1 Termodynaaminen systeemi

FY03 Energia ja lämpö

Termodynaaminen systeemi

Termodynamiikka käsittelee energianmuutoksia ja lämpötilaeroista aiheutuvaa energian ja aineen siirtymistä
Termodynaaminen systeemi on ympäristöstä rajattu kokonaisuus ainetta
Systeemejä on kolmea tyyppiä

Lämpötilaerot tasoittuvat

Ideaalin systeemin lämpötila ei muutu

Kuva: Resonanssi 3 (e-Oppi)

Termodynaamista systeemiä kuvataan tilanmuuttujien avulla
Systeemejä voidaan tarkastella kahdella eri tasolla
- Makrotaso: systeemi kokonaisuutena (tilanmuuttujat T, p, V, n)
- Mikrotaso: aineen rakenneosaset (atomit tai molekyylit)

Esimerkki: Ilmapalloon puhalletaan lisää ilmaa

Kuva: Resonanssi 3 (e-Oppi)

Lämpötila on makrotason suure
- Se kuvaa koko kappaleen tilaa
Mikrotason tarkastelussa selvitetään yksittäisten atomien tapahtumia lämpötilan muuttuessa
- Lämpötila kuvaa atomien keskimääräistä liikettä

Simulaatio kaasusta mikrotasolla

Aineen lämmittämiseen tarvitaan energiaa, aineen jäähtyessä vapautuu energiaa aineen sisäenergia muuttuu
Aineen rakenneosaset liikkuvat lämpöliike
- Lämpötilan noustessa aineeseen sitoutuu energiaa, joka varastoituu atomien liike- ja potentiaalienergiana
- Energian lisäys kasvattaa atomien liikettä (satunnaisesti)
Lämpöliike on erilaista kiinteässä aineessa kuin nesteessä ja kaasuissa
- Kiinteissä aineissa atomit värähtelevät tasapainoasemansa ympärillä
- Kaasuissa ja nesteissä rakenneosaset pääsevät kulkemaan vapaammin

Lämpötila T on arkielämässä tuttu suure
- Ihminen kykenee aistimaan kappaleiden lämpötilaeroja
Lämpötilan yksiköitä ovat celsius °C, kelvin K, fahrenheit °F
- SI-järjestelmä: kelvin

0 \ \text K = -273,15 \ \degree \text C

0 \ \degree \text C = 273,15 \ \text K

Kuva: Vipu 3 (Otava)

Kuva: MAOL-taulukot (Otava)

°C K: lisätään 273,15

K °C: vähennetään 273,15

Muuta celsiusasteet kelvineiksi ja kelvinit celsiusasteiksi.

Aseta lämpötilat järjestykseen kylmimmästä kuumimpaan.

-186,3 \ \degree \text C

35 \ \text K

24\ \degree \text C

1504,78 \ \text K

0 \ \degree \text C

Yksikkömuunnokset TI-Nspirella

Lämpötilan mittaaminen perustuu lämpötilaerojen tasoittumiseen (esim. johtumalla)
Useimmat lämpötilamittarit ilmoittavat oman lämpötilansa
- Lämpömittari asettuu termodynaamiseen tasapainoon (samaan lämpötilaan) mitattavan systeemin kanssa
Mittari ei saa luovuttaa tai vastaanottaa energiaa niin, että se muuttaisi mitattavan kohteen lämpötilaa merkittävästi