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 = cmΔT
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.
Energi =
Kinetisk
+
Potentiell
1
424
3
1
424
3
Rörelseenergi då
atomerna vibrerar
Energi tillfälligt
upplagrad i 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 vatten
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
0 K = −273,14° i övrigt samma skala som celius ( K = Kelvin )
100 K = 273,15° + 100
0°C = 273,15 K
27°C = 300 K är vetenskaplig rummstemperatur
Hur mycket energi går det åt för att höja temperaturen?
T1
T1 +
E
ΔT
m
m
E = cmΔT
ΔT = Förändring av temperatur [°C ][° K ] ⇒ Temperatur - höjning
E = c * m * ΔT
m = massan[kg ]
c = konstant = specifika värmekapacitet ⇒ c =
E ⎡ [J ] ⎤
m * ΔT ⎢⎣ [kg ]* [°C ]⎥⎦
ΔT = 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
ΔT = 10°C
Sökt:
E [J ]
Lösning:
E = c * m * ΔT där c för vatten cvatten =
⇒ E = 4,2 *10 3 *1*10 = 4,2 *10 4 ⇒
E = 4,2kJ
4,2[kJ ]
[kg ]* [°C ]
Exempel på fasövergång då ett ämne byter aggregationstilltånd (fas)
T
ΔT3
förångar vatten
100°C
värmer ånga
E = c ånga * m * ΔT
ΔT2
smälter is
0°C
ΔT1
värma is
värma vatten
E = c vatten * m * ΔT
(tillförd värme)
E = c is * m * ΔT
Fast → Flytande
smältning
Flytande → Fast
stelning
ΔTtot = ∑ ΔT = ΔT1 + ΔT2 + ΔT3
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
kondensation
⎡ [J ] ⎤
cvatten = 1,18 *10 3 ⎢
⎥
⎣ [kg ]* [°C ]⎦
⎡ [J ] ⎤
cis = 334,18 *10 3 ⎢
⎥
⎣ [kg ]* [°C ]⎦
⎡ [J ] ⎤
cånga = 2,26 *10 3 ⎢
⎥
⎣ [kg ]* [°C ]⎦
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
