21:41 

Lämpö

~Bertta~
Eiliseksi kurssikerraksi fysiikan 48 tehtävästä en ehtinyt tehdä 10, enkä sitten myöskään tehnyt kemiaa. Nämä jää rästiin ensi kerraksi muiden fysiikan 29 laskun ja kemian 15 laskun lisäksi.

Tiistai 4.12
Tänään kertailin viime viikon fysiikan asiat, jotka käsittelee koko FY2 Lämpö kurssia.
Fysikaalisissa prosesseissa energia ei häviä eikä synny tyhjästä, vaan se säilyy. Energia muuttaa muotoaan potentiaalienergiasta (Ep=mgh) liike-energiaksi (Ek=1/2mv^2) ja toistepäin. Energia voi myös muuttua lämpöenergiaksi eli huonontua. Energiaa voidaan saada systeemiin lisää tekemällä siihen työtä. Jos systeemi tekee työtä, energia lopussa on pienempi kuin energia alussa. Työ on W=Fs ja sen yksikkö on Nm eli J (joule). Työn tehokkuutta kuvataan teholla P=W/t, joka on tehty työ jouleissa per työhön kulunut aika sekunneissa. Koneille, jotka tekee työtä, voidaan laskea hyötysuhde = koneen antama teho / koneen ottama teho. Hyötysuhde voi olla nollan ja yhden välillä, mutta ei ikinä yksi, koska silloin olisi kyseessä ikiliikkuja. Kitkan tekemä työ on W= Fkitka x s. Jouselle voidaan laskea jousivoima F=-kx, ja voiman tekemä työ W=1/2kx^2.
Paine on vaikuttava voima pinta-alaa kohden p=F/A ja paineen yksikkö on Pa pascal. Paineen yksikkönä voidaan käyttää myös bar baaria, mikä on 100 000 Pa. Nesteessä paine leviää tasaisesti kaikkialle. Tätä käytetään hyväksi hydraulisessa nosturissa. Hydraulisen nosturin voimien ja pinta-alojen laskukaava on F1/A1=F2/A2. Koska nosturin eri päissä on eri pinta-ala, mäntää saadaan liikkumaan pienemmällä voimalla. Vedessä tietyllä syvyydellä vallitsee hydrostaattinen paine p=tiheys x h x g, joka johtuu kappaleen yläpuolella olevan vesipatsaan aiheuttamasta paineesta. Kokonaispaine tietyllä syvyydellä on ilmanpaine 101325 Pa + hydrostaattinen paine. Nesteessä samalla syvyydellä on sama hydrostaattinen paine. Tätä voidaan soveltaa esimerkiksi U-putkissa. Nesteessä olevaan kappaleeseen vaikuttaa noste N=tiheys x V x g. Nosteen suuruus riippuu nesteen tiheydestä ja kappaleen syrjäyttämän nesteen määrästä. Jos noste on yhtä suuri kuin kappaleen paino, kappale kelluu. Jos noste on suurempi, kappale nousee kokonaan pintaan, ja jos noste on pienempi kuin kappaleen paino, kappale uppoaa.
Lukion tasolla kaasujen oletetaan olevan ideaalikaasuja. Kylläinen höyry ei ole ideaalikaasu. Ideaalikaasulaskuja voidaan laskea kaavalla (p1V1)/T1=(p2V2)/T2. Eri tilanteissa voi olla vakiona paine (isobaarinen), lämpötila (isoterminen) tai tilavuus (isokoorinen). NTP-olosuhteissa (paine on normaali-ilmanpaine ja lämpötila 273,15K) kaasuihin voidaan soveltaa kaavaa pV=nRT. Näissä olosuhteissa voidaan laskea kaasun tilavuus kaavasta n=N/N0, jossa N on Avogadron vakio ja N0 on moolinen kaasuvakio. Daltonin lain mukaan eristetyn systeemin kokonaispaine on osapaineiden summa, kuten myös kokonaistiheys on osatiheyksien summa. Faasikaaviossa on sublimoitumis-, sulamis- ja kiehumispistekäyrät T,p koordinaatistossa. Faasikaaviossa kolmoispiste kuvaa tilannetta, jossa kolme olomuotoa ovat tasapainossa. Kriittinen piste kuvaa lämpötilaa, jonka yli mentäessä höyry ei enää nesteydy nostamalla painetta. Yli kriittisessä pisteessä höyryä sanotaan kaasuksi.
Kiinteät kappaleet laajenee lämmetessä. Voidaan laskea pituuden, pinta-alan tai tilavuuden lämpölaajenemista. Pituuden lämpölaajenemiskertoimet alfa ovat aineille ominaisia. Pinta-alan kerroin beeta = 2 alfa ja tilavuuden kerroin gamma = 3 alfa. Pituuden lämpölaajeneminen lasketaan kaavasta muutos l = kerroin x alkuperäispituus x lämpötilan muutos.
Lämpöopissa sääntönä on, että systeemin energia ei häviä eikä synny tyhjästä. Kun eristetyssä systeemissä on kaksi erilämpöistä kappaletta, kylmempi kappale vastaanottaa sen lämpömäärän minkä lämpimämpi luovuttaa. Lämpötilaerot pyrkivät aina tasaantumaan. Kappaleella on ominaislämpöarvo C, jolla laskettuna lämpömäärä Q= C x muutos T. Aineelle ominainen on ominaislämpökapasiteetti, jolla laskettuna lämpömäärä Q=c x m x muutos T. Kappaleen sulattamiseen tarvittava lämpömäärä lasketaan kaavasta Q=sm, joka myös vastaa lämpömäärää, joka vapautuu kun kappale jähmettyy. Nesteen höyrystämiseen tarvittava lämpömäärä Q=rm, joka myös vapautuu kun kappale tiivistyy nesteeksi.
Polttoaineen polttamisessa vapautuva lämpömäärä lasketaan kaavasta Q=Hm, missä H=aineen lämpöarvo. Systeemin sisäenergian muutos = Q + W eli lämpömäärä plus systeemiin tehty työ. Jos systeemi tekee työtä, W on negatiivinen. Jos sisäenergian muutos on negatiivinen, systeemistä poistuu lämpöä.
Termodynaaminen kone voi olla lämpövoimakone tai jäähdytyskone/lämpöpumppu. Lämpövoimakone muuttaa lämpöä työksi. Kone ottaa lämpöä kuumasäiliöstä, muuttaa osan työksi ja luovuttaa loput kylmäsäiliöön (T1 -> T2). Lämpövoimakoneelle voidaan laskea hyötysuhde ja ideaalinen hyötysuhde. Jäähdytyskone ja lämpöpumppu siirtää lämpöä alemmasta lämpötilasta ylempään (T2 -> T1). Jakson aikana se ottaa lämpömäärän Q2 kylmäsäiliöstä, ja siirtää sen työn avulla kuumasäiliöön. Jäähdytyskoneen suorituskyky lasketaan jakamalla otettu lämpömäärä T2 työllä. Lämpöpumpulle lasketaan suorituskyky jakamalla luovutettu lämpömäärä Q1 työllä. Koneelle voidaan laskean maksimaalinen suorituskyky säiliöiden lämpötilojen avulla.

@темы: fysiikka

URL
   

Oppimispäiväkirja

главная