2 Lämpö Flashcards
Lämpötila
on suure, joka kuvaa, kuinka kylmä tai kuuma kohde on
Termodynamiikka
lämpöoppi
Eristetty systeemi
ei vaihda ainetta eikä energiaa ympäristönsä kanssa
Suljettu systeemi
vaihtaa energiaa, muttei ainetta ympäristönsä kanssa
Avoin systeemi
sekä aineen että energian vaihto ympäristön kanssa on mahdollista
Tilanmuuttujat
lämpötila T, paine p, tilavuus V ja ainemäärä n
Tilanmuutos
yhden tilanmuuttujan arvon muuttaminen aiheuttaa ainakin yhden muun tilanmuuttujan arvon muuttumisen
Mikrotason malleilla
selitetään ja ennustetaan makrotason ilmiöt
Sisäenergia
systeemin sisäinen energia, rakenneosien liikkeeseen ja vuorovaikutuksiin liittyvää energiaa
Sisäenergian muutos
on systeemin mikroskooppisten rakenneosien liike- ja potentiaalienergioiden muutosten summa
Lämpö
on kappaleiden lämpötilaerosta aiheutuvaa kuumemmasta kappaleesta kylmempään siirtyvää energiaa
Liike-energia, kineettinen energia
E_k = 1/2 mv^2
Kun nopeus kaksinkertaistuu, liike-energia
nelinkertaistuu
Kun massa kaksinkertaistuu, liike-energia
kaksinkertaistuu
Potentiaalienergia
E_p = mgh
Potentiaalienergian muutos
on positiivinen, kun kappaletta nostetaan ja negatiivinen kun kappaletta lasketaan
Mekaaninen energia
potentiaalienergian ja kineettisen energian summa
E_p_alku + E_k_alku = E_p_loppu + E_k_loppu
Mekaanisen energian säilymislaki
Mekaaninen energia säilyy, jos kappaleeseen ei vaikuta voimia, jotka muuntavat mekaanista energiaa lämpöenergiaksi E_k + E_p = vakio
Vakiovoiman tekemä työ
W = Fs (kappaleeseen vaikuttava voima * siirtymä)
Työn yksikkö
on sama kuin energian yksikkö, J
Voiman tekemä työ on positiivinen
jos liikkeen suunta ja voima ovat samansuuntaiset
W = Fs
Voiman tekemä työ on negatiivinen
jos liikkeen suunta ja voima ovat vastakkaissuuntaiset
W = -Fs
Voiman tekemä työ on nolla
jos liikkeen suunta ja voima ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan
W = 0
Mekaniikan energiaperiaate
Mekaanisen energian muutos on yhtä suuri kuin kappaleeseen vaikuttavien muiden voimien kuin painovoiman tekemä työ
E_l - E_a = W, eli
∆E = W
Painovoima
on systeemin sisäinen voima
Teho
P = W / ∆t = ∆E / ∆t, yksikkö on watti (W)
1 hv
746 W
Yksinkertainen kone
on laite, jolla kappaleeseen vaikuttavan voiman suuruutta tai suuntaa voidaan muuttaa
E_otto
E_hyöty + E_hukka
Hyötysuhde
η = E_hyöty / E_otto = W_hyöty / W_otto = P_hyöty / P_otto
η > 1
Lämpö johtuu
väliaineessa
Lämpö siirtyy
ilman väliainetta
Lämpölaajeneminen
∆l = αl₀∆T
Paine
p = F/A, yksikkö pascal (Pa)
1 bar
100 000 Pa
1 atm
101 325 Pa
760 mmHg
1 atm
Pascalin laki
Ulkoinen paine leviää tasaisesti kaikkialle nesteeseen
Paineen mikromalli
Nesteissä ja kaasuissa paine aiheutuu aineen rakenneosasten liikkeestä. Kun rakenneosat törmäilevät astian seinämiin, ne kohdistavat seinämiin voiman, joka aiheuttaa paineen.
Hydraulisen laitteen tasapaino
F₁ / A₁ = F₂ / A₂, p₁ = p₂
Hydrostaattinen paine
p_h = ρgh
Kokonaispaine nesteessä
p = p₀ + p_h = p₀ + ρgh
Paine-ero
∆p = p₁ - p₂ = ρg∆h
Kaasujen yleinen tilanyhtälö
pV / T = vakio
Avogadron laki
Samassa paineessa ja lämpötilassa yhtä suuret tilavuudet eri kaasuja sisältävät yhtä monta rakenneosaa
Kaasun normaalitila
NTP
Ideaalikaasun tilanyhtälö
pV = nRT
Boylen laki
Isoterminen, pV = vakio
Charlesin laki
Isokoorinen, p / T = vakio
Gay-Lussacin laki
Isobaarinen, V / T = vakio
Lämpöopin nollas pääsääntö
Eristetyssä systeemissä lämpötilat tasoittuvat
Lämpömäärä
Q =cm∆T
Ominaislämpökapasiteetti
c, kullekin aineelle ominainen suure
Kappaleen lämpökapasiteetti
C = Q / ∆T, kullekin kappaleelle ominainen suure
Olomuodonmuutoslämpö
latentti lämpö
Sulamislämpö
Q_s = sm
Höyrystymislämpö
Q_h = rm
Kolmoispiste
Kolmoispisteen lämpötilaassa ja paineessa kaikki kolme olomuotoa ovat tasapainossa keskenään
Kiehumis- ja sulamispiste
tarkoittavat tiettyä lämpötilaa tietyssä paineessa
Kolmois- ja kriittinen piste
tarkoittaat tiettyä painetta ja lämpötilaa
kiehumispiste
neste- ja kaasufaasi tasapainossa
sulamispiste
kiinteä ja nestefaasi tasapainossa
sublimoitumispiste
kiinteä ja kaasufaasi tasapainossa
Haihtuminen
haihtumista tapahtuu kaikissa lämpötiloissa nesteen pinnalta
nesteen sisäinen höyrynpaine
Nesteen sisäinen höyrynpaine kuvaa nesteen höyrystymisvoimakkuutta
Kiehuminen
Kiehuminen tapahtuu lämpötilassa, jossa nesteen sisäinen höyrynpaine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine
Suhteellinen kosteus
f = ρ_h / ρ_h,max
Lämpöopin ensimmäinen pääsääntö
Systeemin sisäenergia muuttuu yhtä paljon kuin siihen siirtyy tai siitä poistuu energiaa lämpönä ja työnä, eli ∆U = Q + W
Laajeneminen isobaarisessa prosessissa
W = p∆V
Lämpövoimakoneen hyötysuhde
η = W / Q₁ = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - (Q₂ / Q₁)
Lämpöopin toinen pääsääntö
Kaikki termodynaamiset prosessit suuntautuvat kohti tasapainoa
Entropia kasvaa
eristetyissä termodynaamisissa systeemeissä
Entropia on suurin
tasapainotilassa
Lämpöopin kolmas pääsääntö
Absoluuttista nollapistettä ei voida saavuttaa
Jäähdytyskoneen suorituskyky
𝜀 = Q₂ / W = Q₂ / ( Q₁ - Q₂)
Lämpöpumpun suorituskyky
𝜀 = Q₁ / W = Q₁ / ( Q₂ - Q₁)
Polttoaineesta vapautuva energia
Q = Hm (polttoaineen lämpöarvo * massa)