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)
Mikro- ja makrotaso
- 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 mikro- ja makrotasolla
- Lämpötila on makrotason suure
- Se kuvaa koko kappaleen tilaa
- Mikrotason tarkastelussa selvitetään yksittäisten atomien tapahtumia lämpötilan muuttuessa
- Lämpötila kuvaa atomien keskimääräistä liikettä
Lämpöliike
- 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 suureena
- 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
Pohdi kaverin kanssa
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
- 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
