Pituuden lämpötilalaajeneminen ja -kutistuminen

Samankaltaiset tiedostot
KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3. Kaasut

Exercise 1. (session: )

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

Capacity Utilization

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

P = kv. (a) Kaasun lämpötila saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla, PV = nrt

KIINTEÄN AINEEN JA NESTEEN TILANYHTÄLÖT

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

Uusi Ajatus Löytyy Luonnosta 4 (käsikirja) (Finnish Edition)

The CCR Model and Production Correspondence

2 Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö (First Law of Thermodynamics)

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

Molaariset ominaislämpökapasiteetit

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella.

Results on the new polydrug use questions in the Finnish TDI data

Termodynamiikka. Fysiikka III Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki

Efficiency change over time

make and make and make ThinkMath 2017

Lämpöopin pääsäännöt

1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward.

1. Laske ideaalikaasun tilavuuden lämpötilakerroin (1/V)(dV/dT) p ja isoterminen kokoonpuristuvuus (1/V)(dV/dp) T.

Termodynamiikka. Termodynamiikka on outo teoria. Siihen kuuluvat keskeisinä: Systeemit Tilanmuuttujat Tilanyhtälöt. ...jotka ovat kaikki abstraktioita

FY9 Fysiikan kokonaiskuva

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Exercise 3. (session: )

Network to Get Work. Tehtäviä opiskelijoille Assignments for students.

Keskittämisrenkaat. Meiltä löytyy ratkaisu jokaiseen putkikokoon, 25 mm ja siitä ylöspäin.

1. van der Waalsin tilanyhtälö: 2 V m RT. + b2. ja C = b2. Kun T = 273 K niin B = cm 3 /mol ja C = 1200 cm 6 mol 2

C++11 seminaari, kevät Johannes Koskinen

TERMODYNAMIIKAN KURSSIN FYS 2 KURS- SIKOKEEN RATKAISUT

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Ilman suhteellinen kosteus saadaan, kun ilmassa olevan vesihöyryn osapaine jaetaan samaa lämpötilaa vastaavalla kylläisen vesihöyryn paineella:

Luku 4 SULJETTUJEN SYSTEEMIEN ENERGIA- ANALYYSI

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

Aineen rakenne the structure of matter

- Termodynamiikka kuvaa energian siirtoa ( dynamiikkaa ) systeemin sisällä tai systeemien kesken (vrt. klassinen dynamiikka: kappaleiden liike)

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

KONEISTUSKOKOONPANON TEKEMINEN NX10-YMPÄRISTÖSSÄ

anna minun kertoa let me tell you

Information on preparing Presentation

KAAPELIN SUOJAAMINEN SUOJAMATOLLA

Miten koulut voivat? Peruskoulujen eriytyminen ja tuki Helsingin metropolialueella

Käyttöliittymät II. Käyttöliittymät I Kertaus peruskurssilta. Keskeisin kälikurssilla opittu asia?

Yhtiön nimi: - Luotu: - Puhelin: - Fax: - Päiväys: -

Gap-filling methods for CH 4 data

The role of 3dr sector in rural -community based- tourism - potentials, challenges

1. Yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin energiatilat saadaan lausekkeesta

Guidebook for Multicultural TUT Users

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

16. Allocation Models

LÄMPÖPUMPUN ANTOTEHO JA COP Täytä tiedot vihreisiin ruutuihin Mittauspäivä ja aika LASKE VIRTAAMA, JOS TIEDÄT TEHON JA LÄMPÖTILAERON

Choose Finland-Helsinki Valitse Finland-Helsinki

National Building Code of Finland, Part D1, Building Water Supply and Sewerage Systems, Regulations and guidelines 2007

Peruslaskutehtävät fy2 lämpöoppi kurssille

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

LYTH-CONS CONSISTENCY TRANSMITTER

EUROOPAN PARLAMENTTI

Teddy 1. välikoe kevät 2008

Uusia kokeellisia töitä opiskelijoiden tutkimustaitojen kehittämiseen

Statistical design. Tuomas Selander

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

MUSEOT KULTTUURIPALVELUINA


Aineopintojen laboratoriotyöt 1. Veden ominaislämpökapasiteetti

BRUTTO PINTA- ALA (M 2 ) KEHYKSEN MATERIAAL I. EA-HP-1500/47-18 Super heat ALUMIINI 1, , *1680*110 59

You can check above like this: Start->Control Panel->Programs->find if Microsoft Lync or Microsoft Lync Attendeed is listed

E U R O O P P A L A I N E N

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

EVALUATION FOR THE ERASMUS+-PROJECT, STUDENTSE

Alternative DEA Models

Counting quantities 1-3

Lämpötila, lämpö energiana

Other approaches to restrict multipliers

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

Ch 19-1&2 Lämpö ja sisäenergia

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 3 / Kommentti kotilaskuun 2 Termodynamiikan 1. pääsääntö 9/26/2016

Aineen olomuodot. Fysiikka 2 tiivistelmä. Lämpö. Nimityksiä: systeemit. Paine. Lämpötila F A

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

Lämpötila ja lämpöenergia

Voice Over LTE (VoLTE) By Miikka Poikselkä;Harri Holma;Jukka Hongisto

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

Lämpöoppia. Haarto & Karhunen.

Spontaanissa prosessissa Energian jakautuminen eri vapausasteiden kesken lisääntyy Energia ja materia tulevat epäjärjestyneemmäksi

1. Kumpi painaa enemmän normaalipaineessa: 1m2 80 C ilmaa vai 1m2 0 C ilmaa?

Fraktaalit. Fractals. Riikka Kangaslampi Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. 1 / 8 R. Kangaslampi Fraktaalit

Transkriptio:

8 Lämpölaajeneminen Lämpölaajeneminen tarkoittaa, että kun kappaleen lämpötila kasvaa, kasvaa myös sen koko. Vastaavasti lämpötilan laskeminen pienentää kappaleen kokoa. Kiinteiden kappaleiden pituuden muutos on suoraan verrannollinen lämpötilan muutokseen, eli l ~ T Thermal expansion means, that the size of an object changes as the temperature changes, i.e. a hot object has larger volume. The change of the length of an object is directly proportional to the change of the temperature: l ~ T Mistä lämpölaajeneminen johtuu mikrotasolla? Mitä esimerkkejä sinulla tulee mieleen lämpötilan muuttumisesta? What causes thermal expansion on microlevel? What examples can you think of thermal expansion?

Pituuden lämpötilalaajeneminen ja -kutistuminen Tässä on pituuden lämpötilakerroin, joka riippuu kappaleen materiaalista. Eri kappaleiden pituuden lämpötilakertoimia on listattu taulukkokirjaan. is the linear expansion coefficient. THe value of it depends on the material, which have been listed in MAOL-taulukot. Esim. Kupariputken pituus on 1,00 m ja sisähalkaisija 25 mm lämpötilassa 20 C. Mikä on putken pituus -25 C pakkasella? Missä lämpötilassa sisähalkaisija on 26 mm? Copper pipe is 1,00 m long and has an inner radius of 25mm in 20 C. What length is the pipe in -25 C? What temperature is the inner radius 26 mm?

Kuparille Putken pituus: T = -25-20 = -45 C = -45 K l = 1m Sisähalkaisija: T=? l = 25 mm l = 1 mm Eli lämpötilan pitää kasvaa 2380 astetta, jolloin lopullinen lämpötila olisi 20+2380= 2400 C

Lämpötilan laajeneminen on hyvin pientä, mutta kuitenkin selvästi mitattavissa. Kaava(t) pätevät kuitenkin vain pienillä lämpötilan muutoksilla! Thermal expansion is very small, but notable. The equations only work with small T! Ope näyttää esimerkin 3 kuvaajan tekemisen libreofficella: Kiinteiden kappaleiden laajeneminen tapahtuu myös kaksi- ja kolmi-ulotteisesti: Tässä ja ovat pinta-alan ja tilavuuden lämpötilakertoimet, jotka voi korvata likiarvoilla.

Esim. Suorakulmaisen teräskehikon mitat ovat 200 mm 300 mm huoneenlämmössä 20 C. Laske kehikon pinta-ala lämpötilassa 100 C. Rectangular steel frame is 200mm 300mm in room temperature 20 C. Calculate the area of the frame in 100 C. Tapa1: A = 0,2m 0,3m = 0,06 T = 80 C = 80 K Pinta-ala on 0,06 + 0,0001152 0,06012 Tapa2: lasketaan pituudet ensin

Nesteet laajenevat voimakkaammin kuin kiinteät aineet. Vesi on kuitenkin poikkeuksellinen, sillä välillä 0-4 C sen tilavuus pienenee. Vesi on tiheintä lämpötilassa +4 C. Liquids expand more than solids. Water makes an exception though, because waters volume decreases between 0 and 4 C. Water is most dense at +4 C. Kaasut laajenevat vielä nesteitäkin voimakkaammin. Gases expand even more than liquids.

9. Energian sitoutuminen ja vapautuminen Kun aineeseen siirtyy lämpöenergiaa Q, kasvaa kappaleen lämpötila, jos ei muita muutoksia tapahdu samalla. Lämpötilan nousu on suoraan verrannollinen lämpömäärään Q, eli T ~ Q When an object receives thermal energy Q, the temperature increases. The change of the temperature is directly proportional to Q. Kappaleet tarvitsevat eri lämpömäärän (Q) lämmetäkseen yhtä monta astetta ( T), riippuen siitä, mistä ne on tehty (c) ja mikä on niiden massa (m). Q = cm T Objects require different amounts of heat (Q) to increase same amount of temperature ( T), depending on what material they are (c) and what is the objects mass m.

Ominaislämpökapasiteetti c on aineen ominaisuus, joka kertoo montako joulea tarvitaan lämpöenergiaa lämmittämään 1 kg ainetta 1 K verran. Specific heat capacity c is a characteristic of material. It tells, how much heat is required for 1 kg of the material to increase the temperature by 1 K. Esim. Kattilassa on 2,0 litraa vettä, 20 C lämpötilassa. Paljonko energiaa tarvitaan nostamaan veden lämpötila 80 C asteeseen? How much energy is needed to heat 2,0 liters of water from 20 C to 80 C?

Ominaislämpökapasiteetti ei ole kuitenkaan vakio, vaan se vaihtelee. Erityisesti kaasuilla se riippuu siitä, ollaanko missä paineessa ja tilavuudessa, sillä lämmitysenergiasta osa menee kaasun tekemään työhön. Vakiopaineessa ominaislämpökapasiteetti on suurempi kuin vakiotilavuudessa. Myös lämpötila vaikuttaa c:hen. Specific heat capacity is not constant, but especially with gases it depends on the pressure and volume. Specific heat capacity is larger in constant pressure than in constant volume, because the gas does work in expanding. The temperature affects as well. Lämpökapasiteetti C kertoo kappaleen tarvitseman energian yhden kelvinin nostoon. Heat capacity C is the amount of heat required to increase temperature by 1 K of an object.

Jos kappaleen lämpökapasiteetti C on suuri, se lämpenee ja viilenee hitaasti, ja kun C on pieni, aiheuttaa pienet lämpömäärät suuren lämpötilan muutoksen. If C is large, then the object warms up or cools down slowly. If C is small, then even small heat can change the temperature easily. Jos aineen ominaislämpökapasiteetti c on suuri, varastoi se paljon energiaa. Esim. vedellä on suuri c=4,19 kj/kgk. Miten tämä näkyy luonnossa? If c is large, then it stores a lot of heat. Water has a large c=4,19 kj/kgk. How does this show in the nature?

10. Kaasujen yleinen tilanyhtälö Kaasujen tarkka mikroskooppinen mallintaminen on vaikeaa, koska siinä olevien molekyylien määrä on niin suuri. Yksinkertaisessa kaasujen mallissa, ns. ideaalikaasuissa oletetaan, että The model of ideal gas says that molekyylejä on paljon ja ne ovat pistemäisiä lots of small spherical molecules molekyylit liikkuvat satunnaisesti kaikkiin suuntiin, törmäillen toisiinsa ja seinämiin molecules move randomly everywhere, bouncing from walls and each others törmäykset ovat kimmoisia, eikä muita vuorovaikutuksia ole collisions are elastic, no other interactions

Ainemäärä n Amount of substance 1 mol = Avogadron vakio kpl = 6,022 10^22 kpl molekyylejä Kaasun normaaliolosuhteet: T=273,15 K p= 101325 Pa 1 mol kaasua normaaliolosuhteissa on 22,41410 litraa. Ideaalikaasun tilanyhtälö: pv = nrt R = 8,31451 J/molK

Esim. Felix Baumgartner rikkoi useita maailmanennätyksiä vuonna 2012 hyppäämällä 38969 metrin korkeudesta. Hän nousi tuohon korkeuteen heliumpallolla. Olosuhteet tuolla korkeudella olivat T=-25 C ja p=386 Pa. Pallon koko tässä korkeudessa oli 834500 m^3. Montako moolia heliumia pallossa oli?

11. Kaasun tilan muuttuminen Kaasujen yleinen tilanyhtälö: (vrt. pv=nrt) Tästä saadaan johdettua eri tilanteet, kun joko lämpötila, tilavuus, tai paine ovat myös vakioita: Isoterminen prosessi = lämpötila T vakio: Isothermic process = constant temperature T: Boylen laki Isokoorinen prosessi = tilavuus V vakio: Isochoric/isovolumetric/isometric process = constant volume V: Charlesin laki

Isobaarinen prosessi = paine p vakio: Isobaric process = constant pressure p: Gay-Lussacin laki: Esim. Astiassa on kaasua, jonka tilansuureiden arvot alussa ovat V = 12 litraa T = 25 C ja p = 1 bar Kaasun tilavuus muuttuu 25 litraan (=V ). Laske tilansuureiden arvot lopussa, kun prosessi on a) isobaarinen b) isoterminen a) eli

b) eli