1. Termodünaamika alused
Rapla Täiskasvanute Gümnaasium
2007

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

3. 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.

4. Molekulaarkineetiline teooria
Molekulaarkineetika kasutab peamiselt mikroparameetreid.

5. Soojusliikumine
Molekulide, aatomite ja elektronide korrapäratut liikumist nimetatakse soojusliikumiseks.

6. 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.

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

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

9. 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

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

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

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

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

14. Kiirguse ja neeldumise seaduspärasused

15. 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.

16. 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).

17. 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

18. 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

19. Keha siseenergia muutmise viisid
Mehaaniline töö
Soojusülekanne

20. 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.

21. 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!

22. Perpetuum mobile ?

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

24. 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).

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

26. 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:

27. Tänan tähelepanu eest!
©anmet.rtg 2007