Lázmérő. Bimetáll hőmérő. Digitális hőmérő. Galilei hőmérő. Folyadékos hőmérő

Átírás

1

2 A hőmérséklet mérésére hőmérőt használunk. Alaontok a víz forrásontja és a jég olvadásontja. A két érték különbségét 00 egyenlő részre osztották. A skála egy-egy beosztását ma Celsiusfoknak ( C) nevezzük. A hőmérséklet mindennai életünk természetes kísérője, amit közvetlenül érzékelünk, amikor fázunk vagy megizzadunk. ermikus kölcsönhatás során az érintkező testek hőmérséklete kiegyenlítődik.

3 Lázmérő Folyadékos hőmérő Bimetáll hőmérő Digitális hőmérő Galilei hőmérő

4 Lineáris vagy hosszanti hőtágulásról beszélünk akkor, ha a szilárd test valamely hosszmérete a hőmérséklet növekedése közben növekszik. Egy adott test hosszának megváltozása (Δl) egyenesen arányos a hőmérséklet megváltozásával (Δ); egyenesen arányos a test eredeti hosszával (l 0 ); és függ a test anyagi minőségétől is. A Δl hosszváltozást a következő összefüggéssel számíthatjuk ki: Δl=α l 0 Δ Az α anyagi állandó neve: lineáris hőtágulási tényező. Mértékegysége: / C.

5 Két különböző hőtágulási együtthatóval rendelkező fémet szegecselnek össze. Ilyenkor azonos hőmérsékletváltozás hatására a két fém különböző mértékben tágul. Ezért a bimetallszalag elhajlik. A gyűrű nyílásán a golyó ontosan átfér. Ha a golyót felmelegítjük, kitágul, így már nem fér át a gyűrűn. Ha a gyűrűt is felmelegítjük a rézgolyó ismét átfér, bizonyítva ezzel, hogy a szilárd testek belső üregei melegítés hatására ugyanúgy tágulnak, mintha az üreget is anyag töltené ki.

6 A szilárd testek térfogati, vagy más néven köbös hőtágulásának törvényszerűsége a lineáris hőtágulásához hasonló. Egy adott test térfogatának megváltozása (Δ) egyenesen arányos a hőmérséklet megváltozásával (Δ); egyenesen arányos a test eredeti térfogatával ( 0 ); és függ a test anyagi minőségétől is. A Δ térfogatváltozást a következő összefüggéssel számíthatjuk ki: Δ=β 0 Δ A β anyagi állandó neve: térfogati hőtágulási tényező. Mértékegysége: / C. Az α és a β közötti kacsolat: β=3 α

7 A hidak egyik végét rögzítik, a másik vége gyakran görgőkön nyugszik. Így a híd a hőtágulás következtében nem deformálódik. A síneket régen nem illesztették szorosan egymáshoz. Így védekeztek az ellen, hogy nyáron a nagy melegben kitáguló sínek eldeformálódjanak.

8 A tartóoszlookat úgy kell tervezni, hogy a nyári belógás ne okozzon balesetveszélyt, télen a méret csökkenése miatt felléő feszítőerő ne okozza a vezeték elszakadását, vagy az oszlo kidőlését. Csővezetékek esetén bizonyos szakaszonként U-alakú egységeket (un. lírákat) alakítanak ki a vezetékben a hőtágulás biztosítására.

9 álasz: A fémabroncs melegen kitágul, könnyű ráigazítani a kerékre. Amikor kihűl, az összehúzódó fémabroncs rászorul a kerékre. Kérdés: Mikor kell nagyobb belógást hagyni a villamos távvezetékek szerelésénél: ha a szerelés télen alacsony hőmérsékleten, vagy ha nyári kánikulában történik? álasz: Nyári kánikulában kell nagyobb belógást hagyni a vezeték szerelésénél, hogy télen az összehúzódáskor ne váljék túlságosan feszessé a vezeték, mert ekkor elszakadhat. Kérdés:A szekérkerék készítésénél a fémabroncsot melegen húzzák a bognárok a fából készült kerékre. Magyarázzuk meg, hogy miért!

10 5/ Mennyivel növekszik meg a hossza annak a 00 m hosszúságú alumínium-huzalnak, amelynek a hőmérséklete 5 C -ról 45 C-ra nő meg? (α a =,4 0 5 / C) l Adatok: 0 α a 00 m 5 C 45 C,4 0 5 C Számolás: Kélet: Δ 45 l,4 Δl αa Δ l 0 Δ , 0 álasz: A huzal hossza 7, cm-rel növekszik.

11 5/ Mekkora annak a rézrúdnak a hossza, amelyik 00 C hőmérséklet-emelkedéskor 0 mm-rel lesz hosszabb? (α r =,6 0 5 / C) α Adatok: l 0 mm 00 C r, C Kélet: Δl α l Δ Δl - r 0 0 m αr Δ Számolás:, l l 0,6 6,5 álasz: A rézrúd eredeti hossza 6,5 m.

12 5/3 Egy 0 m hosszúságú vashuzal hőmérséklete 0 C. A huzalt felmelegítve a hossza mm-rel változik meg. Mekkora lett a huzal hőmérséklete? (α v =, 0 5 / C) l Adatok: 0 α l v 0 m mm 0 C, 0 5 C 0-3 m Kélet: Számolás: Δ 0-5, 0 Δl -3 α v 0 0 l 0 Δ Δ 0, Δ Δl α l v 0 álasz: A huzal hőmérséklete 9 C lett.

13 5/4 Egy fémrúd relatív hosszváltozása 0,368% lesz 00 C hőmérséklet-emelkedés során. Mekkora a fém anyagának lineáris hőtágulási tényezője? Milyen anyagból készülhetett a rúd? Adatok: Kélet: Δl α v l 0 Δ α Δl l 0 Δ l l 0 00 C 0,368% 3, Számolás: 3, , álasz: A lineáris hőtágulási tényező, / C. Az anyag sárgaréz.

14 A folyadékok is tágulnak a hőmérséklet változásával. De itt lineáris hőtágulásról nem beszélhetünk, mivel nincs önálló alakjuk. A folyadékok tágulása nagyon hasonló a szilárd testek térfogati hőtágulásához. Egy adott folyadék térfogatának megváltozása (Δ) egyenesen arányos a hőmérséklet megváltozásával (Δ); egyenesen arányos a folyadék eredeti térfogatával ( 0 ); és függ a folyadék anyagi minőségétől is. A Δ térfogatváltozást a következő összefüggéssel számíthatjuk ki: Δ=β 0 Δ A β anyagi állandó neve: térfogati hőtágulási tényező. Mértékegysége: / C.

15 A víz eltérően viselkedik a többi folyadékhoz kéest, melegítéskor 0 C-tól 4 C-ig a térfogata csökken, és csak további hőmérsékletnövekedéskor tágul közelítőleg egyenletesen. A víz sűrűsége 0 C-tól 4 C-ig növekszik, majd 4 C után mindvégig csökken. Ezért a víz sűrűsége 4 C hőmérsékleten a legnagyobb, ez lesz legalul. A leghidegebb vízréteg a felszínen van, itt indul meg a jégkéződés. A jég jó hőszigetelése révén a jég alatti víz további hűlése megszűnik, ezért a tavak, folyók télen nem fagynak be teljesen.

16 Kérdés: Hogyan kell megválasztani folyadékos hőmérő készítésekor a folyadéktartály térfogatát és az ahhoz csatlakozó cső keresztmetszetét, hogy minél ontosabban tudjunk hőmérsékletet mérni? álasz: A folyadéktartály térfogatát válasszuk nagyra, és a cső keresztmetszetét kicsire. Így megnöveljük az egységnyi hőmérsékletváltozáshoz tartozó hosszúságváltozást, ami lehetővé teszi a ontosabb leolvasást. Kérdés:A folyadékos hőmérőben általában nem használnak vizet. ajon miért? álasz: Mivel a víz a 0 C - 4 C tartományban rendellenesen viselkednek, nem lenne egyértelmű a hőmérő skálabeosztása. 0 C alatt a víz megfagyna és tönkretenné a műszert.

17 Kérdés: Miért fektetik a vízvezeték csöveit legalább 80 cm-re a föld felszíne alá? álasz: A taasztalatok szerint hazánkban 80 cm alatti mélységben a talajban lévő víz már nem fagy meg, így a vízvezetékcsöveket nem reesztheti szét. Kérdés:Hogyan fagynának be télen a tavak és a folyók, ha a víz tágulása 0 C-tól egyenletes növekedést mutatna? álasz: A legsűrűbb a 0 C-os víz lenne, amely a folyók és tavak alján helyezkedne el, így a fagyás a tavak és folyók aljától felfelé történne, ezért a jég nem lenne felülről hőszigetelő, és így a víz teljesen befagyna.

18 8/ Mekkora 0 liter, 8 C hőmérsékletű víz térfogatváltozása, ha 80 C hőmérsékletre melegítjük fel? (β víz =,3 0 4 / C) Adatok: 80,3 C 0 C álasz: Kélet: dm 0 m Δ víz 0 Δ Számolás: 8 C víz 4 Δ 80, Δ 80,6 A víz térfogatváltozása 0,806 dl ,0806

19 8/3 A szobahőmérsékletű (8 C) higany térfogata 300 cm 3. Mekkora hőmérsékleten lesz a higany térfogata %-kal nagyobb? (β Hg =,8 0 4 / C) Adatok: Δ 0 0 Hg 300 cm 8 % C,8 3 álasz: 0,0 0 4 C Kélet: Számolás: Δ Δ 0,0 8 β Hg Δ,8 0 0,5 Δ 4 8,5 Δ 00,8 Δ 0,5 A higany térfogata 8,5 C hőmérsékleten lesz %-kal nagyobb. 0 0 β Hg

20 8/4 Egy ismeretlen folyadékot 0 C-ról 40 C-ra melegítettünk, eközben térfogata,5%-kal növekedett. Mekkora a folyadék hőtágulási együtthatója? Mi lehetett a folyadék? Adatok: Δ álasz:,5% C C 0,05 Számolás: Kélet: Δ Δ Δ 40 Δ Δ A folyadék hőtágulási együtthatója / C anyaga: glicerin. β 0, Δ β

21

22 A gázok melegedése nem feltétlenül jár együtt a gáz tágulásával. Ha adott mennyiségű és térfogatú gáz belsejében mindenhol ugyanakkora a nyomás és a hőmérséklet értéke, akkor a gáz egyensúlyi állaotban van. A gázok egyensúlyi állaotát bizonyos mérhető mennyiségek egyértelműen meghatározzák. Az ilyen mennyiségeket állaothatározóknak nevezzük. A gázok állaothatározói: nyomás () térfogat () hőmérséklet ()

23 Ha a gázt állandó nyomáson melegítjük, térfogata növekszik. A tágulás mértéke függ az eredeti térfogattól, és a hőmérséklet megváltozásától A hőtágulási együttható gázoknál csak kevéssé függ az anyagi minőségtől. Azt a valóságban nem létező gázt, amelynek hőtágulási együtthatója ontosan =/73 / C ideális gáznak nevezzük.

24 Gay-Lussac I. törvénye: Az adott tömegű ideális gáz állandó nyomáson történő állaotváltozásakor a gáz térfogata egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével. / = állandó. Gay-Lussac II. törvénye: Az adott tömegű ideális gáz állandó térfogaton történő állaotváltozáskor a gáz nyomása egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével. / = állandó.

25 A Kelvin-skálán mért hőmérsékletet abszolút hőmérsékletnek nevezzük. Jele: K. A hőmérséklet értékét úgy számítjuk át kelvinbe, hogy a Celsius-fokban mért hőmérséklethez 73-at hozzáadunk. t 73K Lord Kelvin (84 907) t 73 C

26 4/ Egy tornaterem levegőjének hőmérséklete 0 C. A terem 5 C-ra való felfűtése során a nyílászárókon távozó levegő térfogata 50 m 3. Mekkora a tornaterem magassága, ha az alaterülete 00 m? Adatok: Δ A 50 m 00 m 3 0 C 73 K 5 C 88 K Kélet: h A Számolás: Δ h , álasz: A tornaterem magassága: 4,55 m.

27 6/ Egy befőttesüveget melegen, légmentesen zárunk le kör alakú, 8 cm átmérőjű fedéllel. Ekkor a bezárt levegő hőmérséklete 80 C. A légnyomás állandó értéke 0 kpa. Mekkora erővel nyomódik rá a fedél az üvegre, ha a befőttesüveg kihűl, és a belső hőmérséklet 0 C-ra csökken le? Adatok: Kélet: Számolás: d r 0 kpa,0 80 C 353 K 0 C 93 K 8 cm 4 cm m 0 5 Pa Δ Δ A F A r π F A Δ F Δ A,0, , , , ,4 0,7 50, ,7 0 86, álasz: A fedelet 86,3 N erővel nyomja rá az üvegre a légnyomás.

28 Boyle-Mariotte törvény: Az adott tömegű ideális gáz állandó hőmérsékleten történő állaotváltozásakor a gáz térfogata fordítottan arányos a gáz nyomásával. = állandó.

29 9/ Egy kerékártömlő szelee 30 kpa túlnyomás hatására nyílik meg. Pumáláskor a uma dugattyúja a levegő összeréselése kezdetén a henger aljától 30 cm-re van. Hol áll a dugattyú, amikor az összenyomott levegő kezd beáramlani a szeleen keresztül a tömlőbe? A külső légnyomás: k = 00 kpa. Adatok: Δ h k 30 cm 00 kpa álasz: 30 kpa Kélet: h h Számolás: A h h h A dugattyú 3, cm-re van a henger aljától, amikor a szele megnyílik. 30 A h h 30 h k k 3, Δ

30 Kérdés: Miért nehéz lecsavarni a befőttesüveg fedelét, ha melegen zárták le (légmentesen)? Hogyan segíthetünk ezen? álasz: Lehűléskor a befőttesüvegbe zárt levegő nyomása lecsökken, az így kialakult nyomáskülönbség miatt a külső légnyomás a fedelet az üvegre szorítja. Ezt a nyomáskülönbséget kell megszüntetni. agy forró vizet engedünk az üvegre, vagy levegőt engedünk az üvegbe.

31 Kérdés: Mi történik a szoba levegőjének egy részével, ha a szobában befűtünk? Mi történik a szoba levegőjének lehűlésekor? álasz: Fűtéskor a szoba levegőjének egy része a szabadba távozik, lehűléskor edig a szabadból levegő jut a szobába (ezt a jelenséget nevezik természetes szellőzésnek). Kérdés:Miért oros a radiátorok fölött a szoba mennyezete? Hogyan akadályozhatjuk meg a beorosodást? álasz: A radiátor feletti levegő kitágul és felfelé áramlik, így a légáramlattal a levegőben lévő or a mennyezetre jut, ahol megtaad. A radiátorra helyezett üveglaal megakadályozhatjuk a felfelé szálló légáramlatot.

32 Robert Boyle (67 69) Kitűnő légszivattyút szerkesztett (659-ben). Elsőként fedezte fel, illetve ublikálta (66-ben), hogy a gázok térfogata fordítottan arányos a rájuk ható nyomással. Edme Mariotte (60-684) francia fizikus és növényfiziológus; Robert Boyle-tól függetlenül fedezte fel azt a törvényt, amely kimondja, hogy a gázok térfogata a nyomásukkal fordított arányban változik. Joseh Louis Gay-Lussac( ) tanulmányozta a gázok és gőzök viselkedését, megalkotta a róla elnevezett gáztörvényeket. Léggömbbel a magasba emelkedett, hogy a Föld mágneses mezejét tanulmányozza, s hogy elemzés céljából levegőmintákat gyűjtsön. Ezek az elemzések vezették legnagyobb fölfedezésére, a róla elnevezett gáztörvények megfogalmazására (808).

33 Az egyesített gáztörvényhez a három egyszerű gáztörvény egyesítésével jutunk el. Egyesített gáztörvény: Az adott tömegű ideális gáz tetszőleges állaotváltozása során a gáz térfogatának és nyomásának szorzata egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével. állandó

34 állandó Hogyan lehetne ezt az állandót meghatározni? Kémiából tudjuk, hogy a normál állaotú mol anyagmennyiségű ideális gáz térfogata: =,44 liter. R 035 Pa 0,044 73,5 K m 3 8,34 J mol K Az ideális gáz állaotegyenlete: =n R ahol n az anyagmennyiség molban kifejezve (n=m/m) és R az univerzális gázállandó.

35 33/3 Egy tóban 5 méter mélyen, ahol a hőmérséklet 0 C, egy légbuborék térfogata 3 cm 3. Mekkora a légbuborék térfogata, amikor feljön a felszínre, ahol a víz hőmérséklete 0 C? (A 0 m magas vízoszlo nyomása megegyezik a külső légnyomás 0 = 00 kpa értékével.) Adatok: h 5 m 0 0 3cm 0 C C 3 83 K 93 K Kélet: Számolás: h ,5,035 h 0 0 7,8 álasz: A buborék térfogata a felszínen: 7,8 cm 3.

36 ége