Föreläsning 11 – Värme Fysik A – Kap. 4.1-4.4, Kap. 7.1-7.4

Föreläsning 11 – Värme

Fysik A – Kap. 4.1-4.4, Kap. 7.1-7.4

Viktiga formler:

För värme-avsnittet använd Eför energi (Tidigare W ) E=Energy Inre energi: E=cmΔT

Värme: E=c_sm Temperatur: E=c_km

Aggreations-tillstånd

Gas (Ånga), Vätska och Fast ämne Fast ämne:

I ett fast ämne kan vi tänka oss att atomerna sitter ihop med ”fjädrar”, hela strukturen vibrerar.

Energi = 14243 +

vibrerar atomerna

då rgi Rörelseene

Kinetisk ₁₄₂₄₃

fjdrarna"

"

tänkta de i upplagrad

gt tillfälli Energi

Potentiell

Inre energi: Summan av den oordnade röreleenergin och potentiella energin hos atomerna Värme: I fysik är värme inte det samma som i vardagligt tal.

en Varmt vatt T1

Värme Q

cylinder

2 Kall T

2

1 T

T >

Då en kall kropp kommer i kontakt med en varmare kropp (vatten), kommer vattnet inre energi att minska och den kalla kroppen inre energi att öka

Energin som överförs kallas för värme (Q):

Enl. Bok: ”Värme är energi som flödar till ett kallare område”

Alt: ”Värme är energi om tillförs (eller tas bort) på annat sätt än arbete”

Vad är temperatur?

Hur känner vi om något är varmt eller kallt?

Genom att bara känna kan vi inte kvantifiera temperatur.

fingret ur ut Energi

kropp Kall fingret

i in Energi

kropp Varm

Anders Celsius

Vätska utvidgas då temperaturen ökar

Celcius-skalan är praktik i vardagen, men opraktisk vetenskapligt. Istället sätt nollpunkten till den temperatur då rörelse avstannar

°

0 vattnets fryspunkt

°

100 vattnets kokpunkt

°

−

= 273,14

0K i övrigt samma skala som celius (K =Kelvin) 100

15 , 273 100K = °+

K C 273,15 0° =

K C 300

27° = är vetenskaplig rummstemperatur

Hur mycket energi går det åt för att höja temperaturen?

T cm E= Δ

m T1

E

m

1+ T ΔT

[ ][ ]

r temperatu av

Förändring ° ° ⇒

=

ΔT C K

[ ]

[ ] [ ] [ ]

höjning -

Temperatur

* T

* m c E citet värmekapa specifika

konstant

*

*

= Δ

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡

°

= Δ

⇒

=

=

=

Δ

=

T

C kg c J

kg massan m

T m c E

E Energi överförd genom värme

C är olika för olika ämnen och aggregationstillstånd

vattenånga vatten

is c c

c ≠ ≠

Ex.

Hur mycket energi går det åt för att värma 1kg vatten 10°C? Givet:

C T

kg m

°

= Δ

= 10 1

Sökt:

[ ]

E

Lösning:

T m c

E= * *Δ där c för vatten

[ ]

[ ] [ ]

= °

* 2 , 4

kJ E

E 2 , 4

10

* 2 , 4 10

* 1

* 10

* 2 ,

4 ^{3 4}

=

⇒

=

=

⇒

Exempel på fasövergång då ett ämne byter aggregationstilltånd (fas) T

E T1

Δ T2

Δ T3

Δ

°C 0

°C 100

is värma

is

smälter värmavatten

atten

förångar v värmer ånga

T m Δ

=c * * E _is

T m Δ

=c * *

E _vatten

T m Δ

=c * * E _ånga

(

)

Flytande

Fast→ smältning

Fast

Flytande→ stelning

∑ ∑

=

Δ + Δ + Δ

= Δ

= Δ

E E

T T T T T

tot

tot 1 2 3

m c E= _s*

[ ] [ ]

⎢⎣

= ⎡

kg J m c_s E

E är energi som måste tillföras eller tas bort för att kroppen skall smälta eller stelna as

G

Flytande→ förångning

Flytande

Gas→ kondensation

m c E= _k*

[ ] [ ] [ ]

[ ] [ ] [ ]

[ ] [ ] [ ]

⎢⎣

⎡

= °

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡

= °

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡

= °

C kg c J

C kg c J

C kg c J

ånga is vatten

10 *

* 26 , 2

10 *

* 18 , 334

10 *

* 18 , 1

3 3 3

Ex.

Man har m=0,5kgis med temperaturen T = 0°C. Hur mycket energi går det åt för att smälta och koka bort vattnet?

Använd grafen ovan:

1. Smällt isen 2. Värm vattnet 3. Koka bort vattnet