Värme och temperatur: Skillnad mellan sidversioner
Hakan (diskussion | bidrag) |
Hakan (diskussion | bidrag) |
||
| Rad 211: | Rad 211: | ||
=== Värmemotorn och Carnotprocessen === | === Värmemotorn och Carnotprocessen === | ||
[[Fil:Carno_engine.PNG| | [[Fil:Carno_engine.PNG|200px|right]] | ||
[[Fil:Carnot-Maschine.jpg| | [[Fil:Carnot-Maschine.jpg|300px|right]] | ||
W<sub>a</sub> = W<sub>varm</sub> - W<sub>kall</sub> | W<sub>a</sub> = W<sub>varm</sub> - W<sub>kall</sub> | ||
Versionen från 25 januari 2012 kl. 13.42
Att köpa in: termo-hygrometer
Detta avsnitt bör ta tre veckor i anspråk. Det betyder vecka 2, 4 och 5.
Repetion av Fysikens_grunder
Mysteriet med värme och temperatur
Boken Sid 128-131
Snabblabb
Vi börjar med att blanda vatten av olika temperatur för att försöka komma fram till ett ssmband mellan värme och temperatur.
Termodynamikens andra huvudsats.
Enkel formulering Om det är en temperaturskillnad mellan två kroppar flödar värme från den varmare till den kallare kroppen.
Värmeöverföringen är en form av energiöverföring, värmeenergi.
Värme kan inte av sig själv gå över från en kropp vid lägre temperatur till en annan med högre temperatur. Rudolf Clausius|Clausius]] formulering Det finns ingen process vars enda resultat är att värme från en enda värmekälla helt omvandlas till mekaniskt arbete. Lord Kelvins och Max Plancks formulering
Att spontana processer enbart sker i en riktning är ett välkänt faktum; exempelvis svalnar en kopp varmt kaffe i rumstemperatur, men samma kopp kaffe blir aldrig varm igen bara av att stå i rumstemperatur. Detta går inte att bevisa teoretiskt. Liksom i fråga om energiprincipen är det praktisk erfarenhet som har föranlett andra huvudsatsen. Texten och citaten ovan från Wikipedia
Värme
W = c m ∆T där ∆T 0 temperaturskillnaden, m = massan och c = specifika värmekapaciteten. Ibland skriver man cp där p anger att det är uppmätt vid konstant tryck. Enheten för c är kJ/(kg·K)
Tabell över specifika värmekapaciteten för några ämnen
| Ämne | Cp [kJ/(kg·K)] | |
|---|---|---|
| Järn | 0,449 | |
| Aluminium | 0,897 | |
| Vatten | 4,181 | |
| Etanol | 2,44 | |
| Glas | 0,84 | |
| Paraffin | 2,1-2,9 | |
| Trä | 0,4 |
Tabellen ovan från Wikipedia
Film
Tio minuters förklaring av Kamal Wafi:
Här är en GeoGebra som du kan använda till att räkna ut värmeenergin om c, m och T är kända. Självklart kan du skriva in andra värden på m, c och T. Du kan också öppna filen och göra egna formeler. Det fungerar ungefär som Excel.
Lös uppgifterna 701-706
Här under finns ett kalkylark där du kan beräkna värmeenergin för fyra olika ämnen genom att mata in massa och temperaturerna. temperaturskillnaden beräknaas automatiskt. Om du lägger in formel på någona annan av variablerna kan du även räkan ut denna. Det ganska användbart men det är miniräknaren ller Wolfram|Alpha också.
<ggb_applet width="607" height="253" version="4.0" ggbBase64="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" showResetIcon = "false" showAnimationButton = "true" enableRightClick = "true" errorDialogsActive = "true" enableLabelDrags = "false" showMenuBar = "false" showToolBar = "false" showToolBarHelp = "false" showAlgebraInput = "false" useBrowserForJS = "true" allowRescaling = "true" />
Uppgifter
- Lös uppgifterna 701-706
- Lösningar till uppgifterna 701-706
Materiens tillstånd
Sid 132-137
ti v 4
Länk: latent heat
Tänkbar uppgift är att flippa över till den svenska motsvarande sidan och utöka denna. Klicka på svenska i vänsterspalten.
Nu ska det inte bara handla om att värma saker. Ibland behöver man räkna på vad som händer vid fasövergångarna. nedan ser du ett diagram där is värmts från -20 C. Sedan har isen smält vattnet värmt och sedan förångats.
<ggb_applet width="530" height="315" version="4.0" ggbBase64="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" showResetIcon = "false" showAnimationButton = "true" enableRightClick = "true" errorDialogsActive = "true" enableLabelDrags = "false" showMenuBar = "false" showToolBar = "false" showToolBarHelp = "false" showAlgebraInput = "false" useBrowserForJS = "true" allowRescaling = "true" />
Smältvärme
Ws = lsm
Ångbildningsvärme
Wå = låm
Experiment med ångbildningsvärme
Doppvärmare märkt 300 W.
P = W/t W = Pt (1)
t = 4 min = 240 s. mföre = 300 ml = 0.3 kg mefter = 270 ml = 0.27 kg
Massan på det förångade vattnet = 0.300-0.270 = 0.030 kg
W = lå*m <==> lå = W/m lå = Pt/m om man använder (1)
lå = 300*240/0.03 = 2400 kJ/kg
Tabellvärdeet är 2260 kJ/kg
Felkällor: Mätningen av vattnets volym är inte vidare exakt. Vidare har vi gjort antagandet att all värme från doppvärmaren går till att förånga vattnet men viss värme strålar säkert i luften eller leds bort av termosen.
Uppgift: Antag att vi har gjort bra mätningar ovan men att inte 100% av effekten går in i förångningen. Vilekn verkningsgrad har vi då från doppvärmaren i vattnet?
Verkningsgraden = Peffektiv/Pdoppvärmare = Weffektiv/Wdoppvärmare = lå,tabell*m/lå,experiment*m = 2260/2400 = 94 %
Övrigt
Tabell över smältentalpitet och ångbildningsentalpitet
| Ämne | ls [kJ/kg] | lå [kJ/kg] | |
|---|---|---|---|
| Etanol | 105 | 841 | |
| Glykol | - | 800 | |
| Vatten | 334 | 2260 | |
| Metanol | - | 1100 |
Kamal Wafi förklarar uppvärmning och fasövergångar
Kamal Wafi räknar på uppvärmning av ett ämne
Lös uppgifterna 707-711
Här finns facit till uppgifterna 707-711:
Här finns uträkningen till uppgift 710 gjord i Wolfrqam|Alpha.
Värmeöverföring samt Kylmaskiner och värmemotorer
Sid 138-146
ti v 4
Dela ut labbinstruktion till värmelabben.
Värmeöverföring
Det finns tre typer av värmeöverföring:
- strömning, exempelvis luften i ett rum eller vätskan i en kastrull.
- ledning i metaller och andra material.
- strålning, exempelvis från en eld, ugn eller solen.
Demo: Visa gärna värmeöverföring med metallstavar och provrör.
Komprimering av en gas
Komprimering av en gas gör att volymen minskar. Detta leder till att temperaturen ökar enligt allmänna gaslagen. Tänk på en cykelpump. Den blir varm när luften i den komprimeras.
Mikroexperiment: Andas ut på din hand. Hur känns det? Blås på handen. Hur känns det nu? Att det blir kallare när man blåser beror på att luften är under tryck i munnen men sedan minskar trycket utanför munnen varvid temperaturen sjunker.
Lärarinstruktion till simuleringen nedan.
| Click to Run |
Kylning
Länkar:
Kylskåpets funktion
Man kan förklara hur kylskåpet fungerar genom att titta på hur gasen komprimeras och expanderar. Kompressorn komprimerar (pressar ihop) gasen utanför kylskåpet. Det höjer temperaturen på gasen men sedan går gasen i ringlande rör på baksidan av kylskåpet och kyls av. Sedan går gasen igenom en strypventil som håller trycket mot kompressorn. Men efter strypventilen lättar trycket och gasen expanderar i det rör som går in i kylskåpet. När gasen expanderar kyls den av och kan därför ta emot värme från kylskåpet som blir kallare. Även här går gasen i ringlande rör och den blir varmare mot slutet. Röret går ut ur kylskåpet igen och kommer till kompressorn som suger in gasen och pumpar upp den i tryck i gen på andra sidan. Så ser cykeln ut och den upprepas så fort kylskåpet behöver kylas.
Länkar
- Läs om Baltzar von Platen
- Finsk teve om kylskåpets funktion. Denna film har härlig finlandssvenska och förklarar kylskåptes funktion utifrån fasövergångar, alltså förångning och kondensation.
Värmemotorn och Carnotprocessen
Wa = Wvarm - Wkall
Verkningsgrad för värmemaskiner
Här ledning:
η = Wnyttig/Wtillförd = Wa/Wvarm = (Wvarm - Wkall)/Wvarm = 1 - Wkall/Wvarm = 1 - Tkall/Tvarm
Lös uppgifterrna 712-719
De första uppgifterna kräver inga större uträkningar så där räcker bokens facit. Men här finns lösningar till 718 och 719.
Laboration Värme
Fre v 4
Repetition
Tisdag v 5 och fredag v 5
Kort laboration:
Doppvärmare, termos, vatten, mätglas, termometer, stativ, klämma, muff. Höj temperaturen cirka 10 grader och räkan ut vattnets värmekapacitivitet. OBS! akta så termomentern ej kommer i kontakt med doppvärmaren som är het och smäller termometern om de kommer i kontakt.
Prov
ti v 6