Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset Jukka Sorjonen sorjonen.jukka@gmail.com 8. helmikuuta 2017 Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 1 / 17
Kiehuminen ja sulaminen Aineen kiehuessa tai sulaessa sen lämpötila ei muutu. Olomuodonmuutokset ja lämpötila Aineen lämpötila ei muutu olomuodon muutosten aikana, kun paine on vakio. Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 2 / 17
Jukka Sorjonen (Jyva skyla n Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 3 / 17
Kiinteä Kiinteän aineen ominaisuuksia: säilyttää kiinteän tilavuuden ja muodon; jäykkä, atomit lujasti kiinni toisissaan, kiderakenne ei puristukokoon helposti; vähän tilaa atomeiden välillä ei virtaa helposti; jäykkä, atomeilla pysyvä rakenne atomisidokset ovat jatkuvasti värähtelyssä, kun kiinteään aineeseen tuodaan energiaa lämpövärähtely voimistuu sulamispiste = lämpövärähtely niin voimakasta, että sidokset katkeavat Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 4 / 17
Neste Nesteen ominaisuuksia: muotoutuu osittain säiliön geometrian mukaan; atomit/molekyylit voivat liikkua/vieriä toistensa ohitse ei puristukokoon helposti; vähän tilaa molekyylien välissä virtaa helposti; molekyylit voivat liikkua/vieriä toistensa ohitse ei säännöllistä muotoa Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 5 / 17
Kaasu Kaasun ominaisuuksia: muotoutuu säiliön geometrian mukaisesi;molekyylit voivat liikkua toistensa ohi kokoonpuristuva; paljon vapaata tilaa molekyylien välissä virtaa helposti; molekyylit voivat liikkua toistensa ohi Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 6 / 17
Faasi Systeemin tasa-aineisia osia sanotaan faaseiksi. Kiinteä aine, neste ja kaasu ovat eri faaseja. Esim. Mojito drinkissä on nestefaasi (sokeriruo oko mehua, rommia, limettiä sekä soodavettä) sekä kiinteä faasi (mintun lehdet, murskattu jää). Faasikaavio Faasikaaviolla kuvataan aineen eri olomuotoja T,p-koordinaatistossa eli eri paineissa j alämpötiloissa. Faasikaavion sulamis-, höyrystymis- ja sublimoitumiskäyriä kutsutaan tasapainokäyriksi. Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 7 / 17
Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 8 / 17
Kolmoispiste Faasikaavion kolmoispiste kuvaa olosuhteita, joissa kolme olomuotoa ovat tasapainossa ja aine voi esiintyä samanaikaisesti kaikissa kolmessa olomuodossa. Kriittinen piste Kriittinen piste on kullekkin aineelle ominainen. Jos aineen lämpötila on kriittistä lämpötilaa korkeampi, aine ei nesteydy painetta kasvattamalla. Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 9 / 17
Ilmankosteus Ilmankosteudella tarkoitetaan ilmassa höyrynä olevaa vettä. Ilman absoluuttisella kosteudella tarkoitetaan ilmassa olevan vesihyöryn massaa tilavuusyksikköä kohti. Ilman suhteellinen kosteus ja kastepiste Ilman suhteellinen kosteus tarkoittaa, kuinka monta prosenttia ilman absoluuttinen kosteus on suurimmasta mahdollisesta kosteudesta. Kun ilman lämpötila alenee, tietyissä lämpötilassa suhteellinen kosteus saavuttaa 100%:n rajan ja vesihöyry tiivistyy. Tätä lämpötilaa sanotaan kastepisteeksi. Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 10 / 17
Ominaissulamislämpö Ominaissulamislämpö on se energia, joka yhteen kilogrammaan sulamispisteessä olevaa kiinteää ainetta on siirryttävä, jotta aineen olomuoto muuttuisi kiinteästä nesteeksi. Aineen sulattamiseen tarvittava energia on Q = sm, jossa s on aineen ominaissulamislämpö ja m massa. Kun aine jähmettyy, sama määrä energiaa vapautuu. Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 11 / 17
Ominaissulamislämmön yksikkö on [s] = Q m = J kg. Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 12 / 17
Ominaishöyrystymislämpö Ominaishöyrystymislämpö on se energia, joka yhteen kilogrammaan kiehumispisteessä olevaa kiinteää ainetta on siirryttävä, jotta aineen olomuoto muuttuisi nesteestä höyryksi. Aineen höyrystymiseen tarvittava energia on Q = rm, jossa r on aineen ominaishöyrystymislämpö ja m massa. Kun höyry tiivistyy, sama määrä energiaa vapautuu. Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 13 / 17
Kiinteän aineen sulamiseen tarvittava energia tai nesteen jähmettymisessä vapautuva energia. Q = sm Nesteen höyrystymiseen tarvittava energia tai höyryn tiivistyessä vapautuva energia Q = rm Kappaleen lämpötilan muutokseen liittyvä energia. Q = C T Aineen lämpötilan muutokseen liittyvä energia Q = cm T Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 14 / 17
Tehon luovutukseen tai vastaan ottamiseen liittyvä energia. Q = Pt Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 15 / 17
Resepti lämpöopin tehtäviin Tunnista mitä aineita(kupari, alumiini...) tai kappaleita (tietokone, tabletti...) on tehtävässä lueteltu. Tunnista systeemi; eristetty, avoin vai suljettu? Mitä faaseja (kiinteä, neste tai kaasu) tehtävässä on. Tapahtuuko faasimuunnoksia (kiehumista, sulamista, jne)? Tunnista oikeat tekijät ja valitse tarvittattavat kaavat. Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 16 / 17
Tuntitehtävä 1 Nestekaasuseoksen lämpöarvo tutkittiin kaasupolttimella varustetun retkikeittimen avulla. Alkutilanteessa keittimen tuulelta suojatussa kannellisessa alumiiniastiassa oli 0 C:n lämpötilassa 540 g vettä ja 820 g jääpaloja. Seos kuumennettiin kiehumispisteeseen. Kuumennuksen aikana nestekaasua kului 22g. Arvioi näiden tietojen perusteella kaasuseoksen lämpöarvoa (Mj/kg). Minkä tekijöiden vuoksi saamasi lämpöarvo poikkeaa todellisesta lämpöarvosta? Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 17 / 17