1. Hőtani alapfogalmak
a. Termikus kölcsönhatás jellemzői- Legalább két, kezdetben különböző hőmérsékletű test kell hozzá ( Pl Meleg víz és
hideg vasszeg)
- Ezeknek szorosan érintkezniük kell ( A szeget a vízbe rakjuk)
- Hőállapotuk ellentétesen változik ( A hideg szeg felmelegszik, a melegebb víz lehűl)
- A kölcsönhatás a közös hőmérséklet kialakulásáig tart. ( A közös hőmérséklet végső
állapota a kezdetben hidegebb és a kezdetben melegebb testnek is.)
b. Belső energia jele Eb, fogalma: a testet alkotó részecskék mozgásával és kölcsönhatásaival kapcsolatos energia. ( Gázoknál, mivel a részecskék között nincs kölcsönhatás, a belső energia a részecskék mozgási energiájának összegével egyezik meg Eb= ½ ×m×v2 ahol a m a gáz tömege v pedig a részecskék átlagos sebessége.)
c. Energiamegmaradás termikus kölcsönhatásokban: Termikus kölcsönhatásban amennyivel nő a kezdetben melegebb test belső energiája , a melegebbé annyival csökken. Másképpen fogalmazva: Zárt rendszer belsőenergiája állandó.(Zárt rendszer esetén a rendszer és környezete között nincs belsőenergia-változás. Pl. a meleg víz és hideg szeges kísérletet termoszban végezzük el)
(d. Hőterjedési módok
Termikus kölcsönhatáson kívül a belsőenergia-változás hővezetéssel, hőáramlással és hősugárzással során is történhet.
- Hővezetés a szilárd testekben a hőterjedési leggyakoribb módja. Ekkor a szilárd testeket alkotó részecskék – bár nem hagyják el a helyüket – a rezgési állapotuk változása terjed részecskéről részecskére.
- Hőáramlás a gázok és folyadékok hőterjedési módja. Ekkor a felmelegedett folyadék vagy gáz térfogatásnak növekedése következtében kisebb sűrűségűvé válva felfelé emelkedik. Helyére hidegebb hőmérsékletű folyadék vagy gáz áramlik. Itt a részecskék valóban nagyjából rendezett mozgást végeznek, azaz áramlanak.
- Hősugárzás esetén a belsőenergia-változás közvetítő közeg nélkül (pl vákuumban is ) terjed. Ekkor a környezeténél melegebb test láthatatlan elsősorban un. Infravörös elektromágneses hullámot bocsát ki, ezeket a hidegebb test részben elnyeli, belső energiája ezáltal megnő.)
2. Hőtágulás, hőmérők, hőmérséklet
a. Hőtágulás hőmérséklet-változás hatására bekövetkező hosszúság és térfogatváltozás. Jele Dl DV, mértékegysége 1 m3. Szilárd testeknél és folyadékoknál a mértéke függ a kiindulási térfogattól, hosszúságtól ( V0, l0), a hőmérséklet-változástól (DT), valamint az anyagi minőségtől ( Ezt szilárd testek hosszúságváltozásánál vonalas hőtágulási együtthatónak (jele a), szilárd testek és folyadékok térfogatváltozásánál köbös hőtágulási együtthatónak( jele b ) hívjuk ). DV= b × V 0 ×DT Dl= a × l 0 ×DT
Gázok hőtágulása nem függ az anyagi minőségtől, de DV itt is egyenesen arányos × V 0 –lal és ×DT-vel, az arányossági tényező ( DV/ V 0 ×DT ) értéke viszont állandó érték , mégpedig 1/273.
b. Hőmérők a testek hőmérsékletének mérésére alkalmas berendezések. Működésük fizikai alapját az a tény szolgáltatja, hogy hőmérséklet-változáskor megváltoznak a testek egyes tulajdonságai pl. színük, térfogatuk, elektromos vezetőképességük stb. A hétköznapi életben a hőmérsékletet leggyakrabban a folyadékhőmérőkkel határozzák meg, amely a folyadékok előbb tárgyalt hőtágulása alapján működik
A folyadékhőmérő részei:
- folyadéktartály, amelyből
- a vékony átmérőjű cső ( kapilláris) folytatódik felfelé
- fokbeosztás vagy skála
Megjegyzések
· A hőmérséklet-változás hatására bekövetkező térfogatváltozás hatására a kapillárisban fel vagy lefelé mozog a folyadékszint.
· A Celsius-skála alsó alappontja a 0 oC, az olvadó jég, felső alappontja a 100 oC, forrásban lévő víz hőmérséklete.
c. Hőmérséklet a testek hőállapotát jellemző fizikai mennyiség Jele a T, mértékegysége hétköznapi életben nálunk a oC, a tudományos világban a kelvin, jelölése K.
A 0 K »-273 oC oC-ból kelvinbe úgy váltunk át, hogy egyszerűen a oC értékhez 273-at hozzáadunk.
( A 0 K-t másként abszolút nullafoknak is hívják, mert ennél kisebb hőmérséklet elvileg sem lehetséges. Ezen a hőmérsékleten a részecskék nem mozognának, mozgási energiájuk nullává válna. Minél magasabb a testek hőmérséklete, annál nagyobb a részecskék mozgási energiája, így a hőmérséklet a kinetikus molekuláris értelmezés szerint a részecske mozgási energiával arányos.) MARHASÁG!!!!!!!
3. Hőmennyiség a termikus kölcsönhatása során bekövetkező belsőenergia- változás. Jele Q, mértékegysége az 1 J (dzsúl). Ekkor bekövetkező belsőenergia-változásnál az érintkező testeknél látható elmozdulást nem tapasztalunk, hiszen a testek csak érintkeznek egymással
Nagyságát hőmérséklet-változás esetén a
Q= DEb= c × m ×DT
összefüggéssel számítjuk ki, ahol m a hőmérsékletét ( így természetesen a belső energiáját is változtató) test tömege, DT a test hőmérséklet-változása, c pedig a test anyagi meninőségét jellemző fajhő, amely megmutatja, hogy 1 kg –os anyag 1 oC-kal történő hőmérséklet-változásakor mennyivel változik a test belső energiája.
Nagyságát halmazállapot-változásnál a
Q= DEb= L × m
Összefüggéssel határozzuk meg, ahol m a halmazállapotát változtató test tömege, L pedig az halmazállapot-változásnál a test anyagi minőségét jellemzi. Ez azt mutatja meg, hogy 1 kg anyag halmazállapot-változásakor mennyivel változik a test belső energiája.
4. Halmazállapotok, halmazállapot-változások
a. Normál körülmények között a testek három halmazállapotban fordulnak elő, mégpedig folyékony, szilárd és légneműbe. A különböző halmazállapotokban mások a testek fizikai tulajdonságai pl, térfogatállandóságuk, összenyomhatóságuk, alakállandóságuk, diffúziójuk stb.
b. Halmazállapot-változáskor a testek egyik halmazállapotból egy másikba kerülnek, ekkor belső energiájukat a DEb= L × m képlettel tudjuk meghatározni, hőmérsékletük viszont nem változik. ( A belsőenergia-változás a részecskék közötti kölcsönhatások megváltozásával magyarázható).
Olvadáskor , párolgáskor, forráskor, szublimáció ( Ekkor a szilárd állapotból egyből légneműbe kerül a test) esetén a test belső energiájának nőni kell. Lecsapódáskor, fagyáskor, kondenzációnál a belső energia csökken.
(Vizsgáljuk meg az alábbi grafikont, amit fázisdiagramnak hívnak. Itt a víz három halmazállapotát tüntették fel, a nyomás és a hőmérséklet függvényében. A halmazállapot- változásnál elérhetők azok az állapotok, amikor adott nyomáson és hőmérsékleten az oda-vissza alakulás ( pl. folyadékból ugyannyi anyag lesz szilárd, mint amennyi szilárdból megolvad) egyensúlyban kerül. Ezt az un. dinamikus egyensúlyi állapotot szemléltetik a diagramon látható 3 görbe.
Ha a nyomást vagy a hőmérsékletet megváltoztatjuk, ez az egyensúly megszűnik, minek következtében az anyag valamelyik halmazállapotába megy át. Ha pl. az ábrán látható O pontból kiindulva a hőmérsékletet növelem, a nyomást nem változtatom, a test légneművé válik.( A pont). Ha ugyancsak az O pontban jelzett állapotból ( hőmérséklet-nyomást értékpárból) kiindulva a nyomást növelem, a hőmérsékletet viszonyt nem változtatom, akkor az anyag folyékony halmazállapotúvá válik (B pont).
A görbén H-val jelzett pontban ( un. hármaspontban)mind a három halmazállapot egyensúlyban van. Ez víznél 0,01oC-on és 610 Pa nyomáson következik be.)
5. Állapotváltozások
a. értelmezése azok a folyamatok, amelynek során a testek legalább egyik állapothatározója ( pl hőmérséklete, nyomása, térfogata) megváltozik. Ide tartoznak az előbb tárgyalt halmazállapot-változások, de a hőtágulások is. Felsorolás!!!!!!!!!
b. Gázok állapotváltozásai Egyesített gáztörvény
Adott tömegű gáz esetén
p1×V1/T1 = p2 ×V2/T2
Számításoknál legtöbbször ezt használjuk.(Ha a gáz tömeg 1 mól, a hőmérséklete 273 K, nyomása 100 000 Pa , p×V/T = 8,31 J/mol.K, amely értéket univerzális gázállandónak hívunk és R-rel jelölünk. Az egyesített gáztörvény ekkor p×V= R×T formájában is megadható. Ha n mól a gáz anyagmennyisége a képlet
p×V= n×R×T
formájú.) Ezzel a kélplettel kell kezdeni!!!!!!!!!!!!4