polopropustnou membránu. V jednoduchém případě voda přechází směrem k roztoku s vyšší koncentrací rozpuštěné látky.

    Například změna objemu rostlinných buněk při ponoření do různě koncentrovaných roztoků.

    a rozlišit ji od difuze.
  3. Vysvětlit, jak difuzi ovlivňuje teplota a rozdíl koncentrací.
    Proč?

    Při vyšší teplotě zpravidla probíhá difuze rychleji. Větší rozdíl koncentrací obvykle vede k většímu výslednému difuznímu toku.

Difuze a osmóza

Teplota

  1. Vysvětlit, co je
    teplota

    Teplota je fyzikální veličina popisující tepelný stav tělesa. Určuje směr samovolného přenosu energie při tepelném kontaktu.

    a jak souvisí s tepelným pohybem částic.
  2. Rozlišovat Celsiovu a termodynamickou teplotní stupnici a umět mezi nimi převádět.
    Převod

    T = t + 273,15

    0 °C = 273,15 K; 20 °C = 293,15 K.

    Teplotní rozdíl 1 °C odpovídá rozdílu 1 K.

  3. Vědět, co je
    absolutní nula

    Absolutní nula odpovídá 0 K, tedy −273,15 °C. Jde o dolní mez termodynamické teploty. Neznamená to, že veškerý mikroskopický pohyb musí zcela ustat.

    a proč nelze teplotu spolehlivě určovat pouhým dotykem.

Teplota

Teplo a teplota

  1. Rozlišovat
    teplotu, teplo a vnitřní energii

    Teplota: popisuje tepelný stav tělesa [K].

    Teplo: energie přenesená kvůli rozdílu teplot [J].

    Vnitřní energie: součet mikroskopických kinetických a potenciálních energií částic [J].

    Těleso neobsahuje teplo. Může teplo přijmout nebo odevzdat.

    .
  2. Vysvětlit, jakým směrem se samovolně přenáší energie při tepelném kontaktu a co je
    tepelná rovnováha

    Energie se samovolně přenáší z tělesa s vyšší teplotou na těleso s nižší teplotou. Při tepelné rovnováze mají tělesa stejnou teplotu a nedochází mezi nimi k výslednému přenosu energie.

    .
  3. Vysvětlit, jak se může měnit vnitřní energie tělesa přenosem tepla nebo konáním práce.
    Příklad

    Voda se může zahřívat přenosem energie z plotýnky. Ruce se mohou zahřívat také při tření, kdy konáme mechanickou práci.

Teplo a teplota

2. Pevné látky

Struktura pevných látek

  1. Rozlišovat
    krystalické a amorfní látky

    Krystalické látky mají pravidelné prostorové uspořádání částic na velké vzdálenosti. Amorfní látky takové uspořádání nemají.

    Krystalická látka: kuchyňská sůl. Amorfní látka: běžné sklo.

    a uvést příklady.
  2. Vysvětlit, co je
    krystalová mřížka

    Krystalová mřížka je geometrický model pravidelného prostorového uspořádání krystalické struktury.

    a jak souvisí s uspořádáním částic.
  3. Rozlišovat
    monokrystal a polykrystal

    Monokrystal má souvislé pravidelné uspořádání krystalové struktury. Polykrystal se skládá z mnoha krystalických zrn s různou orientací.

    .

Struktura pevných látek

Deformace

  1. Vysvětlit, co je
    deformace tělesa

    Deformace je změna tvaru nebo rozměrů tělesa působením vnějších vlivů.

    .
  2. Rozlišovat
    pružnou a plastickou deformaci

    Pružná deformace po odstranění zatížení vymizí. Plastická deformace zůstává alespoň částečně zachována.

    Pružná: mírně natažená pružina. Plastická: trvale ohnutý drát.

    .
  3. Rozpoznat základní způsoby deformace:
    tah, tlak, ohyb, smyk a kroucení

    Tah prodlužuje, tlak zkracuje, ohyb zakřivuje, smyk vzájemně posouvá části tělesa a kroucení je vůči sobě natáčí.

    .

Deformace

Napětí a deformace

  1. Vysvětlit, co je
    normálové napětí

    Normálové napětí vyjadřuje velikost kolmé síly připadající na jednotku plochy průřezu.

    σn = F / S

    Jednotka: pascal [Pa].

    a znát jeho jednotku.
  2. Rozlišovat
    prodloužení a poměrné prodloužení

    Prodloužení: Δl = l − l0.

    Poměrné prodloužení: ε = Δl / l0.

    Poměrné prodloužení je bezrozměrné.

    a umět je vypočítat.
  3. Vysvětlit souvislost mezi zatížením, mechanickým napětím a deformací tělesa.
    Příklad

    Při stejné tahové síle vzniká v tenčím drátu větší napětí než v silnějším drátu.

σn = F / S    ε = Δl / l0

Napětí a deformace

Hookův zákon

  1. Znát
    Hookův zákon

    V oblasti lineární pružné deformace je normálové napětí přímo úměrné poměrnému prodloužení.

    σn = Eε

    a vědět, za jakých podmínek platí.
  2. Vysvětlit význam
    Youngova modulu pružnosti

    Youngův modul E charakterizuje tuhost materiálu při pružné deformaci. Čím větší je, tím větší napětí je potřeba ke stejnému poměrnému prodloužení.

    Jednotka: pascal [Pa]. Větší tuhost automaticky neznamená větší pevnost.

    .
  3. Umět použít Hookův zákon v jednoduchých výpočtech a interpretovat graf závislosti napětí na poměrném prodloužení.
    Co vyjadřuje směrnice?

    V lineární pružné oblasti je směrnice grafu σn(ε) rovna Youngovu modulu E.

    U konkrétní pružiny lze pracovat také se vztahem F = kΔl, kde k je tuhost pružiny.

σn = Eε    F = kΔl

Hookův zákon

Teplotní roztažnost látek

  1. Vysvětlit, co je
    teplotní roztažnost

    Při změně teploty se mohou měnit rozměry tělesa. Většina pevných látek se při zahřívání rozpíná a při ochlazování smršťuje.

    a uvést příklady z praxe.
  2. Znát vztah pro
    délkovou teplotní roztažnost

    Δl = αl0ΔT.

    α je součinitel délkové teplotní roztažnosti [K−1].

    Vztah je přibližný a předpokládá, že α je v daném teplotním intervalu přibližně konstantní.

    a umět jej použít v jednoduchých výpočtech.
  3. Vysvětlit, proč je nutné s teplotní roztažností počítat při konstrukci staveb a technických zařízení.
    Příklad

    Mosty mohou mít dilatační spáry, které umožňují změny rozměrů při změnách teploty.

Δl = αl0ΔT

Teplotní roztažnost látek

Trvalá látka se bude v průběhu školního roku postupně rozšiřovat o další témata.