Tööülesanne Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. Töö teoreetilised alused Lainete levimise kiirus: , kus: v on lainete levimise kiirus, on lainepikkus, f on sagedus. Gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuse suhe: , kus on moolmass (õhu jaoks =29*10³kg/mol), v on lainete levimise kiirus, R on universaalne gaasikonstant (R=8,31 J/kmol), T on absoluutne temperatuur (°K) on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuse suhe. Heli kiirus mingil teisel temperatuuril: ,kus v on lainete levimise kiirus, t on gaasi temperatuur °C. Tabel Katse nr. f , Hz , cm In , cm In , cm ,m 1 19,5 23,3 3,8 2 23,3 26,8 3,5 3 26,8 30,1 3,5
2. Mis on täiendusprintsiip? Ükski uus teooria ei saa tekkida tühjale kohale. Vana teooria on uue teooria piirjuhtum. Nii on omavahel seotud erinevad valdkonnad. Puudub kindel piir valdkondade vahel. 13. Mis on vektorite skalaarkorrutis? Tooge kursusest kaks näidet. 20. On antud Galilei teisendused. Joonistage nendele teisendustele vastavad taustsüsteemid ja leidke seos kiiruste vahel. 36. Lähtudes Hooke'i seadusest, tuletage potentsiaalse energia valem elastsusjõu korral. 49. Coriolise jõu valem on antud. Kujutage need vektorid keha jaoks, mis liigub põhjapoolkeral läänest itta. 89. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isobaarilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik.
3. Töö teoreetilised alused Ette antud sagedusel määrata lainepikkus, arvutada heli kiirus, heli kiirus C juures ja õhu moolsoojuste vahe . Võrrelda ja saadud väärtusi käsiraamatus toodud suurustega ja andke hinnang leitud heli kiiruse v arvulise suuruse täpsusele. 4. Kasutatud valemid Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v= kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , - moolmass (õhu jaoks =29· kg/mol). = Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures. = kus t on gaasi temperatuur °C. 5. Arvutustabelid f (Hz) (cm) (cm) (cm) (m) 1 4535 23 26,8 3,8 0,077
○ *normaaltingimused: ○ temp. = 0C ○ P = 760mmHg = 1 * 10’5Pa ● Millised on isoprotsessid ja kuidas neid eraldi nimetatakse? ○ Isoprotsessi käigus ei muutu keha üks olekuparameetritest. ○ Isotermilise protsessi käigus ei muutu temperatuur: (P1/P2)=(V2/V1) ○ Isobaarilise protsessi käigus ei muutu rõhk: (V1/V2)=(T1/T2) ○ Isokoorilise protsessi käigus ei muutu ruumala: (P1/P2)=(T1/T2)
energia, k Bottzmani konstant (1.38 -23 J/K) P = 2/3 nEkin ; Ekin = mv ruut ; p = 1/3 n m0 v ruut pV = m/MRT, milles p-rõhk(Pa),v-ruumala(m),m-mass(kg),M-molaarmass(kg/kmol), R-universaalne gaasikonstant (8.31J/molK) Isoprotsessid Iso-lad. Keeles sama. Midagi on sama. Isoprotsessid on sellised protsessid, kus mingi olek on jääv. Bogle'i ja Moriette'i seadus isotermilise protsessi korral on gaasi ruumala ja rõhu korrutis jääv. Gay-Lussaci seadus isobaarilise protsessi korral on gaasi ruumala ja absoluutse t suhe jääv. v/T Charlesi seadus isohoorilise protsessi korral on gaasi rõhu ja absoluutse t suhe jääv. p/T
Temp. mis on võrdeline molekulide keskmise kineetilise energiaga nim. absoluutseks energiaks. Eksisteeri madalam võimalik temp. mille juures molekulid seisavad. Isoprotsesside korral jääb mõni gaasimoleku parameetritest samaks. Tuntumad isoprotsessid on isabaariline, isotermiline, isohooriline. Isotermiline protsses(temp on jääb). Avastjad Boyle ja Mariotte`i seadus isotermilise protsessi korral on gaasi rõhu ja ruumala korrutis jääv. Isotermilise protsessi graafikut nim. isotermiks. Isobaarilise(P=const) protsessi korral on gaasi ruumalad ja absoluutse temp suhe jääv. Graafik=isobaarset. Isohooriline protsessi korral on gaasi rõhu ja absoluutse temp. suhe jääv.
pV pV T T Isoprotsessid- nim gaasi oleku muutumist, kus üks olekuparameetritest on konstantne (ei muutu) Isohooriline protsess- gaasi oleku muutumine jääval ruumalal (teodorandipudel lõkkes) gaasi rõhk on võrdeline temperatuuriga T p T p Isohoorilise protsessi graafik on SIRGE. Ta väljendabrõhu ja temperatuuri võrdelist sõltuvust. Isobaariline protsess- nim gaasi oleku muutumist jääval rõhul (kummi kuumenemine päikese käes) rõhk on võrdeline ruumalaga T V T V isobaarilise protsessi graafik on sirge Isotermiline protsess- nim gaasi oleku muutumist jääval temperatuuril. Jääval temperatuuril on rõhk ja ruumala pöördvõrdelised p V p V
soojushulga. Soojendi annab soojushulga, mida kasutatakse gaasi paisumisel. Efektiivsus tähendab seda, kui palju saadakse kasu võrreldes kulutustega. Soojusmasina kasutegur on protsentides väljendatud arv, mis näitab, kui suure osa moodustab masina kasulik töö kütuse täielikul põlemisel vabanenud soojushulgast. Isohoorilises tööprotsessis läheb kogu juurdeantav soojushulk siseenergia suurendamiseks. Isobaarilise protsessi puhul jaguneb juurdeantav soojushulk paisumise töö ja siseenergia muudu vahel. Isotermilises protsessis läheb koju juurdeantav soojushulk paisumistööks (kõige kasulikum). Termodünaam I seadus: Q=U+A, gaasile soojushulga, siis osa energiat kasut siseenergia muutmiseks, osa tööle. = Q1-Q2/Q1 * 100% Q soojushulk,1J U siseenergia Akas kasulik töö,1J m mass,1kg Q1 tsüklis soojendilt saadud soojushulk Q2
Kus : P rõhk N moolide arv a gaasi väärtus V gaasi ruumala b - elimineeritud maht ühe mooli kohta R Universaalne gaasikonstant T - temperatuur 41. Isotermilise protsessi definitsioon, võrrand, graafik, näide. Isotermiline protsess. Protsessi käigus ei muutu gaasi temperatuur. , kus p molekulide konsetratsioon Näide: gaasi aeglane kokkusurumine kolvi all silindris, mille seinad juhivad ideaalselt soojust. 42. Isobaarilise protsessi definitsioon, võrrand, graafik, näide. Isobaariline protsess. Protsessi käigus ei muutu gaasi rõhk. Joonisel on kujutatud ühe ja sama gaasikoguse kahele erinevale rõhule vastavaid isoterme. Näide: gaasi kuumutamine hermeetilise kolviga suletud silindris, kusjuures kolb võib vabalt edasi-tagasi liikuda. 43. Isohoorilise protsessi definitsioon, võrrand, graafik, näide. Isohooriline protsess. Protsessi käigus ei muutu gaasi ruumala.
aegade teisendusvalemid. 82. Mida uurib molekulaarfüüsika? Mida uurib termodünaamika? 85. Mis on aatommass, molekulmass, mool ja molaarmass? 86. Mis on ideaalne gaas? 87. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isotermilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 88. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isohoorilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 89. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isobaarilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 90. Lähtudes joonisest, tuletage molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand. 91. Lähtudes Maxwelli jaotusseadusest, leidke tõenäoseim kiirus. 92. Lähtudes alljärgnevatest seostest, tuletage baromeetriline valem. 93. Lähtudes alljärgnevatest seostest, tuletage Boltzmanni jaotusseadus. Ellimineerige ka gaasi universaalkonstant. 94. Mis võrrandiga on tegemist? Seletage tähised. 95. Mis võrrandiga on tegemist? Seletage tähised
HELI KIIRUS LABORATOORNE TÖÖ Õppeaines: Füüsika I Ehitusteaduskond Teedeehitus Õpperühm: KTEI11 Tallinn 2010 Laboritöö aruanne 1. Töö ülesanne Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus. 2. Töö vahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. 3. Töö teoreetilised alused. Joonised. Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub lainepikkuse ja sageduse korrutisele. Heli kiirus gaasilises keskkonnas sõltub gaasi isobaarilise ja iskoorilise moolsoojusese suhtest, universaalses gaasi konstantast, absoluutsest temperatuurist ja gaasi moolmassist. Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud, saab arvutada ka heli kiirust erinevate temperatuuride juures. Hääle lainepikkuse määramiseks kasutatakse faasinihke meetodit ja heligeneraatorit (vt joonis 1). Joonis 1. Heligeneraatori skeem Heligeneraatori G väljundklemmidelt saadav helisageduslik siinussignaal muundatakse
1. Selgitage järgmisi keemilise termodünaamika põhimõisted :termodünaamiline süsteem, tasakaal,temperatuur. Kuidas on defineeritud absoluutne temperatuuriskaala? 2. Energia. Töö. Soojus. Seos nende vahel. Mis kujutab endast 3. Soojusmahtuvus. Cp ja Cv vaheline seos. Mis kujutab endast 4. Iseloomustage pööratavaid ja mittepööratavaid protsesse paisumise ja kokkusurumise näite abil. graafik 5. Töö, soojuse ja siseenergia arvutamine ideaalgaasile isotermilise, isokoorilise ja isobaarilise protsessi korral. Arvutus isotermiline 6. Tuletage avaldis S = f (q) ja tõestage, et entroopia on olekufunktsioon Entroopia tõestus. Valemid olemas tõesta lõppvalem. 7. Termokeemia. Reaktsiooni soojusefekti arvutamine. Hessi seadus. Soojusefekti sõltuvus temperatuurist. Kirchoffi seadus. 8. Entroopia pööratavates ja mittepööratavates protsessides. Spontaansete protsesside suund. 9. Absoluutse entroopia arvutamine Ei 10. Entroopia statistiline interpretatsioon 11
tööd tehes. Kui mingi süsteem teeb tööd välisjõudude vastu, siis tema siseenergia väheneb. Kui välisjõud teevad tööd mõne süsteemi jõudude vastu, siis keha siseenergia suureneb. Praktikas on ainsaks võimaluseks kasutada töötava kehana mingit gaasikogust. Gaasi paisumise töö on alati võrdeline rõhuga ja ruumala muuduga antud rõhul. Isohoorilises tööprotsessis läheb kogu juurdeantav soojushulk siseenergia suurendamiseks. Isobaarilise protsessi puhul jaguneb juurdeantav soojushulk paisumise töö ja siseenergia muudu vahel. Isotermilises protsessis läheb koju juurdeantav soojushulk paisumistööks (kõige kasulikum). Tsükliline protsess on ainus võimalus kestvaks soojuse muutmiseks tööks ning selle puhul tuleb paisuvat gaasi vahepeal ka jahutada ja kokku suruda. Soojusmasin ei saa töötada ühel kindlal temperatuuril. Kui
Mario Kajasalu Juhendaja: P. Otsnik Tallinn 2008 Tööülesanne Heli lainepikkuse määramine õhus. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. Töö teoreetilised alused Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v = f kus v on lainete levimise kiirus, . -lainepikkus, f -sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi RT v = µ kus = Cp/Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R -universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T -absoluutne temperatuur( °K) , µ -moolmass (ohu jaoks µ =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,voib . arvutada valemi järgi µv 2 = RT Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril,näiteks 0°C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit võib kirjutada:
kus v on lainete levimise kiirus, l - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi (2) RT = µ Cp kus = Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K), - moolmass (ohu jaoks =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,voib c arvutada valemi järgi (3) µv 2 = RT
kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= xRT (2) Cp x= kus Cv (3) on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant 3 ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , µ - moolmass (hu jaoks µ =29·10 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vib x arvutada valemi järgi 2 v
2. Töövahendid. Heligeneraator, telefon (valjuhääldi), mikrofon, otsilloskoop. 3. Töö teoreetilised alused. Lainete levimisel keskonnas kehtib seos v = * f , kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f- sagedus. RT Cp Teoora annab hääle kiiruse jaoks gaasides valemi kus v = , = on Cv gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R universaalne gaasikonstant (R =8,31 J/Kmol), T absoluutne temperatuur, - moolmass (õhu jaoks =29 * 10 3 kg/mol). Seega kui hääle kiirus antud gaasis on määratud, võib arvutada valemi V2 järgi. = (1) RT RT Mõõtnud hääle kiiruse v temperatuuril T, saab valemi v = abil arvutada
ruumalast ega rõhust. 2. Kirjuta energia jäävuse seaduse üldine sõnastus. Energia ei teki ega kao, ta võib vaid muunduda ühest liigist teise ning kanduda ühelt kehalt teisele. 3. Tuletada ideaalse gaasi poolt tehtava töö seos gaasi ruumala isobaarilisel muutumisel. Gaas saab teha tööd siseenergia arvelt. Olgu kolvis oleva gaasi rõhk p ning selle ristlõikepindala S. Leiame mehaanilise töö gaasi paisumisel.Eeldame, et tegu on isobaarilise protsessiga. Ag = F s cos F p = F = p S Ag = p s ( h 2 - h 2 ) Ag = p V S s = h2 - h2 Avj =-Ag ; Avj = Ag 4. Põhjenda, millal teeb gaas a) Positiivset tööd b) Negatiivset tööd gaasi ruumala isobaarilisel muutumisel. Gaas teeb positiivset tööd, kui gaasi ruumala muut on positiivne, ehk selle paisumisel. Gaasi töö on negatiivne, kui gaasi ruumala muut on negatiivne, ehk kui gaasi tõmbub kokku. 5
Tallinn 2009 1. Tööülesanne. Heli lainepikkuse määramine õhus. 2. Töövahendid. Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. 3. Töö teoreetilised alused. Lainete levimisel keskonnas levimis kiirus võrdub: v= f (1) kus v on lainete levimise kiirus, -lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi, RT v= µ (2) kus Cp = Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , - moolmass (Õhu jaoks =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud, võib arvutada valemi järgi: µv 2 = RT (3) Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures.
1. Tööülesanne Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus. 2. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. 3. Töö teoreetilised alused Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub: v=λ•f kus v on lainete levimise kiirus, λ on lainepikkus ja f on sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi: v = √((χRT)/μ) kus χ= Cp/Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R – universaalne gaasikonstant (R=8,31 J/kmol), T – absoluutne temperatuur (°K), μ – moolmass (õhu jaoks μ = 29•10 ³ kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud, võib χ arvutada valemi järgi: χ = (μv²)/(RT) Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures.
Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= √ χ RT μ (2) Cp χ= kus Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuse suhe, R - universaalne gaasikonstant (R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur ( °K), μ - moolmass (õhu jaoks μ = 29 ∙ 10 -3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud, võib χ arvutada valemi järgi μ v2 χ= (3) RT
Mida kõrgem on temperatuur, seda kiirem on hääl. Mida kõrgem on rõhk seda kiirem on hääl. 11. Erisoojus cp keha soojusmahtuvus jääval rõhul gaasi soojendamisel hoitakse rõhk const. J/ (kg*K) Erisoojus cv keha soojusmahtuvus jääval ruumalal gaasi soojendamisel ei lasta sel paisuda J/(kg*K) Aine moolsoojus on ühe mooli selle aine soojusmahtuvus. Gaasi moolsoojus isobaarilisel protsessil Cp on suurem moolsoojusest isokoorilisel protsessil CV , sest isobaarilise protsessi käigus tuleb gaasi paisumisel teha tööd. Moolsoojus Cp ühe kilomooli aine soojusmahtuvus jääval rõhul gaasi soojendamisel hoitakse rõhk const. J/(kmol*K) Moolsoojus Cv ühe kilomooli aine soojusmahtuvus jääval ruumalal gaasi soojendamisel ei lasta sel paisuda. J/(kmol*K)
Juhendaja: K. Klaas Tallinn 2013 Tööülesanne Heli lainepikkuse määramine õhus. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. Töö teoreetilised alused Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v = f kus v on lainete levimise kiirus, . -lainepikkus, f -sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi RT v = µ kus = Cp/Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R -universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T -absoluutne temperatuur( °K) , µ -moolmass (ohu jaoks µ =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,voib . arvutada valemi järgi µv 2 = RT Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril,näiteks 0°C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit võib kirjutada:
v = x f (1) v - lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi: v= RT µ (2) kus Cp ¿ Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, J R - universaalne gaasikonstant ( R=8,31 ), kmol T - absoluutne temperatuur( °K) , -3 kg - moolmass (hu jaoks µ=29 x 10 ).
3. Töö teoreetilised alused. Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v =f kus: v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= RT Cp kus = Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant 3 ( R = 8,31 J/mol·K ), T - absoluutne temperatuur (K) , µ- moolmass (hu jaoks µ =29·10 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vib arvutada valemi järgi 2 µv = RT
v =λ ∙ f (1) kus v on lainete levimise kiirus, λ - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= √ x ∙ R ∙T μ (2) Cp kus x= Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , μ - moolmass (ōhu jaoks =29·10-3 kg/mol) Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vōib x arvutada valemi järgi μ v2 x= (3) RT Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel
keha molekulide soojusliikumise kineetilise energiaga. Soojushulk: soojusülekandel üleantav energiahulk. Q=cmt Gaasi rõhk: on tingitud gaasimolekulide põrgetest vastu anuma seinu. Ideaalse gaasi olekuvõrrand: antud gaasikoguse rõhu ja ruumala korrutis on võrdne absoluutse temperatuuriga. (pV)/T=(m/M)R (m gaasi mass, M molaarmass, R gaasi universaalkonstant R=8,31 J/(molkK) Isoprotsessid: 1. Isotermilise protsessi käigus ei muutu gaasi temperatuur; 2. Isobaarilise protsessi käigus ei muutu gaasi rõhk. 3. Isohoorilise protsessi käigus ei muutu gaasi ruumala. Termodünaamika esimene seadus: süsteemi siseenergia muut on võrdne välisjõudude töö ja süsteeile antud soojushulga summaga. Soojusmasin: siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutev seade. Soojusmasina kasutegur: näitab, kui suure osa juurdeantavast soojusenergiast muundab masin kasulikuks tööks. =(Q1-Q2)/Q1=A/Q1. Aine agregaatolek ja selle muutumine:
lainepikkus (m) ja f on sagedus (Hz). √ χRT Cp Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi kus ν = μ , χ = Cv , kus χ on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R on universaalne gaasikonstant (R = 8,31 J /mol·K), T on kg/mol). Seega kui heli kiirus antud absoluutne temperatuur (K) ja μ on moolmass (ōhu jaoks μ =29·10 –3 μv 2 gaasis on määratud, vōib arvutada valemi järgi. χ = RT (2).
1.Tööülesanne. Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus. 2.Töövahendid. Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. 3.Töö teoreetilised alused. Kasutatud valemid koos füüsikaliste suuruste lahtikirjutamisega. Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f sagedus. Meie arvutustes on f konstantne 4813 Hz Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , µ - moolmass (õhu jaoks µ =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,võib arvutada valemi järgi Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures.
nim siseenergiaks U=3/2m/MRT (üheaatomilise ideaalse gaasi siseenergia) Soojushulgaks nim siseenergia hulka, mis kandub soojusvahetuse teel ühelt kehalt teisele. Soojushulka arvutatakse valemiga Q=cm..t Kui keha pannakse liikuma talle rakendatud jõu mõjul, siis tehakse meh. tööd A=Fs cosa Tööd võib teha mistahes keha, näiteks gaas mis mõjudes jõuga kolvile paneb selle silindris liikuma A=Fs=pSs=p..V (gaasi töö isobaarilise protsessi valem)' TDI süsteemile ülekandunud soojushulga arvel suureneb selle siseenergia ja süsteem teeb mehaanilist tööd Q=..U+A TDI süsteemi siseenergia muut selle üleminekul ühest olekust teise võrdub välisjõudude töö ja süsteemile antud soojushulga summaga ..U=A1+Q SOOJUSMASIN Soojusmasinaks nim perioodiliselt töötavat masinat, mis muudab siseenergiat mehaaniliseks energiaks
Millal on keha soojusmahtuvus arvuliselt võrdne keha moolsoojusega? Soojusmahtuvus näitab, kui palju tuleb anda kehale energiat, et tema temp. muutuks 1 kraadi võrra. Moolsoojus näitab, kui palju tuleb 1 moolile ainele anda energiat, et selle aine koguse temp. muutuks 1 kraadi võrra. 7. Milline on isohooriline protsess, kuidas avaldub töö isohoorilisel protsessi korral? (Põhjendada) Ruumala on konstantne. Tööd ei tehta 8. Milline on isobaariline protsess, kuidas avaldub töö isobaarilise protsessi korral? (Tähtede tähendused). Rõhk on konstantne. A = p(V2 – V1) 9. Milline on isoterminiline protsess? Milline on adiabaatiline protsess? Temperatuur on konstantne. Adiabaatiline – soojusvahetust ei toimu väliskeskkonnaga. 10. Mis on soojusmasina kasutegur ja milline on maksimaalne võimalik soojusmasina - kasutegur? (Tähtede tähendused) - Soojusmasina kasutegur näitab, kui palju kogu tööst muudab soojusmasin kasulikuks tööks. Maksimaalne võimalik kasutegur 62%
tihedus). Molekulid ideaalses gaasis on ainepunktid ja kõik põrked on absoluutselt elastsed. 87. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isotermilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 88. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isohoorilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. Graafik p-T teljestikus ühtlaselt kasvav! 89. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isobaarilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 90. Lähtudes joonisest, tuletage molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand. S m v p - m v m v =m v + p m v = -m v + p p = 2m v 91
Järeldus: antud katsekeha on valmistatud terasest. HELI KIIRUS. 1. Tööülesanne. Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus. 2. Töövahendid. Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop 3. Töö teoreetilised alused. Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v= kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= kus Cp = Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant (R = 8,31 J/kmol); T - absoluutne temperatuur (K); - moolmass (Õhu jaoks = 29 · 10-3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vib arvutada valemi järgi = Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures. = kus t on gaasi temperatuur °C. Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks.
gaasi kaaluga ja on jõud mis surub vedelikku või gaasi asetatud keha üles. nt pall vee alla. 26. Mahuline veeväljasurve on võrdne laeva veealuse osa ruumalaga ning väljendatakse ruumalaühikutes. Kaaluline koguveeväljasurve võrdub laeva ja tema lasti kogumassiga, väljendatuna massiühikutes. 27. Isoprotsessi käigus ei muutu üks olekuparameetritest ja vastav parameeter taandub gaasi olekuvõrrandist välja. Isotermilise protsessi käigus ei muutu temperatuur. Isobaarilise protsessi käigus ei muutu rõhk a=pdeltaV. Isohoorilise protsessi käigus ei muutu ruumala, gaas ei paisu ja järelikult tööd ei tee. 28. Iga aine võib olla kolmes olekus: gaasilises, vedelas või tahkes. Neid nimetatakse ka aine agregaatolekuteks -Tahke oleku korral sooritavad aine molekulid ja aatomid vaid väikesi võnkumisi tasakaaluoleku ümber. Kristallides moodustavad need asendid perioodilise kristallivõre.Tahked kehad säilitavad kuju ja ruumala.
, kus p 0 on rõhk nullnivool ja p rõhk kõrgusel h . Ideaalse gaasi siseenergia U = iRT / 2 V2 sõltub ainult temperatuurist. Ideaalse gaasi töö A12 = pdV , mis isotermilise protsessi V1 V2 korral võtab kuju A12 = RT ln ja isobaarilise korral A12 = pV . Termodünaamika I V1 seadus: süsteemile antud (võetud) soojushulk on võrdne süsteemi siseenergia muudu ja töö summaga Q = U + A12 . Adiabaatilise protsessi võrrand on pV = const , kus = C p C V .Moolsoojuste kaudu jääval rõhul ja ruumalal saame leida Q = C p T kui p = const ja siseenergia muudu iga protsessi korral valemiga U = C V T . T2
tääks ja muid soojusvahetusega seonduvaid nähtusi. Soojusvahetus protsess, kus keha või kehad vahetavad omavahel soojust. Termodünaamiline süsteem Ideaalse gaasi olekuvõrrand antud gaasikoguse rõhu ja ruumala korrutis on võrdeline absoluutse temperatuuriga. m p V = R T M Isoprotsessid 1. Isotermilse protsessi käigus ei muutu gaasi temperatuur. pV = const 2. Isobaarilise protsessi käigus ei muutu gaasi rõhk. V/T = const 3. isohoorilise protsessi käigus ei muutu gaasi ruumala. p/T = const Kujutamine graafikutel Termodünaamika alused 2 võimalust siseenergia muutmiseks - 1)Tööd tehes 2)soojusülekande teel. Erisoojus Näitab, milline soojushulk tuleb 1kg ainele anda, et ta t0 tõuseks 1K võrra. Termodünaamika I printsiip- Termodünaamilisele süsteemile juurde antav soojushulk läheb
1) Molekulid on kui ainepunktid. 2) Põrked omavahel ja anuma seintega absoluutselt elastsed. 87. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isotermilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 1) Isotermiline protsess. T=const, m=const 88. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isohoorilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 89. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isobaarilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 90. Lähtudes joonisest, tuletage molekulaarkineetilise teoooria põhivõrrand. 91. Lähtudes Maxwelli jaotusseadusest, leidke tõenäoseim kiirus. 92. Lähtudes alljärgnevatest seostest, tuletage baromeetriline valem. 93. Lähtudes alljärgnevatest seostest, tuletage Boltzmanni jaotusseadus. Ellimineerige ka gaasi universaalkonstant. 94. Mis võrrandiga on tegemist? Seletage tähised. See on Fick'i seadus. D on difusioonikoefitsient
3- tahke-vedelik (sulamine, hangumine) 4-tahke-tahke (rekristalliseerumine). 73. Millega on määratud aine agregaatolek, joonistage illustreeriv p-T diagramm. Aine agregaatolek on määratud tema olekuparameetritega. Igale kindlale rõhule ja temperatuurile vastab kindel aine agregaatolek. Aine agregaatoleku väljendamiseks kasutatakse kõige sagedamini pt-diagrammi: 74. Vee-veeauru piirkõverate kujutamine T-s diagrammil 75. Vee isobaarilise kuumutamise ja ülekuumendamise kujutamine T-s diagrammil. 76. Mida tuntakse Otto ringprotsessi all. Otto ringprotsessi kujutamine T-s ja p-v diagrammil. Kolbmootori ringprotsessi, kus soojus suunatakse protsessi püsival mahul, nimetatakse Otto ringprotsessiks. 77. Surveastme mõiste Surveaste on parameeter, mis iseloomustab sisepõlemismootori (kolbmootori) maksimaalse ja minimaalse põlemiskambri mahu suhet. 78. Indikaatorrõhu mõiste
3. tahke-vedelik (sulamine, hangumine) 4. tahke-tahke (rekristalliseerumine). 74. Millega on määratud aine agregaatolek, joonistage illustreeriv p-T diagramm. Aine agregaatolek on määratud tema olekuparameetritega. Igale kindlale rõhule ja temperatuurile vastab kindel aine agregaatolek. Aine agregaatoleku väljendamiseks kasutatakse kõige sagedamini pt-diagrammi: 75. Vee-veeauru piirkõverate kujutamine T-s diagrammil 76. Vee isobaarilise kuumutamise ja ülekuumendamise kujutamine T-s diagrammil. Isobaariline kuumutamine ülekuuumutamine 77. Mida tuntakse Otto ringprotsessi all. otto ringprotsessi kujutamine T-s ja p-v diagrammil. Kolbmootori ringprotsessi, kus soojus suunatakse protsessi püsival mahul, nimetatakse Otto ringprotsessiks. 78. Surveastme mõiste Surveaste on parameeter, mis iseloomustab sisepõlemismootori (kolbmootori) maksimaalse ja minimaalse põlemiskambri mahu suhet. 79
potentsiaal, ka vabaenergia) on defineeritud järgnevalt: F U - TS (4.1) Gibbsi energia (ehk Gibbsi vaba energia või isobaarilis- isotermiline potentsiaal) avaldub teiste termodünaamiliste funktsioonide kaudu järgnevalt: G H - TS U + PV - TS F + PV (4.2) Funktsiooni F vähenemine FT = U - TS on võrdne süsteemi poolt isotermilises pöörduvas protsessis sooritatud maksimaalse tööga: - FT = wmax (4.3) Seevastu funktsiooni G vähenemine võrdub pöörduva isobaarilise-isotermilise protsessi maksimaalse kasuliku tööga. See on kogu töö, millest on lahutatud töö välisrõhu vastu. Gibbsi energia G annab tasakaalu kriteeriumid konstantse rõhu ja temperatuuri juures, Helmholtzi energia F aga konstantsel mahul ja temperatuuril. 3. Tasakaal faaside üleminekul (Clapeyroni-Clausiuse võrrand). Tasakaal kahe faasi vahel on võimalik, kui sama ainehulga vabaenergiad kokkupuutuvates faasides on võrdsed
Jõumoment iseloomustab vaadeldava jõu mõju keha pöörlemisele. Jõumomendi ühikuks SI-süsteemis on njuuton korda meeter (1 N . m). Jõumoment kui vektor on esitatav jõu rakenduspunkti kohavektori r ja jõuvektori F vektorkorrutisena M = r * F ning on suunatud kruvireegli kohaselt piki pöörlemistelge. Moolsoojus- Aine moolsoojus on ühe mooli selle aine soojusmahtuvus. Gaasi moolsoojus isobaarilisel protsessil Cp on suurem moolsoojusest isohoorilisel protsessil CV , sest isobaarilise protsessi käigus tuleb gaasi paisumisel teha tööd. Moolsoojuste suhe k = Cp / CV on määratud gaasi molekuli vabadusastmete arvuga i kujul : k = (i + 2) / i . Soojusmahtuvus = soojushulk dzaulides, mis tõstab keha temperatuuri ühe kelvini võrra Erisoojus = soojushulk, mis tõstab antud aine massiühiku (kilogrammi) temperatuuri 1 K võrra Moolsoojus = soojushulk, mis tõstab antud aine ühe mooli ...
mõjutatud ainult omavahelistest põrgetest ja põrgetest seinaga. 82) Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isotermilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. T=const, m=const 83) Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isohoorilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. V = const, m = const 84) Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isobaarilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. P = const, m = const 85) Lähtudes joonisest, tuletage molekulaarkineetilise teoooria põhivõrrand 86) Lähtudes Maxwelli jaotusseadusest, leidke tõenäoseim kiirus. 87) Lähtudes alljärgnevatest seostest, tuletage baromeetriline valem. h dh p dp p V m R T
lisaks siseenergia muutmisele ka tööks välisjõu vastu. R. Meyer (18141878, Saksamaa) tuletas seose kilomoolsoojuste vahel: 17 C mp = Cmv + R . (5.19) Siit selgub universaalse gaasikonstandi R füüsikaline sisu see on ideaalse gaasi ühe kilomooli isobaarilise paisumise töö temperatuuri tõusul 1 K võrra. Korrutades valemi (5.6) mõlemaid pooli Avogadro arvuga, saame vasakul pool võrdusmärki ühe kilomooli gaasi molekulide summaarse kineetilise energia, see aga ongi kilomooli siseenergia: 3 3 Um = N0 k T = RT . (5.20) 2 2
v =f (3) kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi: v= RT µ (4) kus Cp ¿ Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant (R = 8,31 J /mol·K), T - absoluutne temperatuur (K), - moolmass (hu jaoks = 29·10 3 kg/mol) Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vib arvutada valemi järgi µ v2 ¿ (5) RT
Tehke graafik. Absoluutse nulli juures ideaalse gaasi rõhk on null. Kelvin tegi ettepaneku valida see punkt temperatuuri teljel nn. absoluutseks nulliks, millest väiksemat ei saa olla. 43. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isobaarilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 44. Lähtudes joonisest, tuletage molekulaarkineetilise teoooria põhivõrrand. 45. Lähtudes alljärgnevatest seostest, tuletage baromeetriline valem. 46
energiat kui ainet. siseenergiale ka väliskeskkonna potentsiaalse Olekuparameeter süsteemi olekut iseloomustav energiaga, mis on tingitud süsteemi asetsemisega suurus. Sõltumatuteks olekuparameetriteks võetakse selles keskkonnas. Ühik dzaul (J). Lühidalt, isobaarilise protsessi soojusefekt on mõõdetavad suurused nagu rõhk P , temperatuur võrdne süsteemi entalpia muuduga ( q= H ). T või kontsentratsioon c . Isokooriline protsess süsteemi ruumala protsessi käigus ei muutu
Mida uurib termodünaamika? Mis on aatommass ja molekulmass? Mis on aatommass, molekulmass, mool ja molaarmass? Mis on ideaalne gaas? 41. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isotermilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 42. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isohoorilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. Graafik p-T teljestikus ühtlaselt kasvav! 43. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isobaarilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 44. Lähtudes joonisest, tuletage molekulaarkineetilise teoooria põhivõrrand. S m v p -m v m v =m v + p m v = -m v + p p = 2m v 45
Kui gaas paisub mahust põhimõisted:termodünaamiline süsteem, vaakumisse siis x suureneb , q paisub, saabub tasakaal. tasakaal,temperatuur. 5. Töö, soojuse ja siseenergia arvutamine ideaalgaasile , kokkusurumisel: Kuidas on defineeritud absoluutne temperatuuriskaala? isotermilise, isokoorilise ja isobaarilise protsessi korral. Termodünaamiline süsteem süsteem eeldab et ta oleks V2 V1 piiritletud. Piiritletud ümbritsevast keskkonnast. Ainevahetus süsteemi ja ümbritseva keskkonna vahel ei toimu. Mehaaniline
(1cal=4,1868 J). Termodünaamilise protsessi abil viiakse süsteem algolekust (p1. V1,T1) lõppolekusse (p2. V2,T2). Süsteemi siseenergia kasvab, kui energiat antakse soojusena ja kahaneb, kui süsteem teeb energia arvel tööd. Seda seost nimetatakse termodünaamika esimeseks seaduseks. Q –soojushulk, W-tehtud töö. Adiabaatilise protsessi korral kui ei toimu soojusvahetust Isohoorilise (jääval ruumalal toimuva ) protsessi korral tööd ei tehta. Isobaarilise (jääv rõhul toimuva) protsessi korral siseenergia ei muutu. Jääva rõhu korral on temperatuuri muut ja ruumala muut võrdelises sõltuvuses. Isobaariline protsess ei ole töö tegemiseks efektiivne, kuna pool juurde antavast energiast kulub tööks ja teine pool temperatuuri tõstmiseks. Isotermilise (jääval temperatuuril toimuva ) protsessi korral muutub kogu energia tööks. Tegelikult läheb osa energiast gaasi ruumala muutmiseks. Töö seisukohalt annab parima
Ideaalne gaas on mudel, mis võimaldab klassikalise füüsika seisukohalt vaadelda suurt hulka mikroosakesi ja ühitada neid makrosuurusteks mida saab mõõta (p,V,T ja tihedus) 87. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isotermilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 88. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isohoorilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 89. Lähtudes ideaalse gaasi olekuvõrrandist, leidke seos isobaarilise protsessi oleku kirjeldamiseks. Tehke graafik. 90. Lähtudes joonisest, tuletage molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand. n ruumalaühikus olevate gaasimolekulide arv 91. Lähtudes Maxwelli jaotusseadusest, leidke tõenäoseim kiirus. 92. Lähtudes alljärgnevatest seostest, tuletage baromeetriline valem. Rõhk kõrgusel h + dh on p + dp. Rõhkude p ja dp vahe on võrdne ühikulise põhjapindalaga silindris kõrgusega dh sisalduva gaasi rõhuga. Rõhk
annaabi.ee 
