Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Termisk energi Kapittel 5 - Coggle Diagram
Termisk energi Kapittel 5
5B Temperatur
Definisjon: Temperatur er et mål på den gjennomsnittlige bevegelsesenergien (termisk energi) til atomene og molekylene i et stoff, altså hvor raskt de vibrerer og beveger seg.
Temperatur - et mål på varme
Høy temperatur: mye bevegelse, partiklene tar mer plass og skaper høyere trykk
Molekyler i gassform har ofte disse egenskapene. De er i brownske bevegelser ("virrevandring"). Da kolliderer molekyler med hverandre, skifter fart og retning hele tiden og beveger seg 0,0005 mm mellom hver kollisjon.
Lav temperatur: lite bevegelse, partiklene tar ikke særlig mye plass, og det skaper lite trykk.
Temperaturskalaer
Enhet: Kelvin, K
0 K = absolutt nullpunkt (ingen partikkelbevegelse i et stoff)
Verdensrommet er runt 3 K (-270 C), og laveste temperatur målt er 1 K (-272 C). Det er den nærmeste verdien vi kjenner til til 0K
0 Celsius = -273,15 K
Denne enheten brukes i fysikken
Celsius: C
Definert ut fra vannets egenskaper, ved 0 grader celsius smelter is, og ved 100 grader celsius fordamper vann.
T = t + t_0
T = Kelvin, t er temperatur i celsius, t_0 er 273,15 K
Gasser
Sammenheng temperatur og energi
HøyT = Høy Ek
k = Boltzmanns konstant. k =
Gjennomsnittsfart til molekylene (fart og masse)
m = masse, v = gjennomsnittsfart
Hva henger sammen:
masse
fart
temperatur
Alle har samme Ek!!
5A Trykk
Trykk = kraft fordelt på et areal
Atmosfære (1 atm for organer)
1 atm = 10 000 km med luftpartikler over oss
Enhet: pascal, Pa
1 Pa = 1 N/m^2
1 bar = 100 000 Pa
1 mbar = 100 Pa
1 atmosfære = 101 325 Pa
Regner mest med kPa (kilo pascal)
Eksempler:
En boks med partikler. Trykk er at partikler presser. I en boks med partikler så vil trykket skapes av at partiklene treffer veggen, og presser på den. Det kan måles.
Presse hånden (bruke en kraft) mot pulten. Da vil vi føle et trykk mot hånden. Bruker vi samme kraft på et mindre areal, for eksempel en fingertupp, føler vi mer trykk.
Tegnestift
Ulike typer trykk
Gasstrykk
Kraften en gass utøver mot en overflate, forsåket av de stadige kollisjonene mellom gassmolekylene og overflaten
Væsketrykk
Trykk som skyldes vekten av væske som presser på noe under seg.
Trykk = væskens tetthet (kg/m^3)
tyngdeakselerasjonen
dybden under overflaten.
Atmosfæretrykk
Trykket som luftpartikler over oss utøver på jordoverflaten. Luftpartikler over oss som presser oss mot jorda. Trykket på jordoverflaten er nesten konstant, uansett om du er inne eller ute.
Definisjon: Trykk er kraft per areal og beskriver hvor konsentrert en kraft virker på en flate.
5C Varme og indre energi
Definisjon varme: Varme er energi som på grunn av temperaturforskjeller blir overført fra et system med èn temperatur, til et annet system med lavere temperatur.
Varme er en form for energioverføring, akkurat som arbeid. Det er energi som går fra et sted til et annet på grunn av forskjeller i temperatur.
Overføres alltid fra høy til lav temperatur
Ordet varme brukes ofte feil i dagliglivet. en ovn har ikke varme, den er ikke varm. Akkurat som et system ikke har arbeid, men den kan utføre et arbeid.
Lov og si: "Det er varmere enn det andre."
Symbol: Varme, Q
Enhet: joule, J
Definisjon indre energi: Den totale energien som finnes i et stoff.
Indre energi (U) = indre kinetisk energi (termisk energi) + indre potensiell energi
Symbol: Indre energi, U
Enhet: joule, J
Indre kinetisk energi
: kalles for termisk energi.
Et uttrykk for temperaturen i et stoff.
Når temperaturen øker i et stoff, øker den termiske energien i stoffet.
Indre potensiell energi
: knyttet til tilstandsform gass, væske, fast stoff eller plasma, og kreftene til molekylene i disse tilstandsformene. Den indre potensielle energien øker fra fast stoff til plasma.
Det tar mer energi for å få fast stoff molekylene til å bevege seg enn molekylene i gass for det beveger seg alt. Lettere å bruke.
Når et stoff skifter tilstandsform holder temperaturen seg konstant, men den indre potensielle energien forandrer seg.
Faseoverganger
Sammenheng: Varme er ikke indre energi. i et system er det indre energi. Men det går varme til eller fra et system. Altså: et system kan motta varme eller avgi varme, men ikke inneholde varme.
Overføring av varme - 3 måter:
Konduksjon/ varmeledning
Konveksjon
Stråling
Konduksjon:
Direkte kontakt mellom molekyler/atomer.
Toastjern
Konveksjon:
ved hjelp av strøm av gass eller væske (pga utvidelse "varm luft lettere enn kald luft".)
Ovn med varmluft
Stråling:
IR-stråling (infrarød stråling) avhengig av temperatur. Ikke fysisk kontakt. Sendes ut av legemer med temperatur under 3600 grader Celsius.
Mikrobølgeovn
5D Varmekapasitet
Spesifikk varmekapasitet: hvor mye energi skal til for å øke temperaturen med 1 grad i 1 kg av stoffet?
Høy varmekapasitet: overfører energi "ikke lett" til/fra omgivelsene. Det holder godt på energien selv, og det tar lang tid å endre temperatur. Havet er et eksempel på det. De er dårlige varmeledere.
Lav varmekapasitet: Overfører energi lett til/fra omgivelsene. De holder dårlig på energien selv, og er derfor gode varmeledere.
Bly, aluminium, vann
Definisjon: Varmekapasitet er et mål på hvor mye energi som må tilføres et objekt for å øke temperaturen med 1 grad.
"Hvor godt/dårlig overfører objektet varme?"
Søppelkasse/ en kjele/ en stein
Termodynamikkens lover
Termodynamikkens 1. lov
Ved alle prosesser i et system er forandringen av den indre energien i systemet lik summen av arbeidet som blir utført på systemet, og varmen som blir tilført systemet.
Størrelsene i formelen skal ha fortegn. Den indre energien øker når DeltaU > 0, og den minker når
DeltaU < 0.
Arbeidet W > 0, når omgivelsene utfører et arbeid på systemet.
Arbeidet W < 0, når systemet utfører et arbeid på omgivelsene.
Varme Q > 0 når systemet mottar varme.
Varme Q < 0 når systemet avgir varme.
Adiabatisk prosess: En gass utvider seg eller blir presset sammen uten at varme blir tilført eller avgitt. Det skjer også en adiabatisk prosess hvis prosessen skjer så fort at det ikke blir tid til noen varmeutveksling med omgivelsene.
Ved en adiabatisk prosess blir termofysikkens første lov forenklet til:
Det forklarer blant annet nedbør ved fjellkjeder.
Termodynamikkens 2. lov
Når energi omformes eller overføres, vil den samlede energikvaliteten alltid synke.
Energikvalitet
Høyverdig
En energiform er høyverdig dersom en stor del av energien kan brukes til nyttig arbeid. Da er det ordnet bevegelse, altså at bevegelsene går i en retning.
Eksempel: Bevegelsesenergi --> bevegelsesenergi går i 1 retning, og derfor kan mye av energien brukes til nyttig arbeid, som er å bevege seg i den ene retningen.
Eksempel: Elektrisk energi --> Elektrisk energi i form av strøm for eksempel i en ledning går også bare i en retning.
Eksempel: Potensiell energi: Vann høyt oppe i et vannmagasin har en potensiell energi nedover i en retning.
Lavverdig
En energiform er lavverdig dersom bare en liten del av energien kan brukes til nyttig arbeid. Da er det uordnet bevegelse, altså at energien går ut i flere retninger.
Eksempel: Termisk energi --> varme går ut i flere retninger, og er derfor lavverdig energi. Det er vanskelig å bruke termisk energi til noe annet en å overføre temperatur.
Når vi omformer eller overfører energi, vil det alltid være noe energi som går over til en mer lavverdig form. Ofte er det i form av varme. Det vil altså aldri være 100% virkningsgrad i energiovegangene. Det betyr at graden av uorden, eller lavverdig energi, i universet stadig øker.
Energimengden i universet er konstant, men den blir mindre tilgjengelig for oss.
Derfor vil for eksempel ikke en perpetuum mobile ha funket, som er en tenkt maskin som kan gå til evig uten energitilførsel, men det strider mot både 1. og 2. lov av terkmodynamikken.
Termodynamikkens 0. lov
En gjenstand som ikke selv kan regulere sin temperatur, vil etterhvert få samme temperatur som omgivelsene.
Termofysikk
Delen av fysikk som handler om temperatur og varme
"Thermos" = varme
Makromodell
Ser på verden slik vi opplever den, "utenfra". Kan måle trykk og temperatur
Det vi ofte jobber med i fysikk
Mikromodell
Ser på hvordan molekyler og atomer beveger seg. Hva er trykk og temperatur egentlig?
Mer komplisert. Skal ikke jobbe mye med
