11. Energia olomuodon muutoksissa Flashcards
Kerro olomuodonmuutoksista.
Aine voi esiintyä kiinteässä olomuodossa, nesteenä tai kaasuna. Aineen olomuotoon vaikuttaa olosuhteet, esim. lämpötila ja paine.
Kun kiinteän aineen lämpötila nousee sulamispisteeseen, aineen olomuoto muuttuu nesteeksi, eli aine sulaa. Jos nesteen lämpötila puolestaan laskee sulamispisteeseen, aine jähmettyy kiinteäksi.
Kun nesteen lämpötila nousee kiehumispisteeseen, aineen olomuoto muuttuu kaasuksi, eli se höyrystyy. Jos taas kaasun lämpötila laskee kiehumispisteeseen, aine tiivistyy nesteeksi.
Lämpötilan noustessa aine voi myös sublimoitua, eli sen olomuoto voi muuttua suoraan kiinteästä aineesta kaasuksi (esim. kuivajää eli kiinteä hiilidioksidi). Lämpötilan laskiessa aine voi puolestaan härmistyä, eli sen olomuoto voi muuttua suoraan kaasusta kiinteäksi aineeksi (esim. lyhtypylväiden ja puiden kuura)
Miten aineen olomuodon muutos tapahtuu?
Kun aineeseen tuodaan energiaa, aineen rakenneosasten lämpöliike lisääntyy, jolloin aineen sisäenergia kasvaa. Tällöin aineen rakenneosasten keskimääräinen liike-energia lisääntyy ja aineen lämpötila nousee. Kun aineen lämpötila nousee sulamis- tai kiehumispisteeseen, sisäenergian kasvu muuttaa aineen rakenneosasten välisiin sidoksiin liittyvää potentiaalienergiaa, jolloin aineen olomuoto muuttuu. Olomuodon muutoksessa aineen lämpötila pysyy vakiona, sillä kaikki aineeseen tuotu energia menee olomuodon muutokseen, ellei sen paine muutu.
Miten sumua muodostuu?
Sumua muodostuu, kun ilmassa oleva näkymätön kaasumainen vesihöyry tiivistyy hyvin pieniksi, halkaisijaltaan noin 0,01 mm kokoisiksi, ilmassa leijuviksi nestepisaroiksi.
Mitkä asiat vaikuttavat sulamiseen tarvittavaan energiaan?
Mitä ominaissulamislämpö tarkoittaa?
Miten lasketaan sulamisessa sitoutuvan tai jähmettymisessä vapautuvan lämmön määrä?
Sulamiseen tarvittavaan energiaan vaikuttavat aineen massa sekä se, mitä ainetta sulatetaan. Sulamisessa sitoutuu energiaa ja jähmettymisessä energiaa vapautuu sama määrä.
Ominaissulamislämpö kertoo, kuinka paljon energiaa sulamisen aikana sitoutuu yhteen kilogrammaan ainetta. Sen kirjaintunnus on s ja yksikkö J/kg.
Sulamisessa sitoutuva tai jähmettymisessä vapautuva lämpö:
Q=sm
Mitkä asiat vaikuttavat höyrystymiseen tarvittavaan energiaan?
Mitä ominaishöyrystymislämpö tarkoittaa?
Miten lasketaan höyrystymisessä sitoutuvan tai tiivistymisessä vapautuvan energian määrä?
Höyrystymiseen tarvittavaan energiaan vaikuttaa aineen massa ja se, mitä ainetta höyrystetään. Höyrystyminen sitoo energiaa ja tiivistymisessä energiaa vapautuu sama määrä.
Ominaishöyrystymislämpö kertoo, kuinka paljon energiaa höyrystymisen aikana sitoutuu yhteen kilogrammaan ainetta. Sen kirjaintunnus on r ja yksikkö J/kg.
Höyrystymisessä sitoutuvan tai tiivistymisessä vapautuvan energian määrä lasketaan:
Q=rm
Miten veden olomuodonmuutokset näkyvät luonnossa? (ilmasto, vesisateet lämpötilavaihtelut)
Noin 70% maapallon pinnasta on veden peitossa. Veden kyky sitoa energiaa ja sen olomuodonmuutokset, vaikuttavat erityisesti vesistöjen lähellä olevien alueiden ilmastoon.
Vesi tasoittaa lämpötilanvaihteluita, sillä sen ominaislämpökapasiteetti ja ominaishöyrystymislämpö ovat suuria muihin aineisiin verrattuna.
Ilmakehään siirtyy vettä sublimoitumalla jäästä ja lumesta, sekä höyrystymällä pintavesistä. Näissä olomuodonmuutoksissa sitoutuu suuria määriä energiaa, joka kuljettuu vesihöyryn mukana toisaalle. Korkeammalla ilmakehässä vesihöyry puolestaan tiivistyy pisaroiksi, jolloin vapautuu suuri määrä energiaa. Riittävän suurina pisarat putoavat alas sateena.
Miten lumisateet ja liukkaat kelit liittyvät olomuodonmuutoksiin?
Jos lämpötila on matala, ilmakehässä oleva vesi jähmettyy lumeksi tai jääksi, jolloin taaphtuu olomuodonmuutos. Lumikide kasvaa, kun vesimolekyylejä järjestyy mikroskooppisen pölyhiukkasen tai epäpuhtauden ympärille. Isoja lumihiutaleita syntyy, kun nämä lumikiteet törmäilevät ja tarttuvat kiinni toisiinsa. Vesi sataa maan pinnalle lumena, jos lämpötila on matala myös maanpinnan lähellä.
Joskus olomuodon muutosprosessi ei kuitenkaan käynnisty matalasta lämpötilasta huolimatta. Tällöin taivaalta sataa alijäähtynyttä vettä, eli sellaista nestemäisessä olomuodossa olevaa vettä, jonka lämpötila on alle veden sulamispisteen. Osuessaan tuulilasiin ja tienpintaan, vesi jäätyy ja aiheuttaa vaarallisen liukkaita kelejä.
