8 μεταβολές σωμάτων αισθητή_λανθάνουσα θερμότητα

Α΄ τάξηομάδα προσανατολισμού

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

Αρχές Μηχανολογίας

Πνευματικός Γιώργος, ΠΕ17.02

14ο εσπερινό ΕΠΑ.Λ. Θεσσαλονίκης

Μεταβολή της Κατάστασης των Σωμάτων Αισθητή & Λανθάνουσα Θερμότητα

οι τρεις καταστάσεις των σωμάτων

1. Στερεά (πάγος)

2. Υγρή (νερό)

3. Αέρια (υδρατμός)


τήξη των σωμάτων τήξη: το φαινόμενο της μεταβολής του στερεού σώματος σε

υγρό π.χ. το λιώσιμο του πάγου σε νερό

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ:

1. η τήξη ενός στερεού σώματος συμβαίνει πάντα με την

προσθήκη θερμότητας

2. η θερμοκρασία τήξης είναι χαρακτηριστική για όλα τα σώματα

και παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια της μεταβολής εφόσον

η πίεση παραμένει σταθερή

για την τήξη 1 kgr πάγου σε ατμοσφαιρική πίεση απαιτείται

προσθήκη θερμότητας 80 kcal. Η θερμοκρασία τήξης είναι 0 οC


πήξη των σωμάτων πήξη: το φαινόμενο της μεταβολής του υγρού σε στερεό

σώμα π.χ. η στερεοποίηση του νερού σε πάγο


1. η πήξη ενός υγρού σώματος συμβαίνει πάντα με την

αφαίρεση θερμότητας

2. η θερμοκρασία πήξης είναι χαρακτηριστική για όλα τα

σώματα και παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια της

μεταβολής εφόσον η πίεση παραμένει σταθερή

για την πήξη 1kgr νερού σε ατμοσφαιρική πίεση απαιτείται

αφαίρεση θερμότητας 80 kcal. Η θερμοκρασία πήξης είναι 0 οC


ατμοποίηση των υγρών

ατμοποίηση : το φαινόμενο της μεταβολής του υγρού σε

αέριο π.χ. η ατμοποίηση του νερού


1. η ατμοποίηση ενός υγρού σώματος συμβαίνει πάντα με την

προσθήκη θερμότητας

2. η θερμοκρασία ατμοποίησης είναι χαρακτηριστική για όλα

τα υγρά σώματα και παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια

της μεταβολής εφόσον η πίεση παραμένει σταθερή

για την ατμοποίηση 1kgr νερού σε ατμοσφαιρική πίεση απαιτείται προσθήκη θερμότητας 539 kcal.

Η θερμοκρασία ατμοποίησης είναι 100 οC


ατμοποίηση των υγρών

3. η θερμοκρασία ατμοποίησης λέγεται σημείο βρασμού ή

θερμοκρασία κορεσμού

4. καθώς αυξάνεται η πίεση που πραγματοποιείται η μεταβολή,

αυξάνεται και η θερμοκρασία ατμοποίησης και αντίστροφα

ατμός

νερό 120 οC

P=2 atm

νερό 130 οC

P=2,7 atm

ατμόςατμός

νερό 90 οC

P=0,7 atm

ατμός

νερό 100 οC

P=1 atm

σύνδεση με αντλία κενού

Q Q Q Q


Θερμοκρασία ατμοποίησης των υγρών τα ψυκτικά υγρά ατμοποιούνται σε αρνητικές θερμοκρασίες!


Θερμοκρασία (οC) ατμοποίησης ψυκτικών υγρών σε ατμοσφαιρική πίεση

συμπύκνωση των υγρών

συμπύκνωση: το φαινόμενο της μεταβολής του αερίου σε

υγρό π.χ. το φαινόμενο της βροχής (υγροποίηση των υδρατμών)


1. η συμπύκνωση ενός υγρού σώματος συμβαίνει πάντα με την

αφαίρεση θερμότητας

2. η θερμοκρασία συμπύκνωσης είναι χαρακτηριστική για όλα

τα αέρια και παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια της

μεταβολής εφόσον η πίεση παραμένει σταθερή

για την συμπύκνωση 1kgr νερού σε ατμοσφαιρική πίεση απαιτείται αφαίρεση θερμότητας 539 kcal.

Η θερμοκρασία συμπύκνωσης είναι 100 οC


ειδική θερμότητα (c)ειδική θερμότητα (c): το ποσό της θερμότητας που

χρειάζεται η μονάδα μάζας (1kg) του σώματος για να

μεταβληθεί η θερμοκρασία του κατά 1Κ (=κατά 1oC)

Μονάδες ειδικής θερμότητας (c)

Διεθνές Σύστημα SI: kJ/kg.K Τεχνικό Σύστημα : kcal/kg.οC


υλικό kJ/kg.K kcal/kg.οC

νερό 4,187 1

σίδηρος 0,500 0,12

χαλκός 0,395 0,095

γυαλί 0,84 0,2

πετρέλαιο 2,10 0,50

η ειδική θερμότητα στις 3 καταστάσειςΠνευματικός Γιώργος, ΠΕ17.02

για κάθε σώμα, η ειδική θερμότητα (c) διαφέρει στις 3

καταστάσεις του

1 kg πάγου

Q = 0,5 kcal

-10 οC

-9 οC

Δt = 1oC

1 kg νερού

Q = 1 kcal

10 οC

11 οC

Δt = 1oC

1 kg ατμού

Q = 0,46 kcal

109 οC

110 οC

Δt = 1oC

ατμοσφαιρική πίεση (p=1atm)

c = 0,5 kcal/kg.οC c = 1 kcal/kg.οC c = 0,46 kcal/kg.οC

αισθητή θερμότητα

αισθητή θερμότητα (Qs): το ποσό της θερμότητας που

προστίθεται ή αφαιρείται από ένα σώμα μάζας m για να

μεταβάλλει τη θερμοκρασία του από t1 σε t2, χωρίς να αλλάζει

την κατάστασή του

Qs = m . c . (t2 - t1)


λέγεται «αισθητή» γιατί την αντιλαμβανόμαστε καθώς αλλάζει η ένδειξη του θερμομέτρου

Δt = t2 - t1

Qs = m . c . Δt

50 kg νερού

Qs

50οC

80οC

Δt = 30oC

= 1.500 kcal


Παράδειγμα 1o : να βρεθεί το ποσό της θερμότητας που χρειάζονται τα 50kg νερού για να μεταβληθεί η θερμοκρασία από τους 50 oC στους 80 oC

Δεδομένα: m=50kg t1= 50 oC t2= 80 oC c=1 kcal/kg.οC

Qs= 50kg . 1kcal/kg.οC . (80 oC - 50 oC )=1.500 kcal

Qs=m. c . (t2 - t1)

αύξηση της θερμοκρασίας

σημαίνει αισθητή θερμότητα Qs


λανθάνουσα θερμότητα

λανθάνουσα θερμότητα (qL): το ποσό της θερμότητας που

πρέπει να προστεθεί ή να αφαιρεθεί από τη μονάδα μάζας (1kg)

του σώματος για να αλλάξει η κατάστασή του

μονάδες λανθάνουσας θερμότητας qL:

Διεθνές Σύστημα (SI): kJ/kg

Τεχνικό Σύστημα (TΣ): kcal/kg

Αγγλοσαξονικό Σύστημα (IP): BTU/lb 1 kcal/kg = 4,187 kJ/kg ≈ 4 BTU/lb


λέγεται «λανθάνουσα» γιατί την δεν την αντιλαμβανόμαστε καθώς η ένδειξη του θερμομέτρου παραμένει στην ίδια θέση

για το νερό σε πίεση p=1atmπήξης ή τήξης: qL= 80 kcal/kg

ατμοποίησης ή συμπύκνωσης: qL=539 kcal/kg


για κάθε σώμα, η λανθάνουσα θερμότητα τήξης (=πήξης)

και ατμοποίησης (=συμπύκνωσης) είναι διαφορετική

1 kg

Q = 80 kcal

0 οC

Δt = 0 oC

1 kg

Q = 539 kcal

100 οC

ατμοσφαιρική πίεση (p=1atm) λανθάνουσα θερμότητα τήξης

qL = 80 kcal/kg λανθάνουσα θερμότητα ατμοποίησης

qL = 539 kcal/kg

λανθάνουσα θερμότητα τήξης & ατμοποίησης

πάγου

νερού

νερού

ατμού

Δt = 0 oC

λανθάνον (QL) & ολικό (Qtot) ποσό θερμότητας

λανθάνον ποσό θερμότητας (QL): το ποσό της θερμότητας

που προστίθεται ή αφαιρείται από ένα σώμα με μάζα m κατά τη

διάρκεια της αλλαγής φάσης ενός σώματος

QL =m . qL


ολικό ποσό θερμότητας (Qtot): το άθροισμα της αισθητής και

λανθάνουσας θερμότητας, που προστίθεται ή αφαιρείται από

ένα σώμα με μάζα m

Qtot = Qs + QL

ολικό ποσό θερμότητας (Qtot)Παράδειγμα 2o: να βρεθεί το συνολικό ποσό της θερμότητας (Qtot ) που χρειάζονται τα 50 kg νερού θερμοκρασίας 50 oC για να ατμοποιηθούν

Δεδομένα: m=50kg t1= 50 oC tκορ= 100 oC c=1 kcal/kg.οC qL=539 kcal/kg

Qs= 50kg . 1kcal/kg.οC . (100oC - 50oC )= 2.500 kcal

QL= m . qL= 50kg . 539kcal/kg = 26.950 kcal

Qtot = Qs + QL= 2.500 + 26.950 = 29.450 kcal


Qtot = Qs + QL

50 kg

Qs

50οC

100οC

Δt = 50oC

= 2.500 kcal

QL= 26.950 kcal

νερούατμού

Θερμότητα που προστίθεται σε 1kg νερούΠνευματικός Γιώργος, ΠΕ17.02

Παράδειγμα 3ο: να υπολογισθεί το συνολικό ποσό θερμότητας (Qtot ) που πρέπει να χορηγήσουμε στο 1kg πάγου θερμοκρασίας -10oC για να μετατραπεί σε νερό θερμοκρασίας κορεσμού 100oC

1 kg

Qs

-10οC

0οC

Δt = 10oC

= 5 kcalQL= 80 kcal

πάγου

νερού

Δt = 100oC

100οC

Qs= 100 kcal

πάγο -10οC → πάγο 0οC

Qs = 1kg . 0,5 kcal/kg.οC . 10oC = 5 kcal

Qs = m . c . Δt QL =m . qL

πάγο 0οC → νερό 0οC

QL= m . qL = 1kg . 80 kcal/kg = 80 kcal

νερό 0οC → νερό 100οC

Qs =1kg . 1 kcal/kg.οC . 100 oC = 100 kcal

Qtot = 5 + 80+ 100 = 185 kcal

Θερμότητα που προστίθεται σε 1kg νερού

-10 0

1020

100

110

T (oC)

Q (kcal)

5 kcal

μετατροπή 1kg πάγου θερμοκρασίας -10οC σε ατμό 110οC

Α: πάγος θερμοκρασίας -10 οC Β: πάγος θερμοκρασίας 0 οC+ 5 kcal


Α

Β



-10 0

1020

100

110

T (oC)

Q (kcal)

5 kcal 80 kcal


Β: πάγος θερμοκρασίας 0 οC Γ: νερό θερμοκρασίας 0 οC+ 80 kcal

λανθάνουσα θερμότητα

Α

Β Γ



-10 0

1020

100

110

T (oC)

Q (kcal)

5 kcal 80 kcal 100 kcal


Γ: νερό θερμοκρασίας 0 οC Δ: νερό θερμοκρασίας 100 οC+ 100 kcal


Α

Β Γ

Δ



-10 0

1020

100

110

T (oC)

Q (kcal)

5 kcal 80 kcal 100 kcal 539 kcal


Δ: νερό θερμοκρασίας 100 οC Ε: ατμός θερμοκρασίας 100 οC+ 539 kcal

λανθάνουσαθερμότητα

Α

Β Γ

Δ Ε



-10 0

1020

100

110

T (oC)

Q (kcal)

5 kcal 80 kcal 100 kcal 539 kcal 4,6 kcal


Ε: ατμός θερμοκρασίας 100 οC Ζ: ατμός θερμοκρασίας 110 οC+ 4,6 kcal


Α

Β Γ

Δ ΕΖ



-10 0

1020

100

110

T (oC)

Q (kcal)

5 kcal 80 kcal 100 kcal 539 kcal 4,6 kcal


Qtot= 5 + 80 + 100 + 539 + 4,6 =728,60 kcal = 3.050 kJ

Α

Β Γ

Δ ΕΖ


σας ευχαριστώ για την προσοχή σας


8 μεταβολές σωμάτων αισθητή_λανθάνουσα θερμότητα

Education