Termodünaamika alused Rapla Täiskasvanute Gümnaasium 2007

Soojusnähtuste alused Soojusnähtusi seletatakse molekulaarkineetilise teooria või termodünaamika abil. Molekulaarkineetiline teooria põhineb kolmel väitel:

Termodünaamika Termodünaamika käsitleb soojusülekannet ja soojuse muundumist tööks Termodünaamika tegeleb igasugust kütust tarbivate masinate konstrueerimise üldiste seaduspärasustega. Termodünaamika on makrokäsitlus. Seepärast on kasutusel makroparameetrid – p, V, T, Q, U, m. Termodünaamika põhineb kahele printsiibile – need on termodünaamika I ja II printsiip.

Molekulaarkineetiline teooria Molekulaarkineetika kasutab peamiselt mikroparameetreid.

Soojusliikumine Molekulide, aatomite ja elektronide korrapäratut liikumist nimetatakse soojusliikumiseks.

Molekulide kineetiline energia muutub Molekulide omavahelistel põrgetel annavad suurema energiaga molekulid osa energiast ära väiksema energiaga molekulidele. Selle tulemusena suureneb nende energia – nende kiirus kasvab. Sama protsess toimub ka erinevates kehades olevate molekulide vahel kui kehad on omavahel kontaktis. Siis ütleme et soojus läheb soojemalt kehalt külmemale.

Termodünaamika Termodünaamikas vaadeldakse protsesse suletud ehk soojuslikult isoleeritud süsteemis st. et süsteemis on soojusvahetus ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega.

Robert Brown Robert Brown - inglise botaanik. Robert Brown avastas 1827. aastal vedelikus hõljuvate mikroskoopiliste osakeste korrapäratu liikumise. See liikumine, mida hakati kutsuma Browni liikumiseks oli molekulaarkineetilise teooria üks veenvamaid põhjendusi. ( 1773 – 1858)

Browni liikumine Browni liikumine on nähtus, mis kujutab endast vedelikus või gaasis hõljuvate mikroskoopiliste osakeste korrapäratut liikumist. Liikumine toimub tänu vedeliku või gaasi osakeste soojusliikumisele, mille osakesed panevad omakorda liikuma vedelikus või gaasis hõljuvad mikroskoopilised osakesed. Browni liikumist on võimalik põhjendada ainult molekulaarkineetilise teooria põhjal

Soojusülekanne Siseenergia levimist ühelt kehalt teisele või ühelt kehaosalt teisele nim. soojusülekandeks. Soojusülekandes levib siseenergia soojemalt kehalt külmemale. Vaata ka soojusülekande mõistekaarti.

Soojusjuhtivus Soojusjuhtivuseks nim. soojusülekannet, kus energia levib ühelt aineosakeselt teisele molekulidevaheliste põrgete tõttu, ilma et aine ümber paikneks.

Konvektsioon Konvektsiooniks nim. soojusülekannet, kus energia levib gaasi- või vedeliku liikumise tõttu.

Soojuskiirgus Soojuskiirguseks nim. soojusülekannet, kus energia levib elektromagnetlainete kiirgamise ja neelamise tõttu.

Kiirguse ja neeldumise seaduspärasused

Soojusülekande liigid Iga keha võib soojust ära anda ja vastu võtta Selleks on kolm viisi: Soojusjuhtivus Konvektsioon Soojuskiirgus Keha soojuse äraandmisvõime sõltub keha temperaturist, massist, pindalast ja pinna omadustest.

Termodünaamiline tasakaal Kui kontaktis olevate kehade makroparameetrid ei muutu, nim. kehi soojuslikus ehk termodünaamilises tasakaalus olevaiks. Soojusülekandel üleantavat energiahulka iseloomustab soojushulk Q= c m ∆t (c-aine erisoojus, m-keha mass, ∆t- temp.muut).

Soojushulk Soojus ei ole füüsikaliselt mingi asi, mis füüsiliselt kandub ühelt kehalt teisele. Reaalselt kandub üle energia. Füüsikaliseks suuruseks, mis seda kirjeldab on soojushulk Q. Soojushulk on energia, mille keha soojusvahetusel saab või ära annab. Soojushulga mõõtühikuks on 1J

Aine erisoojus Aine erisoojus on füüsikaline suurus, mis näitab, kui suur soojushulk tõstab ühikulise massiga keha temp. ühe kraadi võrra. Erisoojused Alumiinium 890 Plii 130 Elavhõbe 140 Raud, teras 460 Jää 2100 Tina 230 Hõbe 240 Tsink 390 Klaas 800 Vask Messing 380 Vesi 4200

Keha siseenergia muutmise viisid Mehaaniline töö Soojusülekanne

Temodünaamika I printsiip Eelnevat kokku võttes saame : U = Q + A Siseenergia muut on võrdne süsteemile antud soojushulga ja välisjõudude poolt tehtava töö summaga. Ehk Q = U – A Süsteemile antud soojuse arvel suureneb süsteemi siseenergia ning süsteem teeb välisjõudude ületamiseks tööd. Kui Q on neg., siis süsteem annab ära vastava soojushulga ja kui A on neg, siis teevad välisjõud süsteemiga tööd.

Perpetuum mobile ? Kui süsteemile soojust ei anta, saab ta tööd teha ainult siseenergia arvel. See tähendab 0 = U – A  - U = -A Siseenergia vähenemisega temperatuur langeb ning kui T=0, siis ka U=0 ja tööd ei ole võimalik teha. Igiliikur on võimatu!

Perpetuum mobile ?

Siseenergia muutumine soojusenergiaks Keemiast teame, et kütuse põlemisel vabaneb soojusenergia.

Soojusmasin Soojusmasinaks nim. siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutvat seadet, milles iseloomustab energia muutumist mehaaniline töö. Soojusmasin koosneb soojendist(süsteemile siseenergiat andev keha), jahutist(süsteemilt siseenergiat saav keha) ja töökehast(siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutev keha).

Soojusmasin Soojusmasin koosneb: soojendist (süsteemile siseenergiat andev keha), jahutist(süsteemilt siseenergiat saav keha) ja töökehast(siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutev keha).

Soojusmasina kasutegur Soojusmasina kasuteguri ŋ näitab, kui suure osa juurdeantavast soojusenergiast muundab masin kasulikuks tööks. Kasulikuks tööks muundub süsteemile juurdeantava ja jahutile äraantava soojushulga vahe Kasuteguri valem:

Tänan tähelepanu eest! ©anmet.rtg 2007