Termodinamika Toplina i temperatura Toplina - oblik energije Unutarnja energija (U U) - čestice estice tijela (sustava) titraju ( gibaju se) - zbroj energija svih čestica estica sustava Kako ustanoviti unutarnju energiju? Mjerimo njenu promjenu dovođ dovođenjem topline ∆Q ∆Q = ∆U + W Ako je W = 0 tada sva dovedena energija (toplina ) preš prešla je u unutarnju energiju tijela. Prijelaz topline (dovo (dovođenje topline) dolazi dolazi izmeđ između tijela ili sustava različ različitih temperatura, s tijela viš više temperature na tijelo niž niže temperature. Tri načina na ina prijelaza topline: • vođenje ili kondukcija • prenoš renošenje ili konvekcija • zračenje ra enje ili radijacija Vođ Vođenje ili kondukcija - razmjena topline izmeđ između tijela ili molekula u dodiru - toplinski vodiči - električni vodiči - toplinski izolatori - električni izolatori Prenoš premješ štanjem molekula Prenošenje ili konvekcija - premje ( tekućine teku ine i plinovi) Zračenje Zra enje ili radijacija - elektromagnetsko zračenje zra enje Temperatura - stupanj toplinskog stanja, ili stupanj zagrijanosti Termometri su sprave za mjerenje temperature Kelvin zakonita jedinica termodinamičke termodinami ke temperature Kelvin je 273,16 - ti dio termodinamičke termodinami ke temperature trojnog stanja vode Temperaturne ljestvice: ljestvice: - Kelvin - Celzijus - Fahrenheit Pretvorba: Kelvin - Celzijus Stupanj Celzijus + 273,15 =Kelvin TK = TC + 273,15 Celzijusova ljestvica Vrelište vode pri normalnom tlaku (100 oC) Ledište vode pri normalnom tlaku ( 0 oC ) Kelvinova ljestvica 0 K je apsolutna nula Fahrenheitova ljestvica 0 oF temperatura smjese soli i leda 96 oF temperatura zdravog ljudskog tijela 32 oF lediš ledište vode 212 oF vreliš vrelište vode termodinamič termodinamička temperatura (T / K ) Celzijusova temperatura (t /oC ) 373,15 373 15 vrelište vode) 100 (normalno vreliš 310,15 310 15 37 283,15 283 15 273,15 273 15 10 ledište vode) 0 (normalno lediš 253,15 253 15 0 - 20 - 273,15 273 15 Preračunavanje oF u oC i obrnuto T/oC 100 TC 0 TF - 32 32 212 TC 100°C = TF − 32 (212 − 32)° F T/oF 5 TC = (TF − 32)°C 9 9 TF = ( TC + 32)° F = (1,8TC + 32)° F 5 TK = TC + 273,15 ∆T ( K ) = ∆T (°C ) Primjer: temperatura ljudskog tijela je 37 oC TK = TC + 273,15 = 37°C + 273,15 = 310,15 K TF = 1,8 ⋅ TC + 32 = 1,8 ⋅ 37 + 32 ≈ 100° F K oC 373, 373,15 100 310, 310,15 37 283, 283,15 273, 273,15 10 0 253, 253,15 - 20 0 - 273, 273,15 oF 212 180 dijelova skale 32 - 460 t / oC 46 smrt 44 prag životne opasnosti 42 gubljenje topline znojenjem (prilagodba) 40 38 fiziološko osciliranje 36 34 unutarnje stvaranje topline (prilagodba) 32 prestanak stvaranja topline 30 28 26 prag životne opasnosti 18 smrt bez prilagodbe Toplinska svojstva tvari i tijela 100 °C Pb Fe Cu Toplinski kapacitet: Cu C= Fe Pb ∆Q J ∆T K Specifični Specifi ni toplinski kapacitet: ∆Q = mc∆T C J c= m K ⋅ kg Specifični pecifi ni toplinski kapacitet nekih tvari Tvar Voda Led Maslinovo ulje Živa iva Aceton Aluminij Bakar Željezo eljezo Drvo Porculan Olovo c (kJ K-1 kg-1) 4.182 2.09 1.97 0.134 2.16 0.896 0.383 0.452 2.5 0.84 0.13 Balon napunjen zrakom Balon napunjen vodom T2 >T1 T1 m1 T T2 m2 Q1 = Q2 m1c1 (T − T1 ) = m2c2 (T2 − T ) Agregatna stanja tvari s e d im l ub ja i ac im l b u s plinovito ja i ac uk ap lji taljenje is pa ra va nj e va nj e čvrsto tekuće skrućivanje Ovisnost o temperaturi T Latentna (skrivena) toplina Ti Tt čvrsto čvrsto i tekuć tekuće Qt tekuć tekuće tekuć tekuće i plinovito plinovito Qi Tt - temperatura taljenja Qt - toplina taljenja Ti - temperatura isparavanja Qt - toplina isparavanja Q Qt - toplina taljenja: Qt λ= m J kg Qt = λ ⋅ m[J ] specifična toplina taljenja - ovisi o vrsti tvari Qi - toplina isparavanja: Qi r= m Qi = r ⋅ m[J ] J kg specifična toplina isparavanja - ovisi o vrsti tvari toplina isparavanja = toplina ukapljivanja toplina taljenja = toplina skrućivanja dovedena toplina = odvedena toplina Primjer zagrijavanja leda od -20 0C do 120 0C vodena para 120 0C vodena para 100 0C Qi - toplina isparavanja voda 100 0C voda 0 0C Qt - toplina taljenja led 0 0C led -20 0C Agregatna stanja ovise o temperaturi i tlaku Postoji samo jedna toč točka - trojna toč točka - Trojna toč točka - toč točka u kojoj su sve tri faze ( čvrsto, tekuć tekuće, plinovito) u termodinamič termodinamičkoj ravnotež ravnoteži Toplinsko rastezanje (š (širenje) l0 ∆l l l = l0 + ∆l ∆l = l0α∆t l = l0 + l0α∆t l = l0 (1 + α∆t ) α - linearni koeficijent toplinskog rastezanja, mjerna jedinica: K-1 uglavnom po pozitivan, zitivan, za neke tvari je negativan ( npr. guma) anomalija vode – najguš a pri 4 0C najgušća Volumno rastezanje (š (širenje) V = V0 + ∆V V ∆V = V0γ∆t V0 V = V0 + V0γ∆t V = V0 (1 + γ∆t ) γ volumni koeficijent toplinskog rastezanja, mjerna jedinica: K-1 γ = 3α dobro je znati: za sve plinove isti je volumni koeficijent širenja γ 1 −1 −3 −1 γ = K = 3,661 ⋅10 K 273,15 Primjeri primjene različ različitosti toplinskog rastezanja (š (širenja) tvari Živin ivin termometa C i 300 °C. C. termometar mjeri mjeri temperature izmeđ između -39 °C Alkoholni termometa e temperature. termometar mjeri ni niže temperature Bimetalni termometri imaju spiralnu oprugu sastavljenu od dva metala, različitih razli itih koeficijenata linearnog rastezanja. Bimetalna vrpca Pokusi s tekućim dušikom 1. Za koliko kelvina se promijeni temperatura tijela zagrijanog od -24°C do 95°C? - Izrazite temperaturu od 30°C u kelvinima. - Izrazite temperaturu od 220 K u °C. 2. Da bismo ohladili 2·10-3 m3 vode, temperature 80 ºC na 60 ºC, dodajemo joj hladnu vodu temperature 10 ºC. Koju količinu hladne vode trebamo dodati? ( gustoća vode je 103 kg/m3 ) A. 5 kg B. 0.6 kg C. 0.8 kg D. 1.5 kg E. 2.7 kg 3. Visina Eiffelovog tornja u Parizu pri temperaturi 15 ºC je 300 m. Koliki je koeficijent volumnog rastezanja čelika od kojeg je toranj izgrađen ako je pri temperaturi -10 ºC visina tornja manja za 30 cm? (R: 1.2·10-4 K-1) 4. U aluminijskoj ploči napravljen je kružni otvor polumjera 2.5 cm, na temperaturi 20 ºC. Koliko će iznositi polumjer otvora na temperaturi 200 ºC ? Koeficijent linearnog rastezanja aluminija je 24·10-6 K-1. B. 2.51 cm C. 2.59 cm D. 2.80 cm E. 1.26 cm A. 2.49 cm 5. Koliku količinu topline preda okolini 10 kg vode kad se ohladi sa 30 ºC na 20 ºC ? (R: 418 kJ) ( cv = 4180 JK-1kg-1 )
© Copyright 2024 Paperzz
