Zasady termodynamiki

I Zasada równoważności pracy i ciepła: ΔU = Q + W

U-energia wew, Q-ciepło[J], W-praca[J]

Energia wewnętrzna ciała jest suma energii kinetycznej ruchu poszczególnych cząsteczek tworzących dane ciało, energii potencjalnej oddziaływań międzycząsteczkowych oraz energii wew. Wszystkich cząsteczek.

I zasada termodynamiki:

Zmiana energii wew. ciała równa ΔU równa jest sumie prac wszystkich sił zewnętrznych W_z wykonanych nad ciałem (nie prowadzących do zmiany ruchu) oraz energii dostarczonej do ciała w postaci ciepła Q:

ΔU = Q + W_Z

Energia wew. U może być przekazywana z jednego ciała (układu) do drugiego w procesie wykonywania pracy lub przekazywania ciepła (Prawo zachowania energii).

II zasada zamiany ciepła na pracę:

η = T₁ - T₂ / T₁ * 100%

T₁-temp. wzgl. „grzejnika”, T₂- temp. bezwzgl. „chłodnicy”

η - sprawność silnika cieplnego

Każda forma energii przechodzi w końcu w ciepło (zgodnie z prawem zachowania energii jest zawsze pełne zbilansowanie). Ciepło ulega rozproszeniu - energia ulega zdegradowaniu tzn., że niemożliwa jest powrotna zmiana rozproszonego ciepła na inną „lepszą” formę energii. (Zjawisko nieodwracalności przemian energii)

II zasada termodynamiki (w/g Clausiusa):

Nie jest możliwy proces, którego jedynym skutkiem byłoby przenoszenie ciepła z ciała o niższej temp. do ciała o wyższej temp.

Termodynamika pozwala określić ilość ciepła zawartego w dowolnym układzie. Wyjaśnia , skąd się bierze energia cieplna w układzie i jakie przemiany zachodzą, gdy układ wykonuje pracę.

Teledetekcja, to pomiar wykonany z pewnej odległości.

Pomiary teledetekcyjne można wykonywać z samolotów, przestrzeni kosmicznej lub z powierzchni ziemi. Metody teledetekcyjne dzielą się na aktywne i pasywne. W aktywnej teledetekcji sygnał jest wysyłany z instrumentu, a nastepnie analizowany. Przykładem jest: radar (wysyłane są mikrofale), lidar (wys. jest światło), sodar (wys. są fale akustyczne). Pasywnymi metodami teledetekcyjnymi są metody oparte na analizie sygnału wysyłanego od obserwowanego obiektu. Przykładem jest zdjęcie fotograficzne.W nowoczesnej terminologii termin teledetekcja używa się przy pomiarach z satelitów czy z samolotów. Techniki teledetekcyjne używają tzw. Metod odwrotnych do oceny interesujących własności, np. ocena ilości deszczu z chmur może być dokonana na podst. intensywności sygnału z radaru meteorologicznego.

Efekt cieplarniany odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu na ziemi warunków pozwalających na rozwój życia. Dzięki obecności w atmosferze gazów absorbujących długofalowe promieniowanie Ziemi i emitujących promieniowanie, którego część z powrotem dociera do pow. Ziemi (część w przestrzeń kosmiczną) w dolnej troposferze panuje temp. znacznie wyższa niż ta, jaka występowałaby przy ich braku. Naturalny efekt cieplarniany umożliwił rozwój na Ziemi życia w jego obecnej postaci, lecz w dobie obecnej działalność człowieka spowodowała większą emisję gazów cieplarnianych, co w efekcie prowadzi do wzrostu temp.

Temp. bez efektu cieplarnianego to -18^OC, a z gazami cieplarnianymi, to +15^OC (cały efekt, to 33^OC). Wśród gazów przyczyniających się do powstawania efektu cieplarnianego największy udział ma para wodna (ok.21^OC), w następnej kolejności CO₂ (ok. 7­ ^OC), ozon (ok.2,5^OC), N₂O (1,4 ^OC), metan (0.8 ^OC), freony (< 0,8 ^OC). Wraz z rozwojem przemysłu i transportu wzrasta ilość gazów szklarniowych, co powoduje ocieplanie się klimatu. Promieniowanie słoneczne przepuszczane jest przez atmosferę bez poważnych strat na pochłanianie, natomiast promieniowanie ziemskie w przeważającej części zostaje w atmosferze pochłonięte. Absorpcja promieniowania powoduje ogrzewanie się atmosfery.

Fotosynteza, to proces wytwarzania zw. org. (przede wszystkim jednocukru - glukozy) z prostych zw. nieorg. (CO₂ i H₂O) przy udziale energii świetlnej oraz w obecności barwników asymilacyjnych. Ubocznym produktem fotosyntezy zachodzącej u roślin, autotroficznych protestów oraz sinic jest tlen. Istota fotosyntezy polega na przekształceniu energii świetlnej słońca w energię chemiczną

OZON jest trójatomową odmianą tlenu. W sposób naturalny ozon powstaje wskutek wyładowań elektrycznych w atmosferze, pożarów lasów oraz wskutek utleniania terpentyny w lasach iglastych. Występowanie ozonu w troposferze jest negatywnym zjawiskiem, ponieważ jest silnie toksyczny i niszczy aparaty oddechowe roślin i zwierząt, zmniejsza odporność ludzi i zwierząt na infekcje, powoduje zaburzenia w ukł. oddechowym, zmniejsza wydolność fizyczną, u roślin powoduje

zakłócenia procesów fotosyntezy i oddychania, obniżenie plonów uprawnych. Poza tym zwiększona ilość ozonu w

troposferze powoduje tzw. Smog fotochemiczny i zwiększenie efektu cieplarnianego. Niestety, koncentracja ozonu w troposferze wzrosła 2-3-krotnie w porównaniu z

okresem przed rozwojem motoryzacji. Ozon w stratosferze pełni bardzo pożyteczną rolę - pochłania szkodliwe dla org. żywych promieniowanie ultrafioletowe docierające ze Słońca. Nadmiar promieni UV prowadzi do zachorowań na raka skóry, osłabia ukł. odpornościowy, prowadzi do powstania katarakty, ogranicza rozwój fitoplanktonu, szkodliwie działa na wzrost roślin i zwierząt. Aby powstał ozon potrzebne są szczególne warunki, które zapewnia stratosfera. Cząsteczki ozonu powstają dzięki oddziaływaniu promieniowania ultrafioletowego, które rozbija cząsteczki tlenu i następnie pojedynczy tlen łączy się z podwójna cząsteczką tlenu i powstaje ozon. Podczas tego procesu część promieniowania UV jest pochłaniana. Rozpad ozonu cząsteczkowego następuje w reakcji z udziałem katalizatora (X), którym może być np. chlor, tlenek azotu (NO) lub rodnik wodorotlenowy (OH)

O₃ + X → OX + O₂ Rozpad ozonu może powstać w wyniku reakcji O₃ + UV →O₂ + O . W przeciwieństwie do rosnącej koncentracji ozonu troposferycznego, w stratosferze następuje zmniejszanie się zawartości ozonu. Powoduje to powstawanie dziury ozonowej. Głównym czynnikiem odpowiedzialnym za niszczenie ozonu w stratosferze są związki węgla, chloru, bromu i fluoru zwane freonami i halonami, które w stratosferze pod wpływem promieni słonecznych rozpadają się. Jedna cząsteczka uwolnionego chloru potrafi zniszczyć nawet 100 tys. cząst. ozonu, ponieważ w Reakcji rozpadu chlor pełni rolę katalizatora i po zniszczeniu jednej cząst. jest gotów do niszczenia następnych. Freony były masowo stosowane jako ciecze robocze w chłodziarkach, gaz nośny w aerozolowych kosmetykach, oraz do produkcji spienionych polimerów.

FIZYKA JĄDROWA

Jądro atomowe jest ukł. protonów i neutronów.

A [Liczba masowa] ₁₂

C

Z [Liczba atomowa] ⁶

A - określa rodzaj izotopu tego pierwiastka = liczba p + liczba n.

Z - liczba porządkowa jądra (w ukł. okr.) = liczbie protonów w jądrze atomowym danego pierwiastka.

Nukleon - obejmuje proton i neutron.

Izotop - jądro atomowe o jednakowych wartościach Z (liczbie protonów w jądrze), ale różniące się liczbą neutronów, czyli postać pierwiastka o innej liczbie neutronów w jądrze niż w jądrach pozostałych odmian tego samego pierwiastka.

Atom - najmniejsza cząstka pierwiastka zachowująca jego własności chemiczne.

Cząsteczka - najmniejsza część związku chemicznego.

Elektrony - cząstki naładowane ujemnie; to maleńkie cząstki, które krążą wokół jądra atomowego.

Orbita - droga elektronu.

Proton - cząstka w jądrze atomu naładowana dodatnio.

Neutron - nienaładowana cząstka w jądrze atomu (nie ma ładunku elektrycznego)

Pierwiastek - substancja zawierająca atomy jednego rodzaju.

Rozszczepienie jądra - podział jądra z uwolnieniem energii.

Rozszczepienie zachodzi w niektórych izotopach ciężkich pierwiastków, np. uranu i plutonu. Rozszczepienie wykorzystywane jest w reaktorach i bombach jądrowych. W bombie jądrowej reakcja rozszczepienia nie jest kontrolowana, co oznacza, że w ułamku sekundy rozszczepia się wielka liczba jader wydzielając ogromne ilości ciepła podczas silnego wybuchu.

Reakcja łańcuchowa - seria reakcji rozszczepienia, w której każda reakcja wywołuje następne reakcje.

Masa krytyczna - najmniejsza masa, przy której zachodzi reakcja łańcuchowa. - najmniejsza ilość materiału rozszczepialnego, w której liczba pochłoniętych neutronów jest wystarczająco duża, aby mogła zajść reakcja łańcuchowa (masa krytyczna zależy od rodzaju paliwa jadrowego).

Radioaktywność - zjawisko samoistnego emitowania promieni przez substancję.

Promieniowanie α, β, γ

Rozpad promieniotwórczy - gdy jądro atomu się rozpada, wysyła promienie α, β a czasem γ.

Promienie α - są najsłabsze (mają najmniejszy zasięg) składają się z cząstek naładowanych dodatnio. Przechodzą przez papier.

Promienie β - przechodzą przez papier, ale pochłaniane są przez warstwę aluminium. Zasięg większy niż promieni α. Wyróżniamy β+ i β-.

Promienie γ - przechodzą przez papier i aluminium, ale pochłaniane są przez gruby blok ołowiany (mają największy zasięg).

Promieniowanie podczerwone 780 nm - 1 μm

Promieniowanie podczerwone 380 nm - 780nm

Promieniowanie podczerwone 10 nm - 380 nm

---