Siltuma daudzums. Iekšējā enerģija. Gāzes darbs termodinamikā.

P. Puķītis. Fizika 11. klasei: 26.-30. lpp.

Siltuma daudzums• Dabā ķermeņi, kuriem ir augstāka temperatūra,

atdod siltumenerģiju ķermeņiem ar zemāku temperatūru – notiek siltuma apmaiņa– siltumvadīšana (ja ķermeņi saskaras)– konvekcija (pārvietojas viela)– siltumstarojums (enerģija tiek pārnesta viļņu veidā)

http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/8-klase/siltums-6507/re-7c116def-c560-4664-a083-d2bba131e044

Enerģiju, kuru siltuma apmaiņas procesā atdod ķermenis ar

augstāku temperatūru un kuru saņem ķermenis ar zemāku

temperatūru, sauc par siltuma daudzumu Q,

mērvienība – džouli (J).

Saņemto siltuma daudzumu aprēķinaQ – siltuma daudzums, J

c – ķermeņa īpatnējā siltumietilpība, J/(kg·K)

t1 vai T1 – sākuma temperatūra

t2 vai T2 – beigu temperatūra

Δt vai ΔT temperatūras izmaiņa

Q = cm(t1-t2)

Q = cmΔt

Q = cm(T1-T2)

Q = cmΔT

Ķermeņa siltumietilpība C=cm

Q = CΔt Q = CΔT

Dots:Q=210 kJ

ΔT=10 K

m=?

Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 17.lpp.

c = 4200 J/(kg·J)

C=?

Q = cmΔTm = Q / (cΔT) m = 210·103

4200 ·10 5 kg=

C = cm C = 4200·5=21kJ/kg

Patstāvīgs uzd.: Ja ūdenim pievada 126 kJ siltuma, tad ūdens temperatūra paaugstinās par 10 K. Noteikt ūdens masu.

Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 18.lpp.

Dots:Q=2490 J

ΔT=20 K

C=?

m = 40 g

c=?

Q = CΔTC = Q / ΔT C = 2490

20124,5 J/K=

C = cm = 0,04kgc = C / m c = 124,5

0,04

311,5 J/(kg·K)

=

=

Vienatoma gāzes iekšējā enerģija

• Atomu / molekulu stāvokli var raksturot ar– kustības jeb kinētisko enerģiju Wk

– mijiedarbības jeb potenciālo enerģiju Wp

• Visu molekulu kopējo Wk un Wp summu sauc par ķermeņa iekšējo enerģiju U.

U = Wk + Wp

Vienatoma gāzes iekšējā enerģija

• Ideālas gāzes modelī vienatoma gāzei (He, Ne, Ar) atomu mijiedarbību neievēro:

U = Wk32

k – Bolcmaņa konstantek = 1,38 · 10-23 J/K

Wk= kT

Vienatoma gāzes iekšējā enerģija

• Ja gāzes daudzums n ir molu, tad visas gāzes iekšējā enerģija ir

32

m – masa, kgM – molmasa, kg/molk – Bolcmaņa konstanteT – absolūtā temperatūra, KNA – Avogadro skaitlisR – universālā gāzu konstante

U = kTNA

mM

mM

kNA = RU = RT3

2mM

Vairākatomu gāzu iekšējā enerģija• Vairākatomu gāzei iekšējā enerģija atkarīga no

atomu skaita molekulā (brīvības pakāpes) un temperatūras.

• Piemēram, divatomu molekulai temperatūrā no 6100 K

m – masa, kgM – molmasa, kg/molT – absolūtā temperatūra, KR – universālā gāzu konstante

U = RT72

mM

https://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamic_temperature

Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 17.lpp.

U = kTN32 U = RT3

2mM = RpV

TmM

R=kNA

No formulas: ja T ir vienādas, N vienāds, vienāda arī U

He molmasa M=4 g/mol,neonam M = 20 g/mol.No formulas – ja m un T irvienādas, U ietekmē tikai M. Jo M lielāka, jo U mazāka. Tā kā Ne molekulmasa 5x lielāka kā He,U neonam ~ 5x mazāka kā hēlijam.

No formulas: ja p, V un T ir vienādi, tad traukos ir vienāds skaits molekulu un vienāda arī U.

Gāzes darbs termodinamikā

• Darbs A tiek veikts tad, kad ķermenis pārvietojas attālumā L spēka F ietekmē http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_11/default.aspx@tabid=3&id=220. html

http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Thermodynamics/Ideal_Gas_Processes#Work_in_Ideal_Gases

Gāzes darbs termodinamikā

• Gāze uz virzuli iedarbojas ar spēku F = pS (p-gāzes spiediens, S-virzuļa šķērsgriezuma laukums)

• Izobāriskā procesā (p=const), ja virzulis pārvietojas attālumā L, A=FL jeb A=pSL

• Reizinājums SL ir gāzes tilpuma pieaugums ΔV

A = p ΔV

https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/siltums_un_darbs/gazes_darbs/

Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 18.lpp.

• Ja gāze veiktu darbu bez enerģijas zuduma, tad ΔU = 100 kJ – 20 kJ = 80 kJ.

• Ja pēc darba ir vairāk enerģijas kā ΔU = 80 kJ, siltums pievadīts, ja mazāk – zaudēts.

• A: Q=120-80= 40 kJ (enerģija paliek pāri, siltums pievadīts)• B: Q=100-80= 20 kJ (enerģija paliek pāri, siltums pievadīts)• C: Q=80-80= 0 kJ (siltuma apmaiņa nenotiek)• D: Q=60-80= -20kJ (enerģija pietrūkst, siltums atdots)

Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 19.lpp.

Dots:S=100 cm2

p=2·105 Pa

Δ V=?

L=20 cm

A=?

ΔV=S·L ΔV = 100·10-4 · 0,2 =

=2·10-3 m

A = p·ΔV = 0,2 m A = 2·105· 2·10-3 =

=400 J

= 100·10-4 m

Atkārtot darbības ar pakāpēm: http://www.uzdevumi.lv/p/matematika/7-klase/pakapes-1027/re-ebaf1c7d-e416-453a-bdb7-e686c2dde9b8

Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 19.lpp.

Ja darbu veic gāze, tā iekšējo enerģiju zaudē (iekšējā enerģija pēc darba ir mazāka kā pirms darba.Ja darbu veic ārējs spēks, gāzes iekšējā enerģija pieaug (iekšējā enerģija pēc darba ir lielāka kā pirms darba.

200-160=40180-40=140

160-60=100200+50+100=350

100+150+200=450500-100-100=300

400-100-120=180300-160+100=360

Papildus informācijas avoti:• http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/8-klase/siltums-6507/re-7c116def-c560-4664-

a083-d2bba131e044 • http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_11/default.aspx@tabid=3&id=220.html • https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/siltums_un_darbs/gazes_darbs/

• Особенности различных способов теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе и технике http://interneturok.ru/ru/school/physics/8-klass/teplovye-yavleniya/osobennosti-razlichnyh-sposobov-teploperedachi-primery-teploperedachi-v-prirode-i-tehnike

• Количество теплоты. Удельная теплоемкость http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/undefined/kolichestvo-teploty-udelnaya-teploemkost?seconds=0&chapter_id=850

Videostundas krievu valodā:

JAUTĀJUMI?