orkan almenn náttúruvísindi

Kennari Eggert J Levy 1

OrkanAlmenn náttúruvísindi

Varmaorka

Kaflahlutar

2-1 Sameindir og hreyfing

2-2 Hiti og varmi

2-3 Hitun, kæling og einangrun


Varmaorka 2-1 Sameindir og hreyfing

• Öll efni eru samsett úr örsmáum eindum, sem kallast sameindir.

• Þetta er líkan af tveimur vatnssameindum.



• Sameindir eru svo gerðar úr smærri eindum sem kallast frumeindir.

• Þetta er líkan af vetnisfrumeind (H)



• James Joule komst að þeirri niðurstöðu að varmi væri ein mynd orkunnar.

• Varmi er sú mynd orku sem flyst milli staða þar sem hitamunar gætir.



• Varmaorka byggist á hreyfingu smæstu efniseinda, sameindanna.

loftvökviFast efni



Varmaflutningur

• Varmaorka flyst frá heitum hlutum til þeirra kaldari. Varmi er orka sem flæðir á milli hluta.

• Varmi getur flust á þrjá vegu milli hluta:

með varmaleiðingu,

varmaburði

og varmageislun.



• Varmaleiðing er flutningur varma gegnum efni sem byggist á beinni snertingu efniseindanna.

Dæmi: Pottur hitnar á heitri eldavél.

Varmaleiðing á sér stað í föstum efnum, vökvum og lofttegundum.

Sum efni leiða varma betur en önnur efni og eru því góðir leiðarar.



Silfur er einn besti varmaleiðari sem til er.

Kopar leiðir líka varma mjög vel.

Hvers vegna er kopar í botni margra steikarpanna?

Hvers vegna er viður eða plast í sköfum margra eldunaráhalda?



• Varmaburður er þegar varmi flyst með varmaburði, þá berst hannmeð straumi straumefnis en straumefni er samheiti á lofttegundum og vökvum.



• Varmaburður

Dæmi: Vatn sem hitnar í potti stígur upp og ber með sér varma, en kalt vatn sígur niður í staðinn.



• Varmageislun er þegar orka flyst gegnum rúmið með varmageislun. Orkan er í mynd ósýnilegra rafsegulbylgna sem kallast innrauðar bylgjur.

• Dæmi: Varmageislun stafar frá heitri rafmagnshellu.

• Varmageislun á átt sér stað í tómarúminu, þegar varmi berst frá sólu.



• Varmageislun á Mars


Varmaorka 2-2 Hiti og varmi

• Hiti er mælikvarði á meðalhreyfingu sameindanna, en varmi er forsenda hitabreytinga. Hiti er mældur með hitamæli. Celsíus- og Kelvinkvarðar eru algengastir. Kelvinkvarði er hluti af SI-kerfinu. Lægsti hiti á Kelvin er 0K sem jafngildir -273°C.

• Lægsti hiti sem unnt er að ná nefnist alkul, þá stöðvast öll hreyfing sameindanna og engin hreyfiorka á sér stað.



Samanburður á hitamælum



• Hreyfiorka er sú orka sem býr í hlut vegna þess að hann er á hreyfingu. Hlutir á hreyfingu framkvæma vinnu. Vinna er margfeldi af krafti sinnum vegalengd.

• Innri orka hlutar er því sú orka sem fólgin er í hreyfingu og samsetningu sameindanna í hlutnum. Óregluleg hreyfing frumeinda og sameinda skapa innri orku.



• Stöðuorka er sú orka sem býr yfir vegna staðsetningu sinnar.

• Hlutur sem hvílir á gólfinu hefur enga stöðuorku. Fjarlægð hlutar frá gólfi gefur honum stöðuorku, sem vex með aukinni fallhæð.



• Efnaorka er sú orka sem bundin er í sameindum efnis og losnar þegar efnatengin rofna, til dæmis við efnahvörf.

• Einingin júl [J] er notuð fyrir vinnu og orku.

• Athugið: Varmagildi matvæla er kaloría og 1 kaloría = 4,2 J



• Efnaorka

í efnarafal



• Hitaþensla á sér stað þegar hlutir þenjast út við hita, mismikið eftir efnum og ástandi þeirra. (Allar loftegundir þenjast þó jafnmikið út við hita)

• Undantekning er vatn sem þenst líka út við kælingu undir 4°C.

• Orsök; aukinn hiti meiri hreyfiorka lengra bil verður milli sameindanna.



• Varmi er mældur í kaloríum (hitaeiningum)

• Ein kaloría er sá varmi sem þarf til að hita 1 gramm af vatni um 1°C.

• Sá eiginleiki efnis, sem er mælikvarði á hversu vel efni taka við varma nefnist eðlisvarmi.

• Eðlisvarmi er sá varmi sem þarf til að hita 1 gramm efnis um 1°C.



Verkefni

1.Hversu margar kaloríur þarf til að hita 10 grömm af vatni um 5°C?

Varmi = massi • hitastigsbreyting • eðlisvarmi efnisins

= 10 gr • 5°C • 1 kal/g •°C = 50 kaloríur

2. Hversu margar kaloríur þarf til að hita 10 grömm af áli um 5°C?Varmi =



3. Reiknaðu hversu margar kaloríur þarf til að hita 50 grömm af kopar um 10°C?Varmi =

4. Reiknaðu hversu margar kaloríur þarf til að hita 100 grömm af sjó úr 2°C í 7°C?Varmi =



• Við getum breytt orku úr einni mynd í aðra.

Hreyfiorka breytist til dæmis í stöðuorku og öfugt. Heildarorkan breytist þó aldrei í hverju tilviki fyrir sig.

• Lögmálið um varðveislu orkunnar segir:

Hvorki er hægt að skapa orku né eyða henni, heldur aðeins breyta mynd hennar.


Varmaorka 2-3 Hitun, kæling og einangrun

• Stöðuorka + hreyfiorka = lokaorka

• Orkan varðveitist alltaf, hvorki er hægt að skapa orku né eyða henni, aðeins breyta mynd hennar.



• Hitakerfi eru einkum notuð til að hita híbýli fólks, en kælikerfi til að kæla t.d. vistarverur fólks þar sem þess er þörf.

• Aðferðir þessara kerfa byggjast á þekkingu á varmaflutningi og breytingu orkunnar úr einni mynd í aðra.



• Hitakerfi og kælikerfi



• Helstu varmagjafar eru rafmagn, jarðvarmi, gas, kol, olía og timbur.



• Nýting jarðvarma

Jarðvarmi er nýttur til húshitunar á nokkrum stöðum í heiminum. Hann er einnig notaður til raforkuframleiðslu, ylræktar og í iðnaði.

Ítalir nota jarðgufu til raforkuframleiðslu, en jarðorkuver eru víðar t.d. Íslandi, Kína, Japan, USA (stærst er Geyserville) og víðar í heiminum.



• Einangrun

Einangrun dregur úr varmatapi sem verður vegna varmaleiðingar.

Dæmi um góðan einangrara er steinull, slæman málmar.



• Í kælikerfum er raforka notuð til að fjarlægja varmaorku úr vistarverum fólks eða t.d. úr kæliskápum. Varminn er leiddur út í andrúmsloftið með vökva sem dælt er gegnum kælikerfið með rafdælu.



• Í kæliferli kæliskápa breytist kælivökvinn í lofttegund og sú breyting kallar á varma úr skápnum, en síðan þéttist lofttegundin aftur og sendir varma út í umhverfið.

orkan almenn náttúruvísindi

Documents