Przemiany energii w zjawiskach cieplnych.doc

(49 KB) Pobierz
FIZYKA 2

FIZYKA 2

PRZEMIANY ENERGII W ZJAWISKACH CIEPLNYCH

 

 

I ENERGIA WEWNĘTRZNA CIAŁA I JEJ ZMIANA PRZEZ WYKONANIE PROCY

 

         Wzrost średniej energii kinetycznej chaotycznego ruchu cząsteczek ciała objawia się wzrostem jego temperatury;

         Najważniejsze składniki energii wewnętrznej Ew ciała to:

- energia kinetyczna chaotycznie poruszających się cząsteczek;

- energia potencjalna, która wynika ze wzajemnego oddziaływania siłami międzycząsteczkowymi;

         Energię wewnętrzną ciała możemy zwiększyć, wykonując pracę W np. przy pokonywaniu tarcia:

∆ Ew = W                            Energia wewnętrzna = praca

(pocieranie termometru, wiertnie w drewnie, pocieranie wzajemnie o siebie rąk)

         Ze przemianą energii wewnętrznej na pracę spotykamy się np. w silnikach samochodowych, jednak część energii wewnętrznej idzie na straty i praca jest wykonywana jedynie w kilkunastu procentach;

 

 

II CIEPLNY PRZEPŁYW ENERGII – PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI

 

         Innym sposobem zmiany energii wewnętrznej ciała, poza wykonywaniem pracy, jest przekazywanie ciepła Q ciału o niższej temperaturze przez ciało o temperaturze wyższej

∆ Ew = Q                            Zmiana energii wewnętrznej = ciepło

(kuleczki plasteliny umieszczone na metalowym pręcie, ogrzewane z końca pręta)

         Pierwsza zasada termodynamiki informuje nas o tym, jak można zmienić energię wewnętrzną ciała i czemu jest równa ta zmiana:

∆ Ew = W + Q

W – wykonana praca

Q – wymienione ciepło

 

         < metalowa łyżeczka w ciepłej herbacie szybko się nagrzewa, a plastikowa nie; próżnia w termosie uniemożliwia wydostanie się ciepła i zimna = przewodnictwo; nowoczesne podwójne szyby, które nie wypuszczają ciepła gdyż znajduje się między nimi rozrzedzony gaz; w pokoju odbywa się wędrówka prądów powietrza – ciepłe unosi się w górę, a na jego miejsce wchodzi zimne które też się ogrzewa = konwokacja; kuchenki mikrofalowe = promieniowanie >

 

 

III CIAŁA POD WPŁYWEM WZROSTU TEMPERATURY ROZSZERZAJĄ SIĘ

 

Doświadczenia:

         Ogrzewanie metalowej kulki i przeciskanie jej przez pierścień Gravesanda:

- zimna kulka przechodzi przez większy otwór, a przez mniejszy nie

- ogrzana kulka nie przechodzi przez żaden otwór

- schłodzona kulka znów przechodzi tylko przez większy otwór

- przez ogrzany mniejszy otwór przechodzi kulka

- przez chłodzony mniejszy otwór nie przechodzi kulka

         Ogrzewanie wody w kolbie z rurką:

- woda zimna – jej poziom znajduje się tuż pod korkiem

- po ogrzaniu woda wypełnia rurkę a nawet się z niej wylewa

- po schłodzeniu w zimnej wodzie, poziom wody w kolbie znów się obniża

         Ogrzewanie powietrza w probówce, z rurką odprowadzającą do naczynia z wodą:

- zimna probówka – brak pęcherzyków powietrza w wodzie

- po ogrzaniu probówki pojawiają się pęcherzyki powietrza

 

Wnioski:

         Wszystkie substancje ze wzrostem temperatury powiększają swoją objętość.

         Wykonane z różnych substancji, ciała o jednakowych objętościach, ogrzane o tę samą liczbę stopni, rozszerzają się niejednakowo

         Wyjątek stanowi woda w zakresie od 0°C do +4°C (zbiorniki wody = anomalna temperatura wody = na dnie jest największa objętość a największa gęstość)

 

Zastosowanie:

         Ciała stałe a linie wysokiego napięcia (latem zwisają a zimą są napięte), szyny na torach (latem się powiększają i dlatego muszą być między nimi odstępy) = zwiększenie długości, szerokości i wysokości

         Ciecze a gotowanie ciepłych potraw, termometry

         Gazy – loty balonem

- Połączenie ze sobą dwóch pasków z różnych metali, z których jeden bardziej się rozszerza pod wpływem ciepła, a drugi mniej, powoduje wygięcie paska = taśma bimetalowa;

 

 

IV CIEPŁO WŁAŚCIWE

 

         Ciepło właściwe (c) informuje o tym ile ciepła (energii) należy dostarczyć do 1kg substancji, aby ogrzać ją o 1°C (K).

- Oziębianie ciała – spadek temperatury – odbieranie ciepła (energii)

- Ogrzewanie ciała – wzrost temperatury – dostarczanie ciepła (energii)

         Q ~ ∆T * m              Dostarczanie ciepła (jest wprost proporcjonalne do) zmiana temperatury * masa

         c = Q / ∆T * m              [c] = [J / kg * °C]

Ciepło właściwe = dostarczanie ciepła / masę * zmiana temperatury

         Q = m * c * ∆T              Dostarczone ciepło = masa * ciepło właściwe * zmiana temperatury

         Każda substancja ma inne ciepło właściwe

         Ciepło właściwe wody wynosi 4200 [J/kg*`C)

 

32     ZADANIA:

1. Ile energii trzeba dostarczyć, aby ogrzać szklankę wody (m=250g) od temp. 2O`C do 50`c?

∆t = 50`C – 20`C              = 30`C = 30K

m = 250g = 0,25kg

c H2O = 4200 [J/kg*`C]

Q = c * m * ∆t = 4200 [J/kg*K] * 0,25 [kg] * 30 [K] = 31500 [J]

2. Ile energii należy dostarczyć, aby ogrzać 0,5l wody od temp. 20`C do 80`C?

∆t = 80`C – 20`C = 60`C

m = 0,5 kg

c H2O = 4200 [J/kg*`C]

Q = c * m * ∆t = 4200 [J/kg*K] * 0,5 [kg] * 60 [`C] = 126000 [J] = 126 [kJ]

3. Ile wynosi cieplny przepływ energii, przy ogrzewaniu masy 1kg wody od temp. 20`C do 40`C?

∆t = 40`C – 20`C = 20`C

m = 1 kg

c H2O = 4200 [J/kg*`C]

Q = c * m * ∆t = 4200 [J/kg*K] * 1 [kg] * 20 [`C] = 84000 [J] = 84 [kJ]

 

 

V-VI TOPNIENIE I KRZEPNIĘCIE, PAROWANIE I SKRAPLANIA, RESUBLIMACJA I SUBLIMACJA

 

         Topnienie to przejście ze stanu stałego w stan ciekły

Ciepło topnienia (Ct) informuje jaką ilość energii (ciepła) należy dostarczyć ciału o masie 1kg, aby bez zmiany temperatury, całkowicie ciało stopić;

Ct = O / m [J / kg]                            Q = Ct * m

(lód z wodą w szklance – zaczęło się ogrzewać dopiero po całkowitym stopnieniu lodu, łyżeczka położona na lodach; podczas topnienia wosku, temp. wzrasta)

 

         Krzepnięcie to przejście ze stanu ciekłego w stan stały

Ciepło krzepnięcia (Ck) informuje jaką ilość energii (ciepła) należy odebrać cieczy o masie 1kg, aby bez zmiany temperatury, zakrzepła;

Ck = O / m [J / kg]                            Q = Ct * m                            Ct = CK

(lód z wodą w szklance w lodówce – temp. zaczęła spadać dopiero po całkowitym zakrzepnięciu)

 

         Parowanie to przejście ze stanu ciekłego w stan gazowy

Ciepło parowania (Cp) informuje jaką ilość energii (ciepła) należy dostarczyć cieczy o masie 1kg, aby bez zmiany temperatury, wyparowała;

Cp = O / m [J / kg]                            Q = Ct * m

(temperatura wrzącej wody pozostaje taka sama; parowanie zachodzi w każdej temperaturze)

 

         Skraplanie to przejście ze stanu gazowego w stan ciekły

Ciepło skraplania (Cs) informuje jaką ilość energii (ciepła) należy odebrać od gazu o masie 1kg, aby bez zmiany temperatury, całkowicie się skroplił;

Cs = O / m [J / kg]                            Q = Ct * m                            Cp = Cs

 

         Sublimacja to bezpośrednie przejście ze stanu stałego w stan lotny

(kostki zapachowe w WC, naftalina tzn. kule na mole, mokra bielizna na mrozie)

 

         Resublimacja to bezpośrednie przejście ze stanu gazowego w stan stały

(szron na drzewach – para wodna zamarzła)

 

Zgłoś jeśli naruszono regulamin