Archiv autora: MrJedlis

Teplo

Teplo a Teplota
Teplo (nesprávně užívaný termín tepelná energie) je část vnitřní energie, kterou systém vymění (tj. přijme nebo odevzdá) při styku s jiným systémem, aniž by přitom docházelo ke konání práce. Mluvíme o tepelné výměně. Teplo popisuje procesy, v nichž se odehrává spousta „mikroprací“, tj. srážek jednotlivých částic, které přímo nemůžeme sledovat ani měřit. O práci mluvíme, když způsobenou změnu energie můžeme vyjádřit jako součin veličin, obvykle síly a posunutí, či tlaku a změny objemu, nebo konečně jako součin napětí, proudu a času. O teplo jde tehdy, když se změna energie jako součin jiných měřitelných veličin vyjádřit nedá.Teplo je fyzikální veličinou popisující změnu termodynamického stavu systému, nikoli stav samotný.Jednotky tepla jsou shodné s jednotkami energie a práce.Měřením tepla se zabývá kalorimetrie; teplo se měří kalorimetry.Šířením tepla bez konání práce se zabývá termokinetika, tepelnými ději obecně termodynamika.

Fyzikální podstata a definice tepla
Podle kinetické teorie se při tepelné výměně předává energie neuspořádaného pohybu částic, z nichž se skládá jak systém teplo odevzdávající, tak systém teplo přijímající. Zejména u látek v kondenzovaném stavu je nutno uvažovat vedle kinetické energie částic i energii jejich vzájemných interakcí a vazeb. Tepelná výměna nemusí být spojena se změnou teploty – hovoříme pak o latentním teple.

Tepelná výměna přímo nesouvisí s předáváním částic mezi systémy, změnou jejich chemické podstaty, ani změnami pohybového stavu systémů či „vnější“ potenciální energie systémů. Změny tepla mohou být sice formálně ekvivalentní určité mechanické práci nebo kinetické energii částic (vibrační, translační, rotační), atp., nejsou však s nimi identické a fyzikálně se od nich fundamentálně liší. Tento rozdíl se zvláště názorně projevuje ve spektroskopii.

Definice tepla však nevylučuje tepelné děje při současném konání práce. V souladu s 1. větou termodynamickou je teplo (systémem přijaté) při tepelné výměně rovno změně (zvýšení) vnitřní energie systému zvýšené o (systémem vykonanou) práci (kurzívou je v předchozí větě vyznačeno, kdy se daná změna bere za kladnou).

Přeměnu mechanické práce na teplo a naopak vysvětluje kinetická teorie jako přeměnu kinetické energie uspořádaného pohybu na kinetickou energii neuspořádaného pohybu částic a naopak. Fyzikálně se fundamentální rozdíl mezi „neuspořádaným“ a „uspořádaným“ pohybem částic projevuje např. ve spektroskopii. Zatímco tepelnému pohybu odpovídá šum, charakterizovaný určitou (širokospektrální) distribuční funkcí, mechanickému pohybu (např. vibračnímu) odpovídají určité ostré spektrální čáry.
Podle překonané fluidové teorie tepla byla podstatou tepla substance – fluidum (zvané calor, calorique apod.) a teplo bylo množství tohoto fluida v látce. Tato představa umožňovala velmi zjednodušeně pochopit i tepelné stroje: práce se konala tím, když tepelné fluidum přecházelo z místa s vyšší teplotou do místa s nižší teplotou, podobně jako voda v řece může konat práci tím, že přechází z vyšší polohy do nižší. Pokud dochází v systému k výměnám či přeměnám mezi teplem a prací, vyžaduje však fluidová teorie zásadní zobecnění, které popisuje první zákon termodynamiky. Řečeno současnou terminologií, teplo obecně nelze pokládat za stavovou veličinu (bodovou), nýbrž představuje dějovou veličinu (závislou na trajektorii). Po tomto zobecnění je fluidová teorie cenná i dnes svou názorností. Názorně vystihuje zejména přenos tepla (kalorimetrická rovnice) a objasňuje přirozenou roli Laplaceovy rovnice a Poissonovy rovnice v těchto dějích, v analogii s teorií tekutin.

Zdůrazněme, že o teple i práci má smysl mluvit zejména v souvislosti se změnami těchto veličin, a zpravidla nikoli při popisu stavu. Přesný fyzikální smysl tedy často nemají výroky typu „Po zahřátí je v tělese více tepla“ (obvykle správněji lze říci, že „těleso má po zahřátí více vnitřní energie“).

Z tohoto důvodu je fyzikálně přesnější (i když méně názornou) následující formulace výše uvedené definice:
Teplo je míra změny vnitřní energie systému při styku s jiným systémem, aniž by přitom docházelo ke konání práce.

Je třeba rozlišovat dvě různé veličiny: teplo, které popisuje změnu stavu tělesa, a teplota, která popisuje stav tělesa. Stavovou veličinou popisující tepelnou výměnu je entropie.
Značení a jednotky
• Značka: Q
• Základní jednotka: joule, značka „J“
• Další jednotky: viz práce
.
Šíření tepla
Šíření tepelné energie z jednoho místa na druhé může probíhat vedením, prouděním nebo zářením (sáláním).

Rozdělení Vod

Rozdělení vody
Vyskytuje ve třech skupenstvích.
• podle skupenství
o pevné – led, sníh
o kapalné – voda
o plynné – vodní pára

• podle hydrologie a meteorologie:
o povrchová
o podzemní
o ve formě srážek

• podle vlastností
o měkká – obsahuje málo minerálních látek
o tvrdá – z podzemních pramenů, obsahuje více minerálních látek
o mořská voda
o destilovaná voda – je zbavena minerálních látek
o užitková – používá se v průmyslových závodech a v potravinářství
o minerální voda – obsahuje mnoho minerálních látek
o pitná voda – je vhodná ke každodennímu použití, je zbavená nečistot, obsahuje vyvážené množství minerálních látek tak, aby neškodily zdraví.
o těžká voda – voda vyrobená z těžkých atomů vodíku – deutéria, v přírodě se nachází zcela běžně ve směsi s normální vodou v nízké koncentraci, těžká voda sloužila ke konstrukci prvních atomových reaktorů

Destilovaná voda je čirá, bezbarvá, v silné vrstvě namodralá kapalina bez chuti Destilovaná voda se používá především v laboratořích, ale i například do chladičů a akumulátorů v automobilech nebo do napařovacích žehliček. Dá se vytvořit destilací běžné vody za normálního tlaku.
Ačkoliv se jedná o chemicky čistou látku, destilovaná voda není vhodná dlouhodobě k pití. Destilovaná voda je lidskému zdraví nebezpečná tím, že neobsahuje (na rozdíl od běžné pitné vody) žádné minerály. To může významně narušit metabolismus.

Pitná voda „je zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví přítomností mikroorganismů. Nejdřív se voda čerpala všude možně, nejčastěji ze studní nebo se používala voda povrchová. Postupem doby se přešlo k získávání vody z řek a rybníků, kdy voda přecházela přes přípravnu, čerpala se do věže a poté sama stékala do domácností odběratelů. V současnosti se získává pitná voda nejčastěji z povrchových zdrojů (přehrad a řek) nebo jako podzemní voda ze studní či pramenů.

Užitková voda se používá nejčastěji v průmyslových závodech (sníží se tvrdost vody a ta se zbaví Fe2+ a Mn2+) a v potravinářství – vyžaduje dezinfikovanou vodu(chlórování,ozonizace, ozařování ultrafialovým zářením)

Odpadní voda, je voda, jejíž kvalita byla zhoršena lidskou činností. V hydroenergetice má tento termín jiný význam – označuje vodu, která již předala svou energii turbíně nebo vodnímu kolu. Znečištění vody může být tvořeno rozpuštěnými nebo nerozpuštěnými látkami, za znečištění se ale považuje i například tepelné nebo radioaktivní znečištění. V naprosté většině případů musí být odpadní voda před vypuštěním čištěnaK přesnému stanovení znečišťujících látek slouží chemické rozbory.

Komunální odpadní voda vzniká každodenní lidskou činností – pochází z domácností, škol, úřadů, od živnostníků a podobně. Splašky mají přibližně stejné složení. Kromě splašků obsahuje v případě jednotné kanalizace i oplachové vody (vodu z mytí ulic) a dešťovou vodu ze srážek. Zpracovává se na městských čistírnách odpadních vod (ČOV). Množství znečištění přiváděného na městskou ČOV se vyjadřuje jako počet ekvivalentních obyvatel.

Průmyslová odpadní voda vzniká v průmyslových podnicích. Míra a charakter znečištění vody záleží na druhu průmyslu, ale i použité technologii výroby. Průmysl produkuje odpadní vody jednak z technologických vod (což je voda přímo použitá ve výrobě) a jednak z chladicích vod (což je voda používaná na chlazení zařízení, ta bývá znečištěná „pouze“ tepelně). Průmyslová odpadní voda se čistí buď přímo v podniku (tam někdy stačí vodu předčistit a pak vypustit do kanalizace, nebo přímo v městské ČOV.