Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei



Hasonló dokumentumok
Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Gázrészecskék energiája: Minél gyorsabban mozognak a részecskék, annál nagyobb a mozgási energiájuk. A gáz hőmérséklete egyenesen arányos a

Termodinamika. Belső energia

Hőtan I. főtétele tesztek

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, hőmennyiség, fajhő, égéshő, belső energia, hőtan I. és II. főtétele, hőterjedés, hőtágulás Hőmérséklet Az anyagok

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Termodinamika (Hőtan)

Munka, energia, teljesítmény

Munka, energia, teljesítmény

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Termodinamika. 1. rész

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Hőtan főtételei. (vázlat)

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

A hőtan fő törvényei, fő tételei I. főtétel A tárgyak, testek belső energiáját két módon lehet változtatni: Termikus kölcsönhatással (hőátadás, vagy

Digitális tananyag a fizika tanításához

Hőtágulás - szilárd és folyékony anyagoknál

Hőtan 2. feladatok és megoldások

gáznál = 32, CO 2 gáznál 1+1=2, O 2 gáznál = 44)

HŐTAN. Az anyagok melegségének mérésére hőmérsékleti skálákat találtak ki:

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői, állapotváltozásai Hőmérséklet Az anyagok melegségének

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

gáznál = 32, CO 2 gáznál 1+1=2, O 2 gáznál = 44)

Légköri termodinamika

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

71. A lineáris és térfogati hőtágulási tényező közötti összefüggés:

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI. Termodinamika. Név: Azonosító: Helyszám: Munkaidő: 80 perc I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100. Javította: Képzési kódja:

Feladatlap X. osztály

A termodinamika törvényei

Gáztörvények tesztek

Gáztörvények tesztek. 2. Azonos fajtájú ideális gáz különböző mennyiségei töltenek ki két hőszigetelt tartályt. Az egyik

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Fizika minta feladatsor

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

Termokémia. Termokémia Dia 1 /55

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből december 8. Hővezetés, hőterjedés sugárzással

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

TestLine - Fizika hőjelenségek Minta feladatsor

Halmazállapot-változások

Termodinamika. Tóth Mónika

Termodinamikai bevezető

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Mivel foglalkozik a hőtan?

Kérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

Termodinamika. Gázok hőtágulása, gáztörvények. Az anyag gázállapota. Avogadro törvény Hőmérséklet. Tóth Mónika.

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Szabadentalpia nyomásfüggése

Művelettan 3 fejezete

Komplex természettudomány 3.

FIZIKA 10. OSZTÁLY - HŐTAN

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

Csillapított rezgés. a fékező erő miatt a mozgás energiája (mechanikai energia) disszipálódik. kváziperiódikus mozgás

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

DINAMIKA ALAPJAI. Tömeg és az erő

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI

Lemezeshőcserélő mérés

TANMENET Fizika 7. évfolyam

(2006. október) Megoldás:

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. ÉVES ÓRASZÁM: 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz::

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

Munka, energia, teljesítmény

FIZIKA. Ma igazán belemelegszünk! (hőtan) Dr. Seres István

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 20.

Munka- és energiatermelés. Bányai István

Termodinamika. Tóth Mónika

Hajdú Angéla

Bolyai Farkas Országos Fizika Tantárgyverseny 2014 Bolyai Farkas Elméleti Líceum Marosvásárhely X. Osztály. Válaszoljatok a következő kérdésekre:

TestLine - Csefi tesztje-01 Minta feladatsor

100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F

Feladatok gázokhoz. Elméleti kérdések

ELTE Apáczai Csere János Gyakorló Gimnázium és Kollégium Biológia tagozat. Fizika 10. osztály. I. rész: Hőtan. Készítette: Balázs Ádám

TANULÓI KÍSÉRLET (párban végzik-45 perc) Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása

ATMH A: / A: / A: / B: / B: / B: / HŐTAN ÍRÁSBELI RÉSZVIZSGA Munkaidő: 150 perc. Dátum: Tisztelt Vizsgázó! Pontszám: SZ: J.V.: i.j.v.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Newton törvények, lendület, sűrűség

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Műszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok

Megjegyzések (észrevételek) a szabad energia és a szabad entalpia fogalmához

A TERMODINAMIKA I. AXIÓMÁJA. Egyszerű rendszerek egyensúlya. Első észrevétel: egyszerű rendszerekről beszélünk.

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

TERMIKUS KÖLCSÖNHATÁSOK

Munka, energia, teljesítmény

Hőtan Az anyagok belső szerkezete, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, hőterjedés (Ez az összefoglalás tartalmaz utalásokat a tankönyv egyes

FÖL(D)PÖRGETŐK TERMÉSZETTUDOMÁNYOS HÁZI CSAPATVERSENY 2015/ FORDULÓ Téma: Tűz 5 6. évfolyam

Átírás:

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei Ideális gázok részecske-modellje (kinetikus gázmodell) Az ideális gáz apró pontszerű részecskékből áll, amelyek állandó, rendezetlen mozgásban vannak. Rugalmasan ütköznek egymással és a tartály falával. Közöttük más kölcsönhatás (pl. vonzás) nincs. A részecskék között üres tér van. A gáz nyomása a gázrészecskéknek a tartály falába való ütközéséből származó erőhatásból származik. A gáz nyomása akkor nagyobb, - ha nagyobb a gáz sűrűsége (ρ=m/v) (több részecske ütközik a tartály falával) - és nagyobb a részecskék sebessége (v) (nagyobb sebességgel ütköznek a tartály falával) ρ v 2 N m 0 v 2 Képletben kiszámolva: p = = 3 3 V N : részecskék száma, m 0 : 1 részecske tömege v : egy részecske átlagos sebessége, V : a gáz térfogata (a tartály térfogata, amit a gáz kitölt)

A fenti képletből és az állapotegyenletből adódik, hogy: Egy részecske mozgási energiája: m 0 v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1,38 10-23 J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete egyenesen arányos a részecskék átlagos mozgási energiájával. (Nagyobb hőmérsékletű a gáz, ha a részecskék gyorsabban mozognak és nagyobb a mozgási energiájuk.) A gázrészecskék energiája, szabadsági foka ( jele: f ) 1 atomos gázrészecske mozgási energiája 3 koordináta irányú mozgásra bontható, forgási energiája nincs. Szabadsági foka 3 2 atomos gázrészecske (súlyzó alak) mozgási energiája 3 irányú haladó mozgásra és 2 koordináta irányú forgási energiára bontható. Szab. foka 3+2 = 5 3 vagy több atomos gázrészecske mozgási energiája 3 irányú haladó mozgásra és 3 irányú forgási energiára bontható. Szabadsági foka: 3+3= 6

Ekvipartició elve (az energia egyenletes eloszlásának elve) Minden gázrészecske mindegyik szabadsági fokára ½ k T energia jut. Egy gázrészecske energiája: f/2 k T A gáz teljes belső energiája egyenlő = a benne levő részecskék mozgási és forgási energiáinak összegével f f f Képletben: E belső = N k T = n R T = p V 2 2 2 A belső energia változása ( ΔE ) Egy rendszer vagy anyag (akár szilárd, folyékony vagy gáz) energiája kétféle módon változtatható meg: - Hőátadással, hőelvonással (melegítéssel, hűtéssel) ( Q ) - Munkavégzéssel ( W ) (pl. súrlódási munkával, vagy gáz esetén a gáz összenyomásával, vagy a gáz végez munkát, ha kitágul) Ebből adódik a hőtan I. főtétele: Egy rendszer belső energiájának megváltozása egyenlő a rendszerrel közölt hőmennyiség és a rendszeren végzett munka összegével. Képletben: ΔE = Q + W

Kísérlet: Különböző anyagokat (pl. két különböző folyadékot) melegítve megállapítható, hogy azonos idő alatt különböző hőmérsékletre melegednek fel. Tehát különböző anyagoknál ugyanakkora hőmérséklet-változáshoz különböző hőmennyiség szükséges. Képletben: az átadott hőmennyiség: Q = c m ΔT m: az anyag tömege, ΔT: az anyag hőmérsékletének változása c: fajhő, amely az anyagra jellemző állandó, amely megadja, hogy 1 kg anyag 1 C fokkal való felmelegítéséhez mekkora hőmennyiség szükséges. A fajhő mértékegysége: J/(kg C) vagy J/(kg K) pl. a víz fajhője 4200 J/(kg C) Ez nagynak számít, tehát sok hő szükséges ahhoz, hogy a víz hőmérséklete megváltozzon. Kísérlet: vízzel telt lufit gyertyalánggal melegítve a lufi nem ég el, nem lyukad ki, mert a víz belül hűti, és nagyon lassan melegszik fel. Tapasztalat: A tengerek vize lassan melegszik fel és lassan hűl ki. Egyéb gyakorlati példa: radiátor fűtésnél a víz sokáig tartja a meleget Hőkapacitás: C = c m, mértékegysége: J/ C vagy J/K Megadja, hogy az adott tömegű anyag 1 C-al való melegítéséhez mekkora hőmennyiség szükséges. Q = C ΔT

Az I. főtételbe szereplő tágulási munka függ a gáz nyomásától és a gáz kitágulásának nagyságától: W = p ΔV Azért van negatív előjel, mert ha a gáz kitágul, térfogata nő (ΔV pozitív) viszont a belső energiája csökken, tehát a W csökkenti a ΔE-t. Vagyis összegezve: ΔE = Q + W = c m ΔT p ΔV A hőtan I. főtétele az egyes állapotváltozásoknál: Izoterm állapotváltozás: ΔE = 0, mert a hőmérséklet nem változik 0 = Q + W, Q = W Izochor állapotváltozás: ΔV=0, így W=0, mert a térfogat nem változik. Így: ΔE = Q pl. zárt tartály melegítése Izobár állapotváltozás: nem egyszerűsödik a képlet, mert van térfogatváltozás, ezért munka is van, és van hőmérséklet változás, tehát ΔE is. ΔE = Q + W = c m ΔT p ΔV Adiabatikus állapotváltozás: vagy hőszigetelő tartályban van a gáz, vagy olyan gyorsan történik a változás, hogy nincs idő hőcserére. Ezért Q = 0, ΔE = W pl. pumpa gyors összenyomása (felmelegszik a munkavégzés hatására )

Néhány példa a hőtan I. főtételében szereplő hőközlésre és munkavégzésre (hőerőgépek): Benzinmotor: A berobbant levegő-benzin keverék gáz felmelegszik és kitágul, lenyomja a dugattyút, munkát végez. Gázturbina: Az elégett üzemanyag; felmelegedett gáz kitágul és a turbinalapátokra áramlik, és forgatja a turbinát. Ilyen gázturbina hajtja pl. a vadászgépeket. A hőerőgépekre jellemző mennyiség a hatásfok, amely megadja, hogy a felhasznált összes energiamennyiségből hány százalék a hasznosan felhasznált energia. Kísérlet: A felmelegített lombik lehűl, lecsökken a gáz térfogata beszívja a főtt tojást. Fordítva pedig a lombikban melegített levegő kitágul, munkát végez; kinyomja a lombik száján a tojást.

A hőtan II. főtétele A természetben önmaguktól (spontán) lejátszódó folyamatok mindig csak egyirányba mennek végbe. Ezek a folyamatok nem megfordíthatóak (irreverzibilisek). pl. termikus kölcsönhatásban az egyik anyag által leadott hőmennyiség egyenlő a másik anyag által felvett hőmennyiséggel, a hőmérséklet-változás addig tart, amíg a két anyag hőmérséklete kiegyenlítődik. pl. a folyadékba tett cukor, vagy festék szétterjed a folyadékban, amíg egyenletesen elkeveredik. pl. egy teremben kifújt illatosító szétterjed a teremben, amíg egyenletesen szétoszlik. Ezek a folyamatok fordított irányban nem mennek végbe (nem lehet, hogy a hideg anyag tovább hűljön, és a meleg tovább melegedjen, nem lehet, hogy a cukor szilárd anyagként kiváljon a folyadékból,...stb. Elnevezés: Entrópia: A rendezetlenség mértéke. A II. főtétel másképp: A természetes folyamatok iránya mindig olyan, hogy a rendszer entrópiája, rendezetlensége nő.

Kísérlet termikus kölcsönhatásra: Meleg és hideg víz kölcsönhatásának mérése, és grafikonon ábrázolása. A kölcsönhatás addig tart, amíg a hőmérsékletük kiegyenlítődik. Az egyik anyag által leadott hőmennyiség egyenlő a másik anyag által felvett hőmennyiséggel. Q leadott = Q felvett c 1 m 1 ΔT 1 = c 2 m 2 ΔT 2 ΔT 1 : az 1. anyag hőmérsékletváltozása c 1 : az 1. anyag fajhője m 1 : az 1. anyag tömege ΔT 2 : a 2. anyag hőmérséklet-változása c 2 : a 2. anyag fajhője m 2 : a 2. anyag tömege Ha a két anyag azonos (pl. mindkettő víz), és a tömegük is azonos, akkor mindkettő hőmérséklet-változása azonos (ΔT 1 = ΔT 2 ), egyébként nem.