Hőtan

1. Hőtan Készítette: Horváth Zoltán

2. Tartalom A nyomás fogalma Szilárd testek lineáris hőtágulása Fázisok, Fázis átalakulások Hőmérséklet, hőmérés

3. A nyomás fogalma Definíció: Egy felületre ható merőleges irányú nyomóerő és a nyomott felület nagyságának hányadosát nyomásnak nevezzük. Jele: p Kiszámításának módja: Ahol F a felületre merőleges irányú nyomóerő nagyságát,A pedig a nyomott felület nagyságát jelöli. Mértékegysége: Pa (Pascal) Használatos mértékegységek: Hgmm; Atm; Bar; Torr; …

4. A hidrosztatikai nyomás fogalma Definíció: A folyadékoszlop súlyából származó nyomóerő és a nyomott felület nagyságának hányadosát hidrosztatikai nyomásnak nevezzük. Jele: ph Kiszámításának módja: Ahol m a folyadékoszlop tömegét, g pedig a nehézségi gyorsulást jelöli. Használjuk fel a sűrűség képletes definíciójának átrendezését! Ahol ρa folyadék sűrűségét, V a térfogatát jelöli. Egy hasáb térfogatát a következőképen számoljuk ki: Ahol h az oszlop magasságát jelöli. Mértékegysége: Pa (Pascal)

5. Mekkora a hidrosztatikai nyomás egy 25m mély bányató mélyén? A tó mélyén a víz nyomása 250 000Pa.

6. Mekkora a hidrosztatikai nyomás egy 250m mélységben egy óceánban? Az óceánban 250 m mélységben 2575 KPa a nyomás értéke.

7. Mekkora a hidrosztatikai nyomás a Marianna-árok mélyén? A Föld legmélyebb pontján kb 13,65 MPa a nyomás értéke .

8. Szilárd testek lineáris hőtágulása Lineáris, vagy hosszanti hőtágulásnak nevezzüka testek olyan alakváltozását, amely során a szilárdtest hosszának változása a hőmérséklet-változás hatására következik be. Egy adott test lineáris méretének változása: * egyenesen arányos a hőmérséklet megváltozásával; * egyenesen arányos az eredeti hosszával; * egyenesen arányos a testek anyagi minőségével; Az anyagi állandót lineáris hőtágulási tényezőnek nevezzük. Mértékegysége:

9. Mennyivel növekszik meg a hossza annak a 100mhosszúságú alumínium-huzalnak, amelynek a hőmérséklete 15 oC-ról 45 oC-ra nő meg? A 30oC-os100m hosszú alumínium huzal hossza 30oC-os Melegedés hatására 7,2 cm-rel nyúlik meg.

10. Mennyire növekszik meg a hossza annak a 18mhosszúságú vasúti sínnek, amelynek a hőmérséklete -10 oC-ról 40 oC-ra nő meg? A -10oC-os18m hosszú vasúti sín hossza 50oC-os melegedés hatására 9,9 mm-rel nyúlik meg. A vasúti sín hossza 18,0099m-re változik meg ilyen környezeti hatásra.

11. Mekkora volt a hőmérsékletváltozás, illetve mennyi lettaz új hőmérséklet, ha az eredetileg 35 oC-os, 30m magasAl oszlop hossza 29,9m-re változott? Az alumínium oszlop hőmérséklete kb 139oC-kal csökkenhetett. Ilyen hideget a Földön még nem mértek!

12. Állapotjelzők • Nyomás • Jele: p Mértékegysége: Pa • Térfogat • Jele: V Mértékegysége: m3 • Részecskeszám • Jele: N • Hőmérséklet • Jele: T Mértékegysége: K

13. Hőmérséklet • A hőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó. Változása szorosan összefügg az anyag más makroszkopikus tulajdonságainak változásával. • Az ember elsősorban tapintás útján, a hőérzettel észleli, másodsorban hőmérő segítségével. • A hőtan, más néven termodinamika tudományának egyik alapfogalma.

14. Celsius féle hőmérő Hőmérők Kelvin féle hőmérő Víz forráspontja normális, 100KPa nyomáson 100 oC 373 K 212 oF 27 oC víz hőmérsékletenormális, 100KPa nyomáson 27 oC 300K 80,6 oF Víz fagyáspontja normális, 100KPa nyomáson 0 oC 273 K 32 oF -273,16 oC 0 K -459,7 oF Legalacsonyabb hőmérséklet Fahrenheit féle hőmérő

15. A hő mérése

16. Termodinamika főtételei I. Főtétel (A belső energia és a tágulási munka) A rendszer belső energiájának megváltozása egyenlő a „kívülről a rendszerhez vezetett” hőmennyiségnek és munkának az összegével. (Clausius, 1822-1888)

17. II. Főtétel Másodfajú perpetum mobile nem létezik. III. Főtétel Az abszolút hőmérsékleti skálán a zérus fok megközelíthető, de el nem érhető

18. Fázisátalakulásokjelenségek

19. Olvadás Olvadásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során szilárd halmazállapotú anyagból folyékony halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: A jég vízzé olvad

20. Párolgás Párolgásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során folyékony halmazállapotú anyagból légnemű halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: A víz vízgőzzé párolog Párolgáskor a folyadékból a viszonylag legnagyobb sebességű molekulák távoznak el. A párolgás következtében a folyadék lehűl.

21. Párolgás sebessége A párolgás intenzitása függ:  Az anyagi minőségtől  A párolgó felületnagyságától  A párolgó anyag rétegvastagságától  A környezet páratartalmától  A folyadék hőmérsékletétől  A környezet nyomásától  A párolgó cseppátmérőjétől

22. Lecsapódás Lecsapódásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során Légnemű halmazállapotú anyagból folyékony halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: A vízgőz hideg felületen vízzé csapódik le.

23. Fagyás Fagyásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során folyékony halmazállapotú anyagból szilárd halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: A víz jéggé fagy.

24. Szublimáció Szublimációnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során szilárd halmazállapotú anyagból légnemű halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: Jód, kámfor, szárazjég

25. Kondenzáció Kondenzációnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során légnemű halmazállapotú anyagból szilárd halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: Jód, kámfor, szárazjég

26. Halmazállapotok, fázisok (Szupravezető) Szilárd Olvadás Fagyás Szublimáció Folyékony Kondenzáció Párolgás Lecsapódás Légnemű Plazma

27. Fajhő • Egy test fajhője megmutatja, hogy mennyi energiát kell befektetni ahhoz, hogy az 1 kg tömegű testet 1 K fokkal felmelegítsük! • Jele: c • Mértékegysége:

28. Olvadáshő • Egy szilárd test olvadáshője megmutatja, hogy mennyi energia kell az 1kg tömegű test megolvasztásához. • Jele: • Mértékegysége:

29. Mennyi energia kell ahhoz, hogy elolvasszunk 5kg 0oC-os jeget? A jég megolvasztásához 1668,7 kJ energia szükséges.

30. Forrás • Az a jelenség, amely akkor jön létre, amikor az anyag belsejében gőzfázis keletkezik, és a gőz buborék formájában távozik a folyadékból. Forráspontnak nevezzük azt a hőmérsékletet, amelyen a forrás bekövetkezik. A tiszta víz egyik tulajdonsága, hogy óvatosan melegítve a víz túlhevíthető. Ebben az állapotában nagyon instabil. Egy beeső porszem, vagy rázás hatására a víz robbanásszerűen gőzzé alakul. Ez a jelenség sokszor okozott kazánrobbanást.

31. Forráshő • Egy folyékony anyag forráshője megmutatja, hogy mennyi energia kell az 1kg tömegű test elforralásához. • Jele: • Mértékegysége:

32. Néhány anyag forráspontja és forráshője

34. Hőtani feladatok

35. Kalorimetrikus feladatok

36. 2 dl 20oC-os vízhez egy jól hőszigetelt termoszba öntünk 3 dl forró vizet. Mekkora lesz a hőmérséklete a folyadéknak a hőkiegyenlítődés után? Fontosabb észrevételek: Nincs halmazállapot-változás Azonos fázisú anyagok Azonos fajhő:c1=c2 Azonos anyagok Mindkét anyagnak ugyanannyivalváltozik a belső energiája 68oC lesz a folyadék hőmérséklete a termoszban.

37. 3 dl 10oC-os vízhez egy jól hőszigetelt termoszba öntünk 7 dl forró vizet. Mekkora lesz a hőmérséklete a folyadéknak a hőkiegyenlítődés után? Fontosabb észrevételek: Nincs halmazállapot-változás Azonos fázisú anyagok Azonos fajhő:c1=c2 Azonos anyagok Mindkét anyagnak ugyanannyivalváltozik a belső energiája 73oC lesz a folyadék hőmérséklete a termoszban.

38. 15 liter 16oC-os vízhez egy jól hőszigetelt edénybe mennyi forró vizet kell önteni, hogy a hőkiegyenlítődés után a kialakuló hőmérséklete a folyadéknak 30oC legyen? Fontosabb észrevételek: Nincs halmazállapot-változás Azonos fázisú anyagok Azonos fajhő:c1=c2 Azonos anyagok Mindkét anyagnak ugyanannyivalváltozik a belső energiája 3kg forró vizet kell önteni az aktuális melegítéshez.

39. 2 l 10oC-os vízhez egy jól hőszigetelt edénybe öntünk 5 l forró etanol alkoholt. Mekkora lesz a hőmérséklete a keveréknek a hőkiegyenlítődés után? Nincshalmazállapot-változás Azonos fázisú anyagok Fontosabb észrevételek: Mindkét anyagnak ugyanannyivalváltozik a belső energiája 50,6oC lesz a keverék hőmérséklete az edényben.

40. 2 dl 25oC-os vízhez egy jól hőszigetelt edénybe öntünk 20g -10oC hőmérsékletű jeget. Mekkora lesz a hőmérséklete a keveréknek a hőkiegyenlítődés után? Vanhalmazállapot-változás Nem azonos fázisú anyagok Fontosabb észrevételek: Mindkét anyagnak ugyanannyivalváltozik a belső energiája

41. 18,315oC lesz a keverék hőmérséklete az edényben.

42. É 3dl 25oC-os üdítőhöz hány gramm -10oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 10oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,02g/cm3, , fajhője 4,1 kJ/ kgoC. Először kiszámítjuk az üdítő tömegét. Induljunk ki a sűrűség definíciójából! Az üdítő 306g tömegű.

43. É 3dl 25oC-os üdítőhöz hány gramm -10oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 10oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,02g/cm3, , fajhője 4,1 kJ/ kgoC.

44. É 3dl 25oC-os üdítőhöz hány gramm -10oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 10oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,02g/cm3, , fajhője 4,1 kJ/ kgoC. A szükséges -10oC-os jég tömege: 47,3g.

45. É 2dl 20oC-os üdítőhöz hány gramm -15oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 5oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,1g/cm3, , fajhője 4 kJ/ kgoC. Először kiszámítjuk az üdítő tömegét. Induljunk ki a sűrűség definíciójából! Az üdítő 220g tömegű.

46. É 2dl 20oC-os üdítőhöz hány gramm -15oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 5oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,1g/cm3, , fajhője 4 kJ/ kgoC.

47. É 2dl 20oC-os üdítőhöz hány gramm -15oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 5oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,1g/cm3, , fajhője 4 kJ/ kgoC. A szükséges -15oC-os jég tömege: 34,1g.

48. Gáztörvények

49. Mennyi gáz részecske van egy 2dl térfogatú, 20oC hőmérsékletű 100KPa nyomású gáztartályban?