FY03 1-14 Flashcards
systeemi
tarkasteltava kohde. kappale tai muu kokonaisuus, jossa on tietty määrä jotakin ainetta tai joitakin aineita, mahdollisesti eri olomuodoissa.
ympäristö
tarkastelun ulkopuolelle jäävä osa
tilanmuutos
kun yksikin tilanmuuttujan arvo muuttuu tai sitä muutetaan
makrotason mallit
Makroskooppiseksi kutsutaan sellaista systeemiä, josta voidaan tehdä havaintoja ilman apuvälineitä. Makrotason malleilla tarkastellaan kokonaisia termodynaamisia systeemejä ja niiden ominaisuuksia.
mikrotason mallit
Mikrotasolla viitataan esimerkiksi atomi- ja molekyylitason tapahtumiin, joiden havainnoimiseksi tarvitaan apuvälineitä. Mikrotason malleilla selitetään makrotason ilmiöitä.
systeemin sisäenergia
systeemin rakenneosasten liike-energiaa ja niiden välisten sähköisten vuorovaikutusten potentiaalienergiaa. Systeemin rakenneosasia ovat esimerkiksi atomit ja molekyylit. Sisäenergia voi muuttua vain, jos systeemi on vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa. Mikroskooppisten rakenneosasten liike-energia muodostuu rakenneosasten etenemis-, värähtely- ja pyörimisliikkeistä. Rakenneosasten potentiaalienergia on niiden välisten vuorovaikutusten, rakenneosasten välisten kemiallisten sidosten sekä rakenneosasten sisäisten kemiallisten sidosten energiaa.
kiinteät aineet
aineen rakenneosaset ovat sidottuja tiettyihin tasapainoasemiin ja pääsevät värähtelemään niiden ympärillä.
nesteet
rakenneosaset ovat löysemmin toisiinsa sitoutuneita kuin kiinteissä aineissa, ja ne pääsevät liikkumaan toistensa lomitse
kaasut
Kaasun rakenneosaset liikkuvat vapaasti ja niin nopeasti, etteivät rakenneosasten väliset vetovoimat pysty enää pitämään niitä yhdessä
lämpötila
Aineen lämpötilan määrää aineen rakenneosasten etenemisliikkeen keskimääräinen liike-energia. Mitä nopeammin aineen rakenneosaset keskimäärin liikkuvat, sitä korkeampi on aineen lämpötila. Vastaavasti mitä kylmempi aine on, sitä hitaampi on sen rakenneosasten keskimääräinen liike.
absoluuttinen nollapiste
systeemin tila, jossa kaikki liike on pysähtynyt
lämpötasapaino
kappaleilla on sama lämpötila. lämpötilaerot tasaantuvat, kunnes kappaleiden lämpötila on sama jos kappaleiden ja niiden ympäristön välillä ei siirry energiaa
lämpöopin nollas pääsääntö
Jos eristetyn termodynaamisen systeemin eri osien välillä on lämpötilaeroja, ne tasoittuvat itsestään ja systeemi päätyy termiseen tasapainoon
lämpö
Lämmöllä tarkoitetaan lämpötilaerosta johtuvaa energian siirtymistä systeemistä ympäristöön tai ympäristöstä systeemiin. Siirtyvän energian määrää kutsutaan lämpömääräksi. Siirtynyt energia aiheuttaa lämpötilan, tilavuuden, paineen tai olomuodon muutoksen
lämpöenergia
Aineen rakenneosasten järjestymättömän liikkeen eli lämpöliikkeen energiaa kutsutaan lämpöenergiaksi. Lämpöliike voi olla etenemis-, värähtely- ja pyörimisliikettä.
johtuminen
energian siirtyminen aineen sisällä. Johtumisessa siirtyy vain energia, ei aine. Lämpötilaero vaikuttaa johtumiseen: mitä suurempi lämpötilaero on, sitä nopeammin energia siirtyy.
kuljettuminen
Kuljettumisessa (konvektiossa) lämpöenergia siirtyy liikkuvan aineen mukana.
lämpösäteily
Lämpösäteilyssä energiaa siirtyy sähkömagneettisena säteilynä.
Lämpösäteilyn eteneminen ei vaadi väliainetta. Lämpösäteilyä syntyy, kun aineen sähköisesti varatut rakenneosat ovat värähdellessään kiihtyvässä liikkeessä
Mitä lämpimämpi kappale on, sitä enemmän se lähettää lämpösäteilyä.
kiiltävä astia
Kiiltävä metallipinta lähettää ja ottaa vastaan vähemmän lämpöenergiaa säteilynä kuin musta pinta. Lämpösäteilyn määrä riippuu myös kappaleen pinnan laadusta. Esimerkiksi mattapintainen metalli säteilee enemmän lämpöenergiaa kuin sama metalli kiillotettuna. Kiiltävä pinta puolestaan heijastaa suuren osan säteilystä
musta astia
Musta pinta imee siihen kohdistuvan säteilyn tehokkaasti. Se myös luovuttaa energiaa tehokkaasti säteilemällä infrapunasäteilyä. Nämä ominaisuudet johtuvat siitä, että mustassa pinnassa on hyvin monella eri taajuudella värähtelemään kykeneviä rakenneosia.
mistä lämpölaajeneminen johtuu?
aineen rakenneosasten, kuten molekyylien tai atomien, voimistuneesta värähtelyliikkeestä. Tällöin rakenneosaset tarvitsevat enemmän tilaa ja aineen tilavuus kasvaa. Aineen lämpötilan alentuessa rakenneosasten värähtelyt pienenevät ja rakenneosaset tarvitsevat vähemmän tilaa. Siksi jäähtyvän kappaleen tilavuus pienenee.
homogeenisen aineen laajeneminen
Aineen lämmetessä sen rakenneosaset etääntyvät toisistaan kaikissa suunnissa. Tasarakenteiset (eli homogeeniset) aineet kutistuvat ja laajenevat suhteellisesti yhtä paljon kaikkiin suuntiin
veden lämpölaajeneminen
Veden lämpölaajeneminen on poikkeuksellista. Kun veden lämpötila nousee nollasta asteesta lämpötilaan +4 °C, veden tilavuus ei kasva vaan pienenee. Tämä johtuu vesimolekyylien rakenteesta ja niiden keskinäisistä vuorovaikutuksista: vesimolekyylit ryhmittyvät lämpötilan kasvaessa 0 °C:sta +4 °C:een vähemmän tilaa vievään järjestykseen. Kun lämpötila kohoaa +4 °C:n yläpuolelle, vesi laajenee lämmetessään ja sen tiheys pienenee. Veden tiheys on suurin lämpötilassa +4 °C.
ominaislämpökapasiteetti
kuvaa aineen kykyä luovuttaa ja vastaanottaa energiaa. ilmaisee, kuinka paljon kilogramma kyseistä ainetta sitoo lämmetessään ja luovuttaa jäähtyessään energiaa, kun sen lämpötila muuttuu yhdellä asteella. Kiinteiden aineiden ja nesteiden ominaislämpökapasiteetit riippuvat hieman paineesta, tilavuudesta ja lämpötilasta.
miten lämpötilojen muutos lasketaan?
positiivisena. Erikseen päätellään, onko luovutettu vai vastaanotettu energiaa.
kappaleen lämpökapasiteetin laskeminen jos c tiedetään
C=cm
suuri lämpökapasiteetti
lämpötila nousee hitaasti. Jos kappaleen lämpötila pysyy pitkään ympäristön lämpötilaa alhaisempana, siihen voi siirtyä ympäristöstä paljon energiaa. Sellainen kappale myös luovuttaa paljon energiaa jäähtymisen yhteydessä.
pieni lämpökapasiteetti
vähäinenkin kappaleeseen siirtynyt energia saa kappaleen lämpötilan kasvamaan voimakkaasti. Vastaavasti kappaleen lämpötila laskee nopeasti, kun siitä poistuu energiaa ympäristöön.
kaasun ominaislämpökapasiteetti vakiopaineessa
Jos kaasu pääsee lämmitettäessä vapaasti laajenemaan – jolloin sen paine ei muutu – se käyttää suuren osan saamastaan energiasta laajenemisen vaatimaan ulkoiseen työhön, jota se tekee työntäessään tieltään muun aineen. Tällöin vain osa energiasta lisää kaasumolekyylien liike-energiaa eli kasvattaa kaasun lämpötilaa. Tässä tapauksessa kaasun ominaislämpökapasiteetti vakiopaineessa cp on suuri.
kaasun ominaislämpökapasiteetti vakiotilavuudessa
Jos kaasu ei pääse lämmitettäessä laajenemaan, sen saamasta energiasta menee suuri osa molekyylien liikkeen nopeutumiseen. Tällöin lämpötila nousee voimakkaammin kuin edellisessä tapauksessa ja ominaislämpökapasiteetti vakiotilavuudessa cV on pienempi kuin cp.
haihtuminen
höyrystyminen nesteen pinnalta, tapahtuu kaikissa lämpötiloissa
miten aineen rakenneosasten avulla selitetään haihtumista ja sublimoitumista?
Kaikilla rakenneosasilla ei ole yhtä suuri liike-energia, vaan energiat noudattavat lämpötilalle ominaista jakaumaa. Osalla pinnan rakenneosasista on niin suuri liike-energia, että ne pystyvät irrottautumaan naapuriosasten vaikutuspiiristä ja siirtymään ilmaan. Koska suurienergisimmät rakenneosaset poistuvat aineesta, jäljelle
jäävien rakenneosasten keskimääräinen energia on hieman pienentynyt. Haihtuminen ja sublimoituminen jäähdyttävät ainetta.
miksi olomuodonmuutoksen aikana lämpötila ei muutu?
kaikki energia kuluu molekyylien vapauttamiseen kiinteiltä paikoiltaan (sulaminen) tai molekyylien välisten sidosten purkamiseen (kiehuminen)
faasi
Systeemin rakenteeltaan yhtenäisiä ja muista osista erottuvia osa-alueita kutsutaan faaseiksi. Aineen eri olomuodot, kiinteä aine, neste ja kaasu ovat siis eri faaseja
sulamiskäyrä
Kiinteän aineen sulamispisteet voidaan määrittää kokeellisesti eri paineissa. Näin saatavaa T,p-koordinaatiston kuvaajaa nimitetään kiinteän aineen ja nesteen tasapainokäyräksi eli sulamiskäyräksi.
sublimoitumiskäyrä
sublimoitumiskäyrältä nähdään se lämpötila ja paine, jossa sublimoituminen ja härmistyminen tapahtuvat
höyrystymiskäyrä
nähdään se lämpötila ja paine, jossa höyrystyminen ja tiivistyminen tapahtuvat.