Föreläsning 11 – Värme

Föreläsning 11 – Värme
Fysik A – Kap. 4.1-4.4, Kap. 7.1-7.4
Viktiga formler:
För värme-avsnittet använd E för energi (Tidigare W ) E  Energy
Inre energi: E  cmT
Värme:
E  cs m
Temperatur: E  ck m
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.
Potentiell
Energi =
+
Kinetisk






Rörelseenergi då
atomerna vibrerar
Energi tillfälligt
upplagradi de
tänkta"fjdrarna"
Inre energi: Summan av den oordnade röreleenergin och potentiella energin hos atomerna
Värme:
I fysik är värme inte det samma som i vardagligt tal.
T1 Varmt vatt en
Q Värme
T2 Kall cylinder
T1  T2
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?
Energi in i fingret
Varm kropp
Energi ut ur fingret
Kall kropp
Genom att bara känna kan vi inte kvantifiera temperatur.
Anders Celsius
Vätska utvidgas då temperaturen ökar
100 vattnets kokpunkt
0 vattnets fryspunkt
Celcius-skalan är praktik i vardagen, men opraktisk vetenskapligt. Istället sätt nollpunkten till
den temperatur då rörelse avstannar
0K  273,14 i övrigt samma skala som celius ( K  Kelvin )
100 K  273,15  100
0C  273,15K
27C  300K är vetenskaplig rummstemperatur
Hur mycket energi går det åt för att höja temperaturen?
T1
T1 
E
T
m
m
E  cmT
T  Förändring av temperatu r CK   Temperatur - höjning
E  c * m * T
m  massankg
c  konstant  specifika värmekapa citet  c 
E  J  
m * T  kg* C 
T  Temperatur - höjning
E Energi överförd genom värme
C är olika för olika ämnen och aggregationstillstånd
cis  cvatten  cvattenånga
Ex.
Hur mycket energi går det åt för att värma 1kg vatten 10C ?
Givet:
m  1kg
T  10C
Sökt:
EJ 
Lösning:
E  c * m * T där c för vatten cvatten 
 E  4,2 *103 *1*10  4,2 *10 4 
E  4,2kJ
4,2kJ 
kg* C 
Exempel på fasövergång då ett ämne byter aggregationstilltånd (fas)
T
T3
förångar v atten
100C
värmer ånga
E  c ånga * m * T
T2
värma vatten
smälter is
0C
T1
värma is
E  c vatten * m * T
tillförd
E  cis * m * T
Fast  Flytande
smältning
Flytande  Fast
stelning
Ttot   T  T1  T2  T3
Etot   E
E  cs * m
E  J  
m  kg
E är energi som måste tillföras eller tas bort för att kroppen skall smälta eller stelna
cs 
Flytande  Gas
Gas  Flytande
E  ck * m
förångning
kondensati on
 J  
cvatten  1,18 *10 3 

 kg* C 
 J  
cis  334,18 *10 3 

 kg* C 
 J  
cånga  2,26 *10 3 

 kg* C 
värme 
E
Ex.
Man har m  0,5kg is 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