Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

Transkrypt

1 Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

2 Średnia energia kinetyczna cząsteczek Średnia energia kinetyczna cząsteczek to suma energii kinetycznych wszystkich cząsteczek w danej chwili podzielona przez liczbę tych cząsteczek. Temperatura Średnia energia kinetyczna cząsteczek Średnia energia kinetyczna cząsteczek Temperatura Wzrost średniej energii kinetycznej chaotycznego ruchu cząsteczek ciała objawia się wzrostem jego temperatury. 2/18

3 Energia potencjalna oddziaływania cząsteczek Siły międzycząsteczkowe zależą od odległości między cząsteczkami. Energia potencjalna zależy od odległości oddziałujących ze sobą ciał. Odległość między cząsteczkami Energia potencjalna cząsteczek 3/18

4 Energia wewnętrzna Energia wewnętrzna ciała E W to suma energii kinetycznej chaotycznego ruchu wszystkich jego cząsteczek oraz ich energii potencjalnych wynikających z wzajemnego oddziaływania międzycząsteczkowego. Energia wewnętrzna ciała można zwiększyć, wykonując pracę W (np. przy pokonywaniu siły tarcia lub przy odkształcaniu ciała). Wówczas jej przyrost jest równy: E W W 4/18

5 Cieplny przepływ energii Cieplny przepływ energii jest możliwy tylko, gdy stykają się ze sobą dwa ciała o różnych temperaturach. Energia przekazywana jest od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze. Przyrost energii wewnętrznej ciała, któremu dostarczono ciepło Q zapisujemy: E w Q 5/18

6 Pierwsza zasada termodynamiki E w W E w Q Pierwsza zasada termodynamiki Energię wewnętrzną ciała możemy zmienić albo przez wykonanie pracy W, albo przez przekazania ciepła Q. Może też nastąpić równoczesne wykonanie pracy i przekazanie ciepła. E w W Q 6/18

7 Przewodnictwo cieplne Przewodnictwo cieplne przekazywanie energii wewnętrznej poprzez zderzenia cząsteczek. Cząsteczki ciała nie przenoszą się wraz z przekazywaną energią. Dobre przewodniki ciepła metale, płyta ceramiczna. Izolatory ciepła próżnia, gazy, ciecze, szkło, styropian, futra, plastik. 7/18

8 Konwekcja Konwekcja to proces przenoszenia ciepła wynikający z ruchu materii w dowolnym płynie lub gazie. W zjawisku konwekcji gorąca woda i powietrze ogrzane przez kaloryfer unoszą się w górę. Po oddaniu ciepła do otoczenia przemieszczają się w dół, gdzie ponownie zostają ogrzane. 8/18

9 Konwekcja a przewodnictwo cieplne Różnica między konwekcją, a przewodnictwem cieplnym: w przypadku przewodnictwa energia jest przekazywana poprzez zderzenia cząstek (mamy więc transport energii bez transportu masy), w przypadku konwekcji energia jest przenoszona razem z cząstkami gazu lub cieczy (transportowi energii towarzyszy transport masy). Film: Obserwacja skutków występowania zjawiska konwekcji w cieczach str /18

10 Ciepło właściwe Ciepło właściwe c informuje nas, ile ciepła (energii) należy dostarczyć, aby ogrzać 1 kg substancji o 1 K. c m Q T Jednostką ciepła właściwego jest J kg K 10/18

11 Ciepło Ciepło potrzebne do ogrzania o ΔT substancji o masie m obliczamy ze wzoru: Q c m T c - ciepło właściwe danej substancji 11/18

12 Bilans cieplny Bilans cieplny Ilość ciepła pobrana przez jedno ciało równa się ilości ciepła oddanego przez drugie ciało. Q Q pobrane oddane 12/18

13 Dostarczanie ciepła Dostarczanie ciepła może spowodować wzrost temperatury ciała lub zmianę jego stanu skupienia. 13/18

14 Topnienie i krzepnięcie Ciało topniejące pobiera ciepło z otoczenia, zatem rośnie jego energia wewnętrzna (energia potencjalna cząsteczek). Krzepnąca ciecz oddaje ciepło otoczeniu, więc jej energia wewnętrzna maleje. Ciepło topnienia substancji jest równe jej ciepłu krzepnięcia. Wielkości te wyrażamy w 14/18

15 Parowanie i wrzenie Ciecz paruje w każdej temperaturze. Wrzenie polega na gwałtownym parowaniu cieczy w całej objętości. Wrzenie zachodzi w ściśle określonej temperaturze zwanej temperaturą wrzenia (zależnej od zewnętrznego ciśnienia) i charakterystycznej dla każdej cieczy. 15/18

16 Parowanie i wrzenie Parująca ciecz pobiera ciepło z otoczenia, zatem rośnie jej energia wewnętrzna (energia potencjalna jej cząsteczek). Para skraplając się oddaje otoczeniu ciepło, więc jej energia wewnętrzna maleje. Ciepło skraplania substancji jest równe jej ciepłu parowania. Wielkości te wyrażamy w 16/18

17 Topnienie (krzepnięcie) i wrzenie Podczas topnienia (krzepnięcia) oraz podczas wrzenia temperatura tego procesu nie zmienia się. Temperatura topnienia lodu (krzepnięcia wody) = 0 o C Temperatura wrzenia wody = 100 o C 17/18

18 ogrzewanie do temperatury topnienia t t 2. topnienie 4. wrzenie 3. ogrzewanie do temperatury wrzenia t w 5. ogrzewanie pary 18/18