Termodinamika Toplina i temperatura

TermodinamikaToplina i temperatura

Toplina - oblik energijeUnutarnja energija (U)- čestice tijela (sustava) titraju ( gibaju se)- zbroj energija svih čestica sustavaKako ustanoviti unutarnju energiju?Mjerimo njenu promjenu dovođenjem topline ∆Q∆Q= ∆U+W

Ako je W = 0 tada sva dovedena energija (toplina )prešla je u unutarnju energiju tijela.Prijelaz topline (dovođenje topline) dolazi izmeđutijela ili sustava različitih itih temperatura,s tijela više temperature na tijelo niže temperature.Tri načina prijelaza topline:• vođenje ili kondukcija• prenorenošenje enje ili konvekcija• zraračenje ili radijacija

Vođenje ili kondukcija - razmjenatopline izmeđutijela ili molekula u dodiru- toplinski vodiči - električni vodiči- toplinski izolatori - električni izolatori

Zračenje ili radijacija - elektromagnetsko zračenje

Celzijusova ljestvicaVrelište vode pri normalnom tlaku (100 o C)Ledište vode pri normalnom tlaku ( 0 o C )

termodinamičkatemperatura (T / K )Celzijusovatemperatura (t / o C )373,15100(normalno vrelište vode)310,151537283,15273,15100(normalno ledište vode)253,15- 200- 273,15

Preračunavanje o F u o C i obrnutoT/ o C100T C0T F - 3232 212T/ o FTFT 100°CC=− 32 (212 − 32)° F

K373,15oC100oF212310,1515283,15273,15253,1537100- 20180 dijelovaskale320- 273,15- 460

t / o C46 smrt4442 prag životne opasnosti40 gubljenje topline znojenjem (prilagodba)3836fiziološko osciliranje34 unutarnje stvaranje topline (prilagodba)32302826prestanak stvaranja toplineprag životne opasnostibez prilagodbe18smrt

Specifipecifični toplinski kapacitet nekih tvariTvarVodaLedMaslinovo uljeŽivaAcetonAluminijBakarŽeljezoDrvoPorculanOlovoc (kJ K -1 kg -1 )4.1822.091.970.1342.160.8960.3830.4522.50.840.13

Balon napunjen zrakomBalon napunjen vodom

T 1T >T 2 1m 1TT 2m 2Q = Q1 2m c ( T −T) = m c ( T −T1 1 1 2 2 2)

Agregatna stanja tvari

plinovitoisparavanjedesublimacijaukapljivanjesublimacijataljenječvrsto tekućeskrućivanjeOvisnost o temperaturi

TLatentna (skrivena) toplinaT tčvrstoT iQ tQ ičvrsto itekućetekućetekuće e iplinovitoplinovitoQT t- temperatura taljenja Q tT i- temperatura isparavanjaQ t- toplina taljenja- toplina isparavanja

[ ]Q t- toplina taljenja: Q t= λ ⋅m Jλ =Q tm⎡⎢⎣Jkg⎤⎥⎦specifična toplina taljenja - ovisi o vrsti tvariQ i- toplina isparavanja:Q i=r⋅m[ J ]r=Qim⎡⎢⎣Jkg⎤⎥⎦specifična toplina isparavanja - ovisi o vrsti tvaritoplina isparavanja = toplina ukapljivanjatoplina taljenja = toplina skrućivanjadovedena toplina=odvedena toplina

Primjer zagrijavanjaleda od -20 0 Cdo 120 0 Cvodena para120 0 Cvodena para100 0 Cvoda 100 0 CQ i- toplina isparavanjavoda 0 0 Cled 0 0 CQ t- toplina taljenjaled -20 0 C

Agregatna stanja ovise o temperaturi i tlakuPostoji samo jedna točka- trojna točka-Trojna točka- točka u kojoj su sve tri faze( čvrsto, tekuće, e, plinovito)u termodinamičkoj ravnoteži

Toplinsko rastezanje (širenje)l 0∆lll∆ll= l 0+ ∆l= l ∆tα 0+ l ∆t= l α 00 l l (1 + ∆t)0= α

α - linearni koeficijent toplinskog rastezanja,mjerna jedinica: K -1uglavnom pozitivanzitivan, za neke tvari je negativan( npr. guma)anomalija vode – najgušća a pri 4 0 C

Volumno rastezanje (širenje)V 0VV = V + ∆V0∆V= V γ∆tV= V + γV0∆t0V0(1 + ∆ )= V γ t0γ volumni koeficijent toplinskog rastezanja,mjerna jedinica: K -1γ = 3α

dobro je znati:za sve plinove isti je volumni koeficijent širenjaγ1 −1−3− 1γ = K = 3,661⋅10K273,15Primjeri primjenerazličitosti itosti toplinskog rastezanja (širenja) tvariŽivin termometar r mjeri temperature između -39°C C i 300 °C.Alkoholni termometar mjeri niže temperature.Bimetalni termometri imaju spiralnu oprugu sastavljenu od dvametala, različitih itih koeficijenata linearnog rastezanja.

Bimetalna vrpcaPokusi s tekućim dušikom

1. Za koliko kelvina se promijeni temperatura tijela zagrijanog od -24°C do 95°C?- Izrazite temperaturu od 30°C u kelvinima.- Izrazite temperaturu od 220 K u °C.2. Da bismo ohladili 2·10 -3 m 3 vode, temperature 80 º C na 60 º C,dodajemo joj hladnu vodu temperature 10 º C.Koju količinu hladne vode trebamo dodati? ( gustoća vode je 10 3 kg/m 3 )A. 5 kg B. 0.6 kg C. 0.8 kg D. 1.5 kg E. 2.7 kg3. Visina Eiffelovog tornja u Parizu pri temperaturi 15 º C je 300 m.Koliki je koeficijent volumnog rastezanja čelika od kojeg je toranjizgrađen ako je pri temperaturi -10 º C visina tornja manja za 30 cm?(R: 1.2·10 -4 K -1 )4. U aluminijskoj ploči napravljen je kružni otvor polumjera 2.5 cm,na temperaturi 20 º C. Koliko će iznositi polumjer otvora na temperaturi 200 º C ?Koeficijent linearnog rastezanja aluminija je 24·10 -6 K -1 .A. 2.49 cm B. 2.51 cm C. 2.59 cm D. 2.80 cm E. 1.26 cm5. Koliku količinu topline preda okolini 10 kg vode kad se ohladi sa 30 º C na 20 º C ?( c v= 4180 JK -1 kg -1 ) (R: 418 kJ)