1 / 36

TOPLOTA

TOPLOTA. Absolutna temperatura. stopinje Fahrenheita SI - prepovedane enote 0 o F = -17,8 o C 32 o F = 0 o C 100 o F = 37,8 o C 212 o F = 100 o C … D T = 1 o F = 5/9 o C = 0,56 o C. 0 K = -273,15 o C 273,15 K = 0 o C 274,15 K = 1 o C

iola-alexander
Download Presentation

TOPLOTA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. TOPLOTA Tehniška fizika, 2009/2010

  2. Absolutna temperatura stopinje Fahrenheita SI - prepovedane enote 0 oF = -17,8 oC 32 oF = 0 oC 100 oF = 37,8 oC 212 oF = 100 oC … DT = 1 oF = 5/9 oC = 0,56 oC 0 K = -273,15 oC 273,15 K = 0 oC 274,15 K = 1 oC 275,15 K = 2 oC … DT = 1 K = 1 oC T1 = 25 oC = 298 K T2 = 20 oC = 293 K DT = 5 K = 5 oC Tehniška fizika, 2009/2010

  3. Temperaturno raztezanje • - koeficient temperaturnega prostorninskega raztezka DT – sprememba temperature DV – sprememba prostornine V – prostornina prostorninsko: Tehniška fizika, 2009/2010

  4. Temperaturno raztezanje a - koeficient temperaturnega prostorninskega raztezka DT – sprememba temperature Dl – sprememba dolžina l – dolžina dolžinsko: b = 3 a Tehniška fizika, 2009/2010

  5. izparevanje kondenzacija taljenje zmrzovanje sublimacija Fazne spremembe trdno kapljevinsko plinsko (topljenje: sodeluje topilo, npr. v vodi raztopimo sladkor) (amorfne snovi nimajo točno določenega tališča - pri segrevanju se mehčajo) Tehniška fizika, 2009/2010

  6. Vrelišče, tališče p = 1 bar Tehniška fizika, 2009/2010

  7. Vrelišče vode • temperatura vrelišča vode • močno odvisna od tlaka • raste s tlakom kritična točka ekonom lonec morska gladina Triglav Mount Everest trojna točka Tehniška fizika, 2009/2010

  8. Fazne spremembe tališče led: temperatura tališča pada s tlakom (za 0,01 K pri 1 bar) CO2: temperatura tališča raste s tlakom (za 0,2 K pri 5 bar) Splošno: če se prostornina pri taljenju zmanjša, temperatura tališča pada s tlakom, in obratno. trojna točka: ko znižujemo tlak, se razlika med temperaturo vrelišča in tališča zmanjšuje, v trojni točki obe sovpadeta: v ravnovesju so vse tri faze (trdno, kapljevinsko in plinasto) hkrati. voda: p = 0,0062 bar, T = 0,01 0C; CO2: 5 bar, -56 0C Zelo nizek tlak: vrelišče je nižje od tališča, pride do sublimacije. Vsaka trdna snov pri nizkem tlaku sublimira: voda sublimira pri tlaku pod 0,0062 bar, CO2 tudi pri normalnem tlaku 1 bar. Kritični tlak, kritična temperatura – pri normalnih pogojih je gostota kapljevinske faze vode pri vrelišču večja od gostote plinske faze. Z višanjem tlaka in temperature se razlika gostot pri vrelišču zmanjšuje, v kritični točki sta gostoti plinske in kapljevinske faze v točki vrelišča enaki, zato ni večvrenja, kapljevina se razteza in se zvezno spreminja v plin. voda: p = 225 bar, Tv = 3740C; CO2: 74 bar, 31 0C Tehniška fizika, 2009/2010

  9. je vrsta energije • prehaja od toplega telesa k hladnejšemu • merimo jo preko spremembe temperature telesa DT (če ni faznih sprememb): • Q = m·c·DT • m – masa, c – specifična toplota • voda: c = 4186 J/(kg·K): • da 1 kg vode segrejemo za 1 K potrebujemo 4186 J toplote Toplota Tehniška fizika, 2009/2010

  10. Zmesna temperatura • staknemo telesi z različnima temperaturama • brez toplotnih izgub, kemičnih ali faznih sprememb • toplejše telo odda toploto in se shladi: T1 → Tk • hladnejše telo toploto prejme in se segreje: T2 → Tk • |Qoddana| = |Qprejeta| • m1c1(T1 – Tk) = m2c2(Tk – T2) končna (zmesna) temperatura: več teles: Tehniška fizika, 2009/2010

  11. Latentna toplota • sprememba agregatnega stanja: • toplota se porabi (taljenje, izparevanje) ali sprosti (zamrzovanje, kondenzacija) • temperatura se ne spremeni • talilna toplota: Qt = mqtqt – specifična talilna toplota • izparilna toplota: Qi = mqiqi – specifična izparilna toplota • sežigna toplota: Qs = mqsqs – specifična sežigna toplota Tehniška fizika, 2009/2010

  12. Prehajanje toplote • toplota se širi od toplejšega telesa k hladnejšemu: • P – toplotni tok, enote W = J/s • načini širjenja toplote: • prevajanje toplote (kondukcija) • prenašanje toplote (konvekcija) • sevanje (radiacija) Tehniška fizika, 2009/2010

  13. Prevajanje toplote (kondukcija) Ravna stena: l - specifična toplotna prevodnost S – površina prečnega preseka d – debelina stene DT =T2 - T1– razlika temperatur Tehniška fizika, 2009/2010

  14. Toplotni upor • zaporedne plasti • v stacionarnih razmerahje toplotni tok skozi vse plasti enak • padec temperature je velik v plasteh, ki slabo prevajajo (= dobro izolirajo): • toplotni upori se seštevajo • vzporedne plasti • enaka razlika temperatur za vsako plast • skupni tok je vsota tokov skozi posamezne plasti, večji tok skozi plast z večjo prevodnostjo • seštevajo se obratne vrednosti toplotnih uporov Tehniška fizika, 2009/2010

  15. P = k·S·DT k – koeficient konvekcije S – površina konvekcija kondukcija konvekcija Prenašanje toplote (konvekcija) • toplota se širi z gibanjem snovi (topla tekočina prehaja na mesta z nižjo temperaturo) • naravna (zaradi različne gostote na mestih z različno temperaturo) • prisilna (črpalke, ventilatorji) Tehniška fizika, 2009/2010

  16. Sevanje (radiacija) • črno telo seva (oddaja) elektromagnetno valovanje: • s = 5,7.10-8 W/m2K4 - Stefanova konstanta T – temperatura telesa S – površina telesa • telo hkrati sprejema sevanje od okolice (s temperaturo T0): • če sta telo in okolica pri isti temperaturi, sta oddani in prejeti toplotni tok enaka, drugače se telo ohlaja oz. segreva: • siva telesa: e– emisivnost e = 1 črno telo 0 < e < 1 e = 0 belo telo Tehniška fizika, 2009/2010

  17. Sevanje (radiacija) Tehniška fizika, 2009/2010

  18. Barva črnega telesa (Dober približek črnega telesa je oglje, večina kovin ima v spektru bolj zastopane krajše valovne dolžine – pri dani temperaturi izgledajo svetlejše.) Tehniška fizika, 2009/2010

  19. Energijska bilanca Zemlje Tehniška fizika, 2009/2010

  20. Učinek tople grede • Sonce ima temperaturo okoli 6000 K in seva večino toplote v vidnem delu elektromagnetnega spektra • Zemlja ima povprečno temperaturo okoli 14 ºC in seva toploto v infrardečem delu spektra • povprečna temperatura Zemlje je približno stalna, torej sta prejeta in izsevana toplota enaki • toplogredni plini (CO2, metan...) prepuščajo vidno svetlobo in absorbirajo infrardečo svetlobo • povečevanje vsebnosti toplogrednih plinov v ozračju ne spreminja količine prejete energije, zmanjšuje pa emisijski koeficient Zemlje, zato Zemlja doseže ravnovesje prejete in oddane toplote pri višji temperaturi: Tehniška fizika, 2009/2010

  21. Plinska enačba zaidealne pline (= zanemarljive sile med molekulami) p – tlak (v Pa) V – prostornina (v m3) n – množina plina (v kmolih): n = m/M m – masa (v kg) M – molekulska masa (v kg/kmol) R – splošna plinska konstanta: R = 8314 J/(kmol·K) T – temperatura (v K) Avogadrov zakon: 1 kmol idelanega plina pri normalnih pogojih (0 0C, 1,013.105 Pa) zavzema V = 22,4 m3 Tlak v posodi (dani V) je odvisen od števila molekul (m/M) in njihove hitrosti (T). Tehniška fizika, 2009/2010

  22. Zmesi idealnih plinov • vsaka komponenta se obnaša tako, kot da ostalih ni • dokaj dobro velja za zrak pri normalnih pogojih delni tlaki: n = ni, pi = p Vi = V piV= niRT pV = nRT delni volumni: n = ni, pi = p Vi = V pVi = niRT pV = nRT povprečna molekulska masa: xi = ni/n = Vi/V - molski ulomek zrak (78 vol% N2, 22 vol.% O2): M = 29 kg/kmol Tehniška fizika, 2009/2010

  23. 1. zakon termodinamike • Sprememba notranje energije (DWn) je enaka vsoti dovedenega dela (DA) in dovedene toplote (DQ): • DWn = DA + DQ • dogovor: delo ali toplota, ki jo dovedemo, je pozitivno (in obratno: odvedeno delo ali toplota sta negativna) • Notranja energija • energija telesa zaradi njegovega stanja • spreminjamo jo z delom, električnim tokom (električno delo), toploto • če se telo vrne v enako stanje, ima spet enako notranjo energijo Tehniška fizika, 2009/2010

  24. Delo pri kvazistacionarnih spremembah idealnih plinov • odvisno od poti, ni določeno s stanjem telesa • grafično je enako ploščini pod grafom p(V) • plin, ki se razpenja (DV > 0), opravlja (oddaja) delo (A < 0) • plin, ki ga stiskamo (DV < 0), prejema delo (A > 0) • če se prostornina ne spremeni (DV =0), ni dela (A = 0) Tehniška fizika, 2009/2010

  25. Specifična toplota plina segrevanje pri stalnem tlaku: DQ = mcpDT cp – specifična toplota pri stalnem tlaku segrevanje pri stalni prostornini: DQ = mcVDT cv – specifična toplota pri stalni prostornini k= cp/cV cp > cv Pri segrevanju pri stalnem tlaku se plin razteza in opravlja delo; za enako spremembo temperature je potrebno več toplote kot pri segrevanju pri stalni prostornini, kjer plin ne opravlja dela in se vsa prejeta toplota porabi za povečanje notranje energije plina. Tehniška fizika, 2009/2010

  26. Notranja energija idealnega plina Wn = mcvT Wn - notranja energija plina m – masa cv– specifična toplota pri stalni prostornini T – temperatura Za dani plin (m, cv) je notranja energija odvisna samo od temperature plina. Tehniška fizika, 2009/2010

  27. Izohora V = konst., p/T = konst., A = 0 Tehniška fizika, 2009/2010

  28. Izobara p = konst., V/T = konst., A = p(V1 – V2) Tehniška fizika, 2009/2010

  29. Izoterma T= konst., pV = konst., Tehniška fizika, 2009/2010

  30. Adiabata pV k = konst., Vk-1T = konst., p1-kT k = konst., Q = 0 Tehniška fizika, 2009/2010

  31. Krožna sprememba DWn = 0 (ker je notranja energija odvisna le od stanja telesa) A = -Q (po 1. zakonu termodinamike) Tehniška fizika, 2009/2010

  32. Toplotni stroj Plin se razpenja pri višjem tlaku in temperaturi in se stiska pri nižjem tlaku in temperaturi, zato pri razpenjanju opravi več dela, kot ga prejme pri stiskanju. Toploto prejema pri višjih temperaturah in jo oddaja pri nižjih. Izkoristek: Celotno delo se lahko spremeni v toploto (trenje…), toplota pa v delo le delno: izkoristek toplotnega stroja je vedno manjši od 1. Tehniška fizika, 2009/2010

  33. Idealni toplotni stroj • največji možni izkoristek: h = 1 - T2 / T1 • opravlja krožno spremembo med dvema izotermama in dvema adiabatama • toploto prejema pri izotermnem razpenjanju pri višji temperaturi (T1) • toploto oddaja pri izotermnem stiskanju pri nižji temperaturi (T2) • pri adiabatnih spremembah ni izmenjave toplote • delo opravlja pri razpenjanju (pri višji temperaturi in tlaku; izoterma in adiabata) • delo prejema pri stiskanju (pri nižji temperaturi in tlaku; izoterma in adiabata) • opravljeno delo je enako ploščini v grafu p(V). Tehniška fizika, 2009/2010

  34. Izkoristek idealnega toplotnega stroja Tehniška fizika, 2009/2010

  35. Izkoristek toplotnega stroja Tehniška fizika, 2009/2010

  36. Hladilnik in toplotna črpalka Hladilnik: toploto črpa na hladnem mestu in oddaja na toplem, potrebuje delo. Izkoristek (ali hladilno število) je: Toplotna črpalka: toploto črpa na hladnem mestu in oddaja na toplem, potrebuje delo. Izkoristek (ali grelno število) je: Tehniška fizika, 2009/2010

More Related