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.
Lázmérő Folyadékos hőmérő Bimetáll hőmérő Digitális hőmérő Galilei hőmérő
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.
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.
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
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.
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.
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!
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 5 30 0-5 l 0 Δ 00 30 7, 0 álasz: A huzal hossza 7, cm-rel növekszik.
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,6 0 5 0 C Kélet: Δl α l Δ Δl - r 0 0 m αr Δ Számolás:,6 0 0 - l0-5 00 l 0,6 6,5 álasz: A rézrúd eredeti hossza 6,5 m.
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, 09 09 9 Δ Δl α l v 0 álasz: A huzal hőmérséklete 9 C lett.
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% 3,68 0 3 Számolás: 3,68 0 3 00,84 0 5 álasz: A lineáris hőtágulási tényező,84 0-5 / C. Az anyag sárgaréz.
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.
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.
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.
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.
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: 3 3 0 0 dm 0 m Δ víz 0 Δ Számolás: 8 C víz 4 Δ 80,3 8 0-4 6 0 6 Δ 80,6 A víz térfogatváltozása 0,806 dl. 0 3 0,0806
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
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 0 0 40 álasz:,5% C C 0,05 Számolás: Kélet: Δ Δ Δ 40 Δ Δ A folyadék hőtágulási együtthatója 5 0-4 / C anyaga: glicerin. β 0,05 30 0 0 Δ 30 50 30 0 β 4 5 0 0 4
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 ()
Ha a gázt állandó nyomáson melegítjük, térfogata növekszik. A tágulás mértéke függ az eredeti térfogattól, és a hőmérséklet megváltozásától. 0 73 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.
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.
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
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 73 88 5 h 50 88 73 50 73 50 73 90 5 90 4,55 00 50 73 álasz: A tornaterem magassága: 4,55 m.
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 4 0 - m 0 5 Pa Δ Δ A F A r π F A Δ F Δ A,0,0 4 0 50,7 0 0 5 0 5 93 0,838 353 5 0,84 0 4 3,4 0,7 50,7 0 5 0 5 0,7 0 86,3 4 0 5 álasz: A fedelet 86,3 N erővel nyomja rá az üvegre a légnyomás.
Boyle-Mariotte törvény: Az adott tömegű ideális gáz állandó hőmérsékleten történő állaotváltozásakor a gáz térfogata fordítottan arányos a gáz nyomásával. = állandó.
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 00 00 30 h 30 h 00 30 k k 3, Δ
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.
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.
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(778 850) 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).
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
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.
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: 3 5 0 h 0 0 93 83 3,5,035 h 0 0 7,8 álasz: A buborék térfogata a felszínen: 7,8 cm 3.
ége