HŐTAN, más szóval TERMODINAMIKA

1. HŐTAN,más szóval TERMODINAMIKA

2. Ahőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó. Későbbiekben tanulunk a másik két állapothatározóról is. E jellemzőt az ember elsősorban tapintás útján, a hőérzettel észleli, másodsorban hőmérő segítségével. A hőmérséklet a hőtan tudományának egyik alapfogalma. Fizika: a hőmérséklet az anyagot felépítő részecskék átlagos mozgási energiájával kapcsolatos mennyiségszögéből nézve : . A hőmérséklet statisztikus fogalom.

3. Galileo Hőmérő Galileikészítette 1593-ban Galilei hőmérője akár szobadísznek is megfelel, úgy ahogy sok más fizikai kísérleti tárgy vagy fizikai jelenséget felhasználó tárgy. (pld plazmagömb) A golyók tömegkülönbsége mindössze 2 / 1000 gramm. Ez a tömegkülönbség biztosítja számunkra a pontosan 1 °C-nyi különbséget.A golyók lesűlyednek, ha a hőmérséklet növekszik és felemelkednek, ha a hőmérséklet csökken. Az aktuális hőmérséklet a felső részen úszó legalsó golyón függő plombáról olvasható le.

4. A Celsius skála alappontjai: CELSIUS SKÁLA Alappontjai: 0°C ⇒ az olvadó jég hőmérséklete normál nyomáson. 100°C ⇒ a forrásban lévő víz hőmérséklete normál nyomáson. Az eredeti Celsius hőmérő alappontjai fordítva helyezkedtek el, és Martin Strömer, más források szerint a skót Reinike fordította meg az alappontokat 1750-ben, így alakult ki a ma is használt Celsius hőmérő.

5. KELVIN SKÁLA Ez a termodinamikai hőmérséklet-skála. Az abszolút hőmérsékleti skála használatát William Lord Kelvin (eredeti neve William Thomson, 1724-1907), angol fizikus vezettette be. 1892-ben Viktória királynőtől nemesi címet kapott (Kelvin néven ütötték lorddá). A skála alappontja az abszolút zérus pont. Abból a megfontolásból adódik, hogy a test hőmérsékletét a molekulák sebessége határozza meg. Ahol ez a sebesség nulla, az anyag alapállapota. 0 K = -273,15°C 0°C = 273K 100°C = 373K A Kelvin skálán az egységek ugyanakkorák, mint a Celsius skálán. T = t + 273

6. ÁTVÁLTÁS [°C] = ([°F] ‒ 32) · 5/9 [°F] = [°C] · 9/5 + 32

7. HŐMÉRSÉKLETÁTSZÁMÍTÁS

8. MI IS AZ ABSZOLÚT NULLA?(PERSZE, HA ÜRES A ZSEBEM) • a test hőmérsékletét a molekulák sebessége határozza meg. ahol ez a sebesség nulla, az anyag alapállapota. • 0 K-nél az anyag részecskéi már nem mozognának. • ezen a hőmérsékleten a gázok térfogata és nyomása is nulla lenne, ez az állapot nyilván nem következhet be • a gázok elég alacsony hőmérsékleten cseppfolyóssá válnak. • a hőelmélet III. főtétele értelmében ezt a hőmérsékletet nem lehet elérni • az eddig előállított leghidegebb hőmérséklet 2⋅10-9 K • az első hőmérők a gázok, folyadékok, szilárd anyagok hőtágulásán alapultak.

9. Néhány érdekes hőmérsékleti adat: A Nap felszíni hőmérséklete: 6000°C A Nap belső hőmérséklete: 15 millió °C Legforróbb csillagok belső hőmérséklete :50 millió°C Hidrogénbomba robbanásakor:300 millió°C Földfelszín átlaghőmérséklete: 15°C Ezen a hőmérsékleten a legnagyobb a víz sűrűsége: 4 °C Téli álmot alvó aranyhörcsög: 3,5°C Sütő hőmérséklete:200°C Max sütő: 380 °C Vas olvadáspontja:1539 °C Vas forráspontja: 3000 °C Arany olvadáspont:1000°C Volfrám, a legmagasabb olvadáspontú fém : 3380 °C Higany fagyáspontja: -39 °C Földön mért leghidegebb hőmérséklet -89,2 °C /Antarktisz 1983/ Oxigén fagyáspontja:-219 °C Nitrogén fagyáspontja -210 °C Nitrogén forráspontja:-196°C Plútó felszíni hőm:-220°C Galaxisok közötti tér hőm: -270°C

10. SZILÁRD TESTEK HŐTÁGULÁSA Lineáris(vonalas) hőtágulás

11. Lineáris hőtágulásról olyan szilárd anyagoknál beszélünk, ahol a keresztirányú méret elhanyagolható a hosszirány méretéhez képest. • Ilyen pl. a rudak, vezetékek, sínek, stb…hőmérsékletváltozás hatására bekövetkező méretváltozása. • Hőtágulás oka: • Hőenergia hatására a szilárd anyag belsejében megnő a részecskék rezgő- mozgásának energiája. • Ez abban nyilvánul meg, hogy nő a rezgőmozgást végző részecskék amplitúdója. • Így minden részecskének nagyobb lesz a térfogatigénye. Ez okozza a hosszváltozást. • A hosszváltozás mértéke függ • az anyag minőségétől, Minden anyagban más és más kémiai kötőerők működnek, amelyek a hőtágulás mértékét befolyásolják. • a kezdeti hosszúságától, A kezdeti hosszal arányos azon részecskék száma, amelynek amplitúdója megváltozik hőenergia hatására. • hőmérsékletváltozástól. A hőmérsékletváltozástól függ, hogy mekkora energia változtatja meg a részecskék rezgőmozgását. • Mérések azt mutatják, hogy szilárd testek lineáris hőtágulásakor bekövetkezett hosszváltozása egyenesen arányos a kezdeti hossz és a hőmérsékletváltozás szorzatával.

12. Felületi hőtágulás • Az előzőek alapján egy kétdimenziós szilárd lemez hőtágulás során bekövetkező felületváltozása az alábbi összefüggés alapján határozható meg: • A képen a diletációs rés hiánya miatti repedés látható

13. LÍRÁKna most fizika vagy magyar óra, ahol vagyunk? A hosszú csővezetékekbe U lakú szakaszokat/ lírákat/ iktatnak. A vezeték tágulásakor illetveösszehúzódásakor, az U alakú részek hajlanak meg, így a csövek nem károsodnak.

14. Térfogati hőtágulás a hőközlés hatására bekövetkező térfogatváltozás egyenesen arányos a kezdeti térfogat és a hőmérsékletváltozás szorzatával, az arányossági tényező a β-val jelölt térfogati hőtágulási együttható ÓRAI KÍSÉRLET Gravesande gyűrű

15. Folyékony halmazállapotú anyagok hőtágulása A folyadékok hőközlés hatására legtöbbször a szilárd anyagokhoz hasonlóan viselkednek. Melegítés hatására általában kitágulnak. Ennek az az oka, hogy a befektetett hőenergia növeli a részecskék rezgőmozgásának energiáját. Ez abban nyilvánul meg, hogy a részecskék nagyobb amplitúdóval végzik mozgásukat. Így minden részecskének megnő a térfogatigénye, ezért a folyadék kitágul. A térfogatváltozás egyenesen arányos a kezdeti térfogattal, mert ez határozza meg, hogy hány részecskének változik meg a térfogatigénye. ΔV ~ V0 A térfogatváltozás egyenesen arányos a hőmérsékletváltozással, mivel ez határozza meg, hogy mennyivel változik meg a részecskék rezgő- mozgásának az energiája. ΔV ~ ΔT.

16. α1/K vagy 1/°C • Különböző feladatokban, táblázatokban vagy az 1/K vagy az 1/°C mértékegységgel találkozhatunk a lineáris hőtágulási együtthatónál. • Van valami különbség? Mit kell tennem? Ezek a kérdések merülnek fel (?), esetleg a tanulókban. • Mit is tanultunk a két hőmérsékleti skáláról? A Kelvin és a Celsius skálákról? • Igeeeeeen! Talált! • Szóval az előző tananyagrészben (lsd 5 számú dia) szó volt arról, hogy a Kelvin skálán az egységek ugyanakkorák, mint a Celsius skálán. • Szóval nem kell semmit átszámolnunk!

17. A víz anomáliájakiegészítő anyag lásd másik ppt-n A víz hőtágulása kivételes. 0 °C-tól 4 °C-ig nemhogy tágulna, hanem összehúzódik. Megfigyelések azt mutatják, hogy a víz 4 °C-on tölti ki a legkisebb térfogatot. Ebből az is következik, hogy a 4 °C-os víz sűrűsége a legnagyobb. A víz hőtágulása magasabb hőmérsékleten sem lineáris. A víz kivételes hőtágulásának fontos szerepe van a tavak és a folyók befagyásakor. Amikor a tó lehűl, a felszínén lévő lehűlt víz a tó aljára kerül, mert sűrűsége nagyobb. Amikor a víz teljes mélységben eléri a 4 °C-ot, akkor az áramlás megszűnik. A felszínhez közeli víz tovább hűl, de ez a réteg már nem süllyed le, mert sűrűsége kisebb, mint a 4 °C-os víz sűrűsége. Lassan a víz felszínén jég képződik, amely úszik a vízen. Ha a tó, folyó nem túl sekély, akkor az alján mindig marad víz, amely biztosítja az állatok és a növények túlélését a nagy hidegben is. A víz tehát felülről lefelé fagy meg, míg minden más folyadék alulról felfelé.

18. FELADATOK • A példafeladatokat JPG file-ban találhatják meg a menüben. • Házifeladat példák: • -téma első óráját követően: Moór Á. Középiskolai Példatár: 755-758-ig • -téma második óráját követően:Moór Á. Középiskolai Példatár: 759, 771 • Szorgalmi: • -a téma kezdetét követő 3 hét alatt leadható a Moór Ágnes Középiskolai Példatár: 755-777-ig (kivéve: 764-765-766) kidolgozva külön lapon, egy tantárgyi ötösért!!! • Dolgozatban várhatóan több elméleti kérdés-meghatározás és 2-3 feladat-megoldás lesz. (külön figyelmet kérem, hogy a halmazállapotok meghatározására fordítsanak) • Dolgozat időpontja: órán kerül bejelentésre • Dolgozatot követően, akik 1, 2, 3-as jegyet szereztek a dolgozatukra, 1 héten belül kötelezően leadják nekem a Moór Ágnes Középiskolai Példatár: 41-91-ig kidolgozva külön lapon! Már nem ötösért! Csak gyakorlásként!

19. ÉRDEKES LINKEK • http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics • (EZ UGYAN ANGOL NYELVŰ, de hát Önök jól tudnak angolul!) • www.sdt.sulinet.hu • http://www.szertar.com/ • http://realika.educatio.hu/ • http://metal.elte.hu/~phexp (kísérletek) Dr. Juhász András • HA VALAKI VALAMILYEN ÉRDEKESET TALÁL A NETEN SZÓLJON NEKEM, HOGY BŐVÍTHESSÜK A LISTÁT!!!

20. FELHASZNÁLT IRODALOM • Fizika 10-Maxim Kiadó • www.sdt.sulinet.hu • Ötösöm lesz fizikából-Gulyás János...-Műszaki Kiadó • Fizika Középiskolásoknak - Dr. Siposs András-Korona Kiadó • Fizika Hőtan - Dr. Zátonyi – Ifj. Zátonyi • Fizika Szakközépiskolai Összefoglaló Feladatgyűjtemény • http://metal.elte.hu/~phexp (kísérletek) Dr. Juhász András • http://www.puskas.hu/diak_erettsegi/anyagok/Fizika_2007 • Wikipedia, stb más internetes anyagok • www.tar.hu/fizfoto • www.tar.hu/fizrajz • www.extra.hu/keretfizika • www.ntk.hu • www.nettankonyv.hu