c) Absoluutne temperatuur T d) Keha mass m e) Siseenergia U f) Soojushulk Q Soojusnähtuste koral muutub ühel või teisel viisil keha siseenergia. Konkreetse keha siseenergiat on väga raske või peaaegu võimatu määrata, kuid siseenergia muutu saab kindlaks teha küllalt lihtsalt. Siseenergia muutmiseks tuntakse kahte viisi: a) Soojusvahetus ehk soojusülekanne b) Mehaaniline töö Soojushulgaks nimetatakse siseenergia hulka, mis kandub ühelt kehalt teisele soojusvahetuses. Termodünaamika on arenenud koos soojusmasinate leiutamisega - kõigis neis põletatakse kütust ja saadud energia arvel pannakse midagi töö tegemiseks liikuma (soojuse muundamine tööks). 2. Termodünaamika 1.printsiip Termodünaamika süsteemiks nimetatakse kehade hulka, mis on omavahel soojusvahetuses. Termodünaamilisele süsteemile antud soojushulk kulub süsteemi siseenergia suurendamiseks ja töök välisjõudude vastu. Q=U+A, kus Q-süsteemile antud soojushulk
· Amorfne aine--tahke aine, millel puudub kristallstruktuur ja millel on omadus voolata. Füüsika seisukohalt on amorfne aine üliväikse voolavusega (suure sisehõõrdega) vedelik. · Anisotroopia--monokristallide põhiomadus, mis seisneb selles, et tänu molekulide paiknemise kindlale korrale sõltuvad aine füüsikalised omadused suunast. · Aurumine--faasisiire, kus aine läheb vedelast olekust gaasilisse. · Avatud termodünaamiline süsteem--kehade kogum, mis on soojusvahetuses nii omavahel kui ka väljaspool kogumit asuvate kegadega. · Difusioon--nähtus, mille sisuks on erinevate ainete segunemine soojusliikumise tagajärjel. · Entroopia--makroskoopiline suurus, mida kasutatakse ternodünaamikas teise printsiibi kvantitatiivsel esitamisel. Iseenesliku protsessi tulemusena sületud süsteemis entroopia kasvab. · Faas--mikrokäsitluse ühe aine olek, mis erineb sama aine teistest olekutest osakeste
Soojushulk- Siseenergia, mille keha soojusvahetusel saab või ära annab. Ühik: J või cal Siseenergia- Mikrokäsitluses keha molekulide Ek ja Ep summa. Termodünaamika- Teadusharu, mis uurib soojusnähtusi, eeldamata seejuures aine molaarset ehitust. Soojusvahetus- Protsess, kus üks keha annab soojust ära ja teine saab juurde. Termodünaamiline süsteem- Kehade süsteem, mis vahetavad soojust. Suletud süsteem- Kehade kogum, mis on soojusvahetuses ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega. Isoprotsess- Protsess, kus üks olekuparameeter ei muutu. a) Isobaarne: p = const / b) Isokoorne: V= const / c) Isotermne: T= const ( Browni liikumine- Nähtus, kus vees mittelahustuvad ainekübemed saavad vee molekulidelt pidevalt tõukeid ja on seetõttu korrapäratus liikumises. Difusioon- Ühe aine molekulide tungimine soojusliikumisel teise aine molekulide vahele.
Suurust,mis iseloomustab keha soojuslikku seisundit nim. temperatuuriks. Soojushulk on siseenergia,mille keha soojusvahetusel saa või ära annab. Konvektsioon on ainehulkade liikumisega kaasnev soojuse levimine. Termodünaamika põhjal iga keha annab soojust ära ja võtab ka vastu. Protsessi,kus üks keha annab soojust ära ja teine keha saab juurde nim. soojusvahetuseks. Kehade süsteemi,mis vahetavad soojudt nim. termodünaamiliseks süsteemiks. Süsteem on suletud, kui ta pole soojusvahetuses süsteemi väliste kehadega Kui lisaks süsteemi kehadele toimub soojusvahetus ka muude kehadega nim. süsteemi avatud termodünaamiliseks süsteemiks. Kui mingis protsessis on kolmest olekuparameetrist üks muutumatu,siis on tegemist isoprotsessiga. Ekkeskmine kineetilineenergia Vkiirus nkonsentratsioon prõhk KBoltzmanni konstant ttemp celsiustes Ttemp Mmolaarmass momolaarmass korda süsiniku ühendi mass 1.p= 3nmoV 2. p=3nEk 3.Ek= 2 4.Ek=2kT 5.V= mo 6.pV=MRT 7.T=t+273 8.t=T273
soojusülekandel. Tähis Q, ühik 1J ja 1 cal 2. Milline seos on soojushulgal T muuda ja kehamassiga soojusülekandel? Üleantav soojushulk on võrdeline keha T vahega. 3. Mida näitab aine erisoojus? Kui suur soojushulk peab kehale kanduma, et keha massiga 1kg soojeneks 1 kraadi võrra. Tähis c, ühik J* kg C 4. Keha soojendamiseks kuluva ja jahtumisel eralduva soojushulga arvutamine? Korruta aine erisoojus keha massiga ja T vahega. 5. Kuidas muutub soojusvahetuses keha siseenergia? Soojusülekandel suureneb kõigil soojeneavte kehade siseenergia täpselet nii palju, kui palju väheneb jahenevate kehade siseenergia. 6. Mis on soojustasakaal? Soojusliku tasakaalu korral puudub kehade vahel soojusülekanne. 7. Millest sõltub aine olek? T ja rõhust 8.Milline on kristallsiste ainete siseehitus? Osakesed on korrapärased. 9. Kuidas toimub ainete sulamine, tahkumine? Igal ainel on kindel sulamis ja tahkumise
olekuparameetriteks. Olek ei tähenda siin mitte agregaatolekut, vaid ainekoguse seisundit, mison määratud olekuparameetrite p, V ja T konkreetsete väärtuste kogumiga. Kui ühte olekuparameetrit muuta, muutub ka vähemalt üks teine olekuparameeter. Mis on termodünaamiline süsteem? Termodünaamikas vaadeldakse pretsesse tavaliselt suletud ehk soojuslikult isoleeritud süsteemis(näiteks suletud termopudelis). Selliseks süsteemiks on kehade kogum, mis on soojusvahetuses ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega. Mida iseloomustab kahe keha temperatuuri vahe? Temperatuuride summal pole füüsikalist mõtet, aga temperatuuride vahel ehk temperatuuri muudul on, see määrab ära näiteks soojusvahetuse üleantava soojushulga. Temperatuuri muut tnäitab, kui palju on keha temperatuuri muutunud ja see leitakse seosest t=t t , kus t on keha lõpptemperatuur ja t keha algtemperatuur. Kuidas on saadud absoluutse temperatuuri skaala?
(Q), mis vahetatakse väliskeskonnaga ning tööle (A), mida süsteem teeb välisjõudude vastu. Seaduse rakendamine isoprotsessidele 1) Isotermilises protsessis , kus Kehale antud soojushulk läheb täielikult tööks 2) Isobaarilises protsessis 3) Isohoorilises protsessis, kus 4) Adiabaatiline protsessis, kus Süsteemi siseenergia arvelt võib toimuda töö. -Adiabaatiline protsess See on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. -Soojusmasinad, tööpõhimõte, reaalse ja ideaalse soojusmasina kasutegur Soojusmasinad on seadmed, mis muundabvad kütuse siseenergiat mehaaniliseks energiaks. Soojusmasinad on nt. Auruturbiin, aurumasin, sisepõlemismootor, reaktiivmootor. Soojendi T1 - kus toimub kütuse põletamine (nt. Katel) (Q1) TÖÖTAV KEHA - juhib välja gaasi või auru (A=Q1-Q2) (Q2) Jahuti T2 KASUTEGUR Reaalselt on soojusmasina kasutegur umbes 20% - 45% Ideaalselt oleks kasutegur 98%
soojuspaisumise kasutamine. Absoluutse nulltemperatuuri (-273,15 °C) puhul võrdub molekulide kineetiline energia nulliga. Termodünaamika uurib soojusnähtusi, eeldamata seejuures aine molekulaarset ehitust (kasutab vaid makroparameetreid). Soojusvahetuseks nimetatakse protsessi, kus üks keha annab soojust ära ja teine saab juurde. Termodünaamiliseks süsteemiks nimetatakse kehade süsteemi, mis vahetavad soojust. Suletud süsteemi korral pole ta soojusvahetuses süsteemiväliste kehadega, vastupidisel juhul on tegu avatud süsteemiga. Soojust on teistele kehadele võimeline üle andma iga keha, mille temperatuur on üle 0 K. Lõplikult ülekantava soojushulga määrab vahetunud soojushulkade vahe. Külmemad kehad annavad soojust edasi kiiremini liikuvate molekulide arvelt. Gaasi rõhk ja ruumala on jäädaval temperatuuril võrdelised. Isoprotsessiga on tegu siis, kui üks kolmest olekuparameetrist on muutumatu. Kui
Tulemusest näeme, et isohoorilise protsessi puhul on rõhk võrdeline temperatuuriga: jäval ruumalal suureneb kõikide gaaside rõhk ühteviisi ja nimelt nii, et temperatuuri tõusu ühe ühiku võrra, suureneb gaasi rõhk 1/273 võrra sellest rõhust, mis tal oli 00C juures. (rõhu termiline tegur) Isotermilised protsessid (T=const) : Neid uurisid inglane Robert Boyle ja prantslane Jean Marie Mariotte. Temperatuur saab olla konstantne ainult siis, kui süsteem on soojusvahetuses mindi väga suure süsteemiga termostaadiga. Protessid peavad kulgema väga aeglaselt. Jääval temperatuuril on V püsisuurus. p1 *V1/p2*V2 = 1 Isobaarilised protsessid (p=const) : Neid uuris prantsuse füüsik Gay-Lussac, leides, et jääval rõhul on antud gaasihulga ruumala võrdeline tema absoluutse temperatuuriga. Juhul, kui võtta üks ruumaladest, gaasi ruumala 0 oC juures, siis võime kirjutada: V0/ V = T0/T V*T0 = V0*T V= Vo*1/T0*T
Metalli erisoojuse määramine 1. Teoreetiline osa: Aine erisoojus näitab kui suur soojushulk peab kanduma 1kg antud ainest kehale, et tema temperatuur tõuseks ühe ühiku võrra. Käesolev töö põhineb soojusülekandel. Kui üks keha annab mingi hulga soojust ära, peab mõni teine keha samapalju soojust juurde saama, Q1=- Q2. Soojusülekanne kestab seni, kuni temperatuurid tasakaalustuvad. Kui on rohkem, kui kaks keha (n keha) soojusvahetuses, siis soojusliku tasakaalu võrrand on Q1+Q2+Q3+...+Qn=0. Keha poolt juurdesaadud või äraantud soojushulka saab arvutada valemiga Q=mc(t2-t1) m- keha mass c- erisoojus t1-algtemperatuur t2-lõpptemperatuur 2. Töö eesmärk: Metallist silindri erisoojuse määramine ja selle põhjal silindri materjali kindlakstegemine.. 3. Töövahendid: Metallist katsekeha, tehnilised kaalud koos vihtidega või elektroonilised kaalud, kalorimeeter, termomeeter, veekeedukann, niit katsekeha veest
Antud rõhu korral siirdetemperatuurist madalamal temperatuuril on aine ühes faasis, kõrgemal aga teises faasis. Et faasisiire toimiks antud rõhul, on vaja, et aine oleks siirdetemperatuuril. Vajalik on ka võimalus siirde soojuse äraviimiseks või juurde andmiseks. Tõepoolest, kui selline võimalus puudub, siis ei toimu ka faasisiiret. Võtame näiteks vee ja jää tükkide segu normaalrõhul ja temperatuuril 0 kraadi. Kui see segu pole väliskeskonnaga soojusvahetuses siis säilib segu muutumatuna. Praktika on sellist olukorda küll raske saavutada. Ligikaudse näitena võiksime vaadelda termospudelit (s.o. soojusliku isolatsiooni väliskeskonnast), milles säilib vee ja jäätükkide segu muutumatuna üsna kaua. See tähendab, et vesi ei muutu jääks ega jää veeks. Niisugust olukorda nimetatakse kahe faasi tasakaaluks. Võimalik on ka kolme faasi tasakaal. Kui kahe faasi tasakaal on võimalik mingil
suuremast viskoossusest (?) ja tihedusest. 2) Soolsuse või temperatuuri erinevustest tekkinud hoovused Need on süvavee hoovused, kuna tekivad vee liikumisel pindmistest kihtidest sügavamale vee tihenemise suurenemise tõttu (suurem soolsus või madalam temp.). Laskuv vesi tekib polaaraladel temperatuuri tõttu ning soojades meredes, kus aurumine on suurem, vee soolsuse tõttu. Hoovuste mõju kliimale hoovused mängivad tähtsat rolli soojusvahetuses Maa erinevate piirkondade vahel. Soojad hoovused tekivad ekvaatori piirkonnas ja liiguvad pooluste suunas. Toovad kaasa endaga niiskust ja sademeid. Kõrgem vee temp. soojendab ka õhku ning muudab kliima pehmemaks. Külmad hoovused tekivad pooluste piirkonnas ning liiguvad ekvaatori suunas. Toovad kaasa kuiva õhku, mis ei soodusta sademeid ning põhjustavad kuivemat kliimat.
lõpmata kaua. 12) Kuidas näeb välja termodünaamika seadus kahes isoprotsessis? Isotermses protsessis läheb kogu juurdeantav soojushulk paisumistööks. Kogu juurdeantav soojushulk läheb siseenergia suurendamiseks (temperatuuri tõstmiseks). 13) Mis on adiabaatiline protsess? Selgita diiselmootorite tööpõhimõtet kasutades termodünaamika seadusi. Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. Diiselmootor töötab tsüklilises protsessis. Kütuse ja õhu segu surutakse kokku ja see plahvatab. See surub kolvi alla ja heitgaasid väljutatakse. Kõik kordub. 14) Termodünaamika 2. seadus (2 sõnastust). 1-Soojus ei saa iseenesest üle minna külmemalt kehalt kuumemale. 2-Suletud süsteem püüab üle minna korrastatud olekult mittekorrastatule. 15) Soojusmasina põhimõtteline ehitus, osade ülesanne ja tööpõhimõte. Mis on tsükliline protsess?
lõpmata kaua. 12) Kuidas näeb välja termodünaamika seadus kahes isoprotsessis? Isotermses protsessis läheb kogu juurdeantav soojushulk paisumistööks. Kogu juurdeantav soojushulk läheb siseenergia suurendamiseks (temperatuuri tõstmiseks). 13) Mis on adiabaatiline protsess? Selgita diiselmootorite tööpõhimõtet kasutades termodünaamika seadusi. Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. Diiselmootor töötab tsüklilises protsessis. Kütuse ja õhu segu surutakse kokku ja see plahvatab. See surub kolvi alla ja heitgaasid väljutatakse. Kõik kordub. 14) Termodünaamika 2. seadus (2 sõnastust). 1-Soojus ei saa iseenesest üle minna külmemalt kehalt kuumemale. 2-Suletud süsteem püüab üle minna korrastatud olekult mittekorrastatule. 15) Soojusmasina põhimõtteline ehitus, osade ülesanne ja tööpõhimõte. Mis on tsükliline protsess?
Soojushulka mõõdetakse energiaühikutes, seega džaulides. Soojushulga arvutamiseks kasutatakse valemit: Q = cmt. , kus c on aine erisoojus, m keha mass ja t keha temperatuuri muut (lõpp- ja algtemperatuuride vahe). 4.1.2. Termodünaamika I printsiip Termodünaamikas vaadeldakse protsesse tavaliselt suletud ehk soojuslikult isoleeritud süsteemis (näiteks suletud termospudel). Selliseks süsteemiks on kehade kogum, mis on soojusvahetuses ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega. Suletud süsteemis kehtib termodünaamika esimene printsiip: süsteemile juurdeantav soojushulk kulub süsteemi siseenergia suurendamiseks ja mehaaniliseks tööks, mida tehakse välisjõudude vastu: Q = U + A, kus Q on juurdeantav soojushulk, U siseenergia suurenemine ja A välisjõudude vastu tehtud töö (paisumise töö). Kuna soojus ja töö on ekvivalentsed energiaga, võib ka öelda, et energia
Termodünaamika printsiibid. Termodünaamika I printsiip: suletud süsteemis süsteemile juurdeantav soojushulk kulub süsteemi siseenergia suurendamiseks ja mehaaniliseks tööks mida tehakse välisjõudude vastu: Q = U + A , kus Q on juurdeantav soojushulk, U on siseenergia muut ja A on välisjõudude vastu tehtud töö (paisumise töö). Suletud süsteem (soojuslikult isoleeritud) on kehade kogum, mis on soojusvahetuses ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega. Siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutvat seadet nim soojusmasinaks. Pööratav protsess on süsteemi üleminek ühest olekust teise, mille puhul on reaalselt võimalik esialgsele vastupidises suunas toimuv protsess, st süsteem läbib kõikesialgse protsessi vaheastmed vastupidises järjekorras. Pöördumatu protsessi korral pole olekute vastupidises järjekorras läbimine võimalik
c) molekulide vahel ei ole vastastikmõju (tõmbe-ega tõukejõude) 37. Isotermiline protsess gaasi oleku muutus, mille korral temperatuur on jääv. 38. Isobaariline protsess gaasi oleku muutus, mille korral rõhk on jääv. 39. Isokooriline protsess gaasi oleku muutus, mille korral ruumala on jääv. 40. Adiabaatiline protsess protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. 41. Soojusmasin masin, mis muundab soojust tööks. Soojusmasina põhiosad: 1) töötav keha gaas või aur 2) soojendi sellelt saab töötav keha soojushulga Q1 3) jahuti sellele annab töötav keha soojushulga Q2 42. Soojusmasina kasutegur näitab mitu % soojendilt saadud soojushulgast muutub kasulikuks tööks. 43
c) molekulide vahel ei ole vastastikmõju (tõmbe-ega tõukejõude) 37. Isotermiline protsess – gaasi oleku muutus, mille korral temperatuur on jääv. 38. Isobaariline protsess – gaasi oleku muutus, mille korral rõhk on jääv. 39. Isokooriline protsess – gaasi oleku muutus, mille korral ruumala on jääv. 40. Adiabaatiline protsess – protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. 41. Soojusmasin – masin, mis muundab soojust tööks. Soojusmasina põhiosad: 1) töötav keha – gaas või aur 2) soojendi – sellelt saab töötav keha soojushulga Q1 3) jahuti – sellele annab töötav keha soojushulga Q2 42. Soojusmasina kasutegur – näitab mitu % soojendilt saadud soojushulgast muutub kasulikuks tööks. 43. Termodünaamika I printsiip - Gaasile antud soojushulga arvel suureneb gaasi siseenergia ja
Isoprotsessiks nim oleku muutumist, milles mingi olekut iseloomustav parameeter jääb konstantseks. Isokooriliseks nimetatakse protsessi, kus gaasi ruumala on konstantne V=const, siis Isotermiliseks nimetatakse protseessi, kus gaasi temperatuur on konstantne T=const, siis p1V1=p2V2 Isobaariliseks nimetatakse protsessi, kus gaasi rõhk on konstantne p=const, siis Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. p1V1 ϰ =p2V2ϰ ϰ- kapa ϰ= 30. Maxwell’i jaotus. Valem, mis on f, mida näitab, graafikut peab teadma ja mis teljestikus on. Maxwelli jaotus on diferentsiaalne jaotusfunktsioon, mis väljendab mingi kiirusega osakeste suhtelist hulka 31. Baromeetriline valem. Boltzmanni jaotus. Boltzmanni jaotus - mikrofüüsikas väljendab ta kõige sagedamini osakeste jaotust energiate järg Mida aga tähistab sel juhul suurus n
Isotermiliseks nimetatakse protseessi, kus gaasi temperatuur on konstantne T=const, siis p1V1=p2V2 Isobaariliseks nimetatakse protsessi, kus gaasi rõhk on konstantne V 1 V 2 p1 p2 p=const, siis = ja = T 1 T2 T 1 T 2 Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole c p i+2 väliskeskkonnaga soojusvahetuses. p1V1 ϰ =p2V2 ϰ ϰ- kapa ϰ= c v = i 29.Maxwell’i jaotus. Maxwelli jaotus on diferentsiaalne jaotusfunktsioon, mis väljendab mingi kiirusega osakeste suhtelist hulka. (Maxwelli jaotus pole leitud katsest, vaid tuletatud matemaatiliselt) f(v,T) näitab, missugune osa kõigist molekulidest liigub antud kiiruse v
U= Q+A. Süsteem võib energiat juurde saada : 1)välisjõudude energia arvelt. 2)soojusülekande teel. Kui süsteem välisjõudude töö A asemel teeb ise tööd A', siis A=-A', kuna need tööd on absoluutväärtuselt võrdsed ja vastandmärgilised. Siis TD I seadus: U= Q-A', st keha siseenergia muut võrdub süsteemile üle antud soojushulga Q ja selle süsteemi poolt tehtud töö A'vahega. Adiabaatiine protsess. Protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses (ta on isoleeritud soojusisoloatsiooniga). st Q=0. TD seadus U= Q+A võtab kuju U= A. Adiabaatiline protsess peab toimuma väga kiiresti. kiiremini, kui väliskeskkonna soojuslik toime mõjutaks süsteemi. Kui U= A, siis gaasi temp langeb, sest välisjõud teevad gaadi adibaatiliel kokkusurumisel tööd siseenergia arvelt. p väheneb, Vsuureneb (gaad paisub) ja temp langeb. Gaasi rõhk alaneb adibaatilisel paisumisel kiiremini kui isotermilisel paisumisel. Soojushulk.
temperatuuril 4 C . o Isoprotsessid, töö isoprotsessides (+ valemid ja joonised) isobaarne- rõhk on jääv V/T=const P isohoorne- ruumala on jääv =const T isotermiline- temperatuur on jääv pV=const o Adiabaatiline protsess, Mendelejev-Clapeyron’i seadus (+ joonis) - on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses näiteks küttesegu kokkusurumine sisepõlemismootori silindris ja õhu kiire kokkusurumine õhksütikus, Kui protsess kulgeb noolega näidatud suunas, on töö paisumisel (ülemine kõver) suurem kui töö kokkusurumisel (alumine kõver) Ideaalse gaasi olekuvõrrand ehk Clapeyroni- Mendelejevi võrrand on võrrand, mis seob ideaalse gaasi olekuparameetreid, kui see gaas on tasakaaluolekus. pV =nRT kus p on
N=UI (vahelduvvool= pinge*voolutugevus) 36 Trafo- elektromagnetilise induktsioonil (EMI) põhinev seade vahelduva pinge ja voolutugevuse muutmiseks const sagedusel. Kasutatakse kõrge pinge ja tugeva voolu muundamiseks näiduriistade jaoks sobivale väärtusele. 37 Temperatuur - iseloomustab keha soojuslikku seisundit 38 Kuidas on seotud osakestes liikumise kiiruse ja kineetilise energiaga 39 Siseenergia - soojushulk, mille keha saab või annab ära soojusvahetuses teiste kehadega U= 3/2 * m/M*RT (üheaatomiline) U= 5/2 * m/M*RT (kaheaatomiline) 40 Ideaalne gaas - ei arvestata molekulide mõõtmeid ja nende vahelist vastastikmõju p*V=m/M *RT R= 8,31 J/mol*K (gaasikonstant) Reaalne gaas - reaalselt eksisteeriv gaas, mille omaduste seletamiseks ei piisa ideaalse gaasi mudelist Rõhk (p) - kui suur jõud mõjub pindala kohta p=F/S p= ⅓ * nmoV2
muudu vahel Töö isoprotsessidel 3. Isotermiline protsess(T=const). T = 0 U~T U =0 Q = U A Q = A Kogu juurdeantav energia läheb tööks. See on soodsaim võimalus, paraku tehniliselt võimatu lahendada.Reaalselt on järjepidevalt võimalik soojust tööks muundada vaid tsüklilisel protsessil. Adiabaatiline protsess Adiabaatiliseks nimetatakse protsessi, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. Gaasi adiabaatilisel kokkusurumisel gaasi siseenergia kasvab. Q = 0 => U = A Carnot tsükkel Sadi Nicolas Léonard Carnot 1796 1832 Soojusmasina tööpõhimõte Soojusmasin muundab Soojendi T1 siseenergia mehaaniliseks energiaks Q1 Töötav keha A = Q1 Q2 Et soojusmasin töötaks, Q2 peab sojendi temperatuur
1920.Termodünaamika III printsiip. Termodünaamika I printsiip: suletud süsteemis süsteemile juurdeantav soojushulk kulub süsteemi siseenergia suurendamiseks ja mehaaniliseks tööks mida tehakse välisjõudude vastu: Q = U + A , kus Q on juurdeantav soojushulk, DU on siseenergia muut ja A on välisjõudude vastu tehtud töö (paisumise töö). Suletud süsteem (soojuslikult isoleeritud) on kehade kogum, mis on soojusvahetuses ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega. Siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutvat seadet nim soojusmasinaks. Pööratav protsess on süsteemi üleminek ühest olekust teise, mille puhul on reaalselt võimalik esialgsele vastupidises suunas toimuv protsess, st süsteem läbib kõikesialgse protsessi vaheastmed vastupidises järjekorras. Pöördumatu protsessi korral pole olekute vastupidises järjekorras läbimine võimalik
Archimedese s:vedelikus/gaasis asetsevale kehale mõjub üleslükkej, =keha Jõujooned:mõeldavad jooned elektriväljas, mida mõõda liikuda sellesse ja kiirendused. Põrkuda saavad lõplike mõõtmetega kehad, punktmassi poolt väljatõrjutud vedeliku/gaasi kaaluga. välja asetatud keha. mudel ei ole kasutatav. Adiabaatiline protsess:süsteem pole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. Joonkiirus:hetkkiirus, kui pika tee läbib keha ajaühikus mööda ringjoont. Pascali s:rõhk vedelikus/gaasis kandub edasi igas suunas ühteviisi. Protsessi adiabaatilisus tuleneb protsessi toimumise suurest kiirusest/heast Joonkiiruse suund puutuja sihiline. Jääva nurkkiirusel joonkiirus on seda Pindpinevus: vedeliku pinnakihi omadus säilitada antud tingimustes isoleeritusest
konstantne, sellepärast võrrand on: V1/V2=T1/T2. Isohooriline protsess on protsess, mis toimub jääval ruumalal; sellisel protsessil V on konstantne, võrrand on: p1/T1=p2/T2. Isotermiline protsess on protsess, mis toimub jääval temperatuuril; sellisel protsessil T on konstantne ning võrrand on: p1V1=p2V2. Adiabaatiline protsess on protsess mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses; võrrand on: -U=A 31) Energia jäävuse seadus väidab, et energia ei teki ega kao, ta võib vaid muunduda ühest ühest liigist teise ning kanduda ühelt kehalt teisele. Energia jäävuse seadusest (termodünaamika esimene seadus) järeldub, et energia, mille süsteem saab väljaspoolt, peab võrduma süsteemisiseenergia muudu ja süsteemist väljuva energia summaga. Sellest seadusest järeldub, et isoleeritud süsteemi siseenergia on jääv. +
13) Termodünaamilised protsessid o Isoprotsessid, töö isoprotsessides (+ valemid ja joonised) isobaarne- rõhk on jääv V/T=const P isohoorne- ruumala on jääv =const T isotermiline- temperatuur on jääv pV=const o Adiabaatiline protsess, Mendelejev-Clapeyron’i seadus (+ joonis) - on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses näiteks küttesegu kokkusurumine sisepõlemismootori silindris ja õhu kiire kokkusurumine õhksütikus, Kui protsess kulgeb noolega näidatud suunas, on töö paisumisel (ülemine kõver) suurem kui töö kokkusurumisel (alumine kõver) Ideaalse gaasi olekuvõrrand ehk Clapeyroni-Mendelejevi võrrand on võrrand, mis seob id eaalse gaasi olekuparameetreid, kui see gaas on tasakaaluolekus.
piiritletud anuma kujuga, mida ta täidab. Pindpinevus on pinnanähtus, kus vedeliku pinnakiht käitub kui elastne kile. Vedeliku pinnamolekulid mõjustavad üksteist tõmbejõududega, mis on suunatud piki pinda ja püüavad pinna suurust vähendada. Pindpinevusjõuks nim. vedeliku pinna puutuja sihis pinna piirjoonega risti mõjuvat jõudu, mis püüab vedeliku vaba pinna suurust vähendada. 5. Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. Protsessi adiabaatilisus tuleneb protsessi toimumise suurest kiirusest või heast isoleeritusest. 6. Ekvipotentsiaalpind on mõtteline välja pind, mille kõikidel punktidel on ühesugune potentsiaal Ühe ja sama ekvipotentsiaalpinna kõikide punktide potentsiaalide vahe võrdub nulliga. Seega võrdub nulliga ka elektrivälja jõudude töö laengu liikumisel seda pinda mööda. Siit järeldub, et ekvipotentsiaalpinda mööda liikuvale laengule mõjuv jõud on risti kiirusvektoriga
korral. Erisoojus Ce on soojushulk, mis kulub, et tõsta ühikulise massiga keha soojust ühe kraadi võrra. (J/kg*K) Erisoojus jääval rõhul on suurem erisoojusest jääval ruumala universaalse gaasikonstandi võrra. Cp=Cv+R 31,* Adiabaatiline protsess ja adiabaadi võrrand. Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga c p i+2 soojusvahetuses. p1V1 ϰ =p2V 2 ϰ (adiabaatiline võrrand) ϰ- kapa ϰ= c = i v ,Q=0 A= Δu =-i/2 m/μ RΔT TV ϰ-1=consT. pV ϰ=consT. Joonis. Adiabaatilisel protsessil muutub rõhk ruumala muutudes kiiremini kui isotermilisel protsessil. Isotermilisel jääb temp. muutumatuks gaasi
2.1 Terodünaamika I printsiip Termodünaamikas vaadeldakse protsesse tavaliselt suletud ehk soojuslikult isoleeritud süsteemis (näiteks suletud termospudel). Selliseks süsteemiks on kehade kogum, mis on soojusvahetuses ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega. Suletud süsteemis kehtib termodünaamika esimene Gay-Lyssac'i seadus printsiip: süsteemile juurdeantav soojushulk kulub süsteemi siseenergia 1
massiga keha temperatuuri ühe kraadi võrra. Aine erisoojuse ühik on J 1 kg C . Tavaelus kasutatakse laialt mõistet soojus. Selle all mõistetakse siseenergia hulka, mida soojem keha annab külmemale üle soojusvahetuse käigus. 4.1.2. Termodünaamika I printsiip Termodünaamikas vaadeldakse protsesse tavaliselt suletud ehk soojuslikult isoleeritud süsteemis (näiteks suletud termospudel). Selliseks süsteemiks on kehade kogum, mis on soojusvahetuses ainult omavahel, mitte aga väljaspool kogumit asuvate kehadega. Suletud süsteemis kehtib termodünaamika esimene printsiip: süsteemile juurdeantav soojushulk kulub süsteemi siseenergia suurendamiseks ja mehaaniliseks tööks, mida tehakse välisjõudude vastu: Q = U + A, kus Q on juurdeantav soojushulk, U siseenergia suurenemine ja A välisjõudude vastu tehtud töö (paisumise töö). Kuna soojus ja töö on ekvivalentsed energiaga, võib ka öelda, et energia ei teki ega
Kui gaasi ruumala suureneb, siis on ΔV positiivne, kui aga väheneb, siis negatiivne. Gaasi töö: A = pΔV Seega, kui gaasi ruumala suureneb (gaasi paisumisel) on töö positiivne, seega teeb gaas tööd, kui gaasi ruumala väheneb (gaasi kokku surumisel) on töö negatiivne, seega peab keegi teine tööd tegema. 50.Adiabaatiline protsess (selgitus) Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. Protsessi adiabaatilisus tuleneb protsessi toimumise suurest kiirusest või heast isoleeritusest. Ideaalseid adiabaatilisi protsesse looduses ei esine, kuid ometi on paljud protsessid lähedased adiabaatilisele. Adiabaatilised on näiteks küttesegu kokkusurumine sisepõlemismootori silindris ja õhu kiire kokkusurumine õhksütikus. 51.Soojusmasinate töö põhimõte Soojusmasin ka termodünaamiline mootor on masin, mis muudab soojusenergia mehaaniliseks tööks.
CdT=cmdT. , kus c on aine erisoojus, m keha mass ja Dt keha temperatuuri muut. c-erisoojus, -sulamis või tahkestumissoojus r-aurustumis- või kondenseerimissoojus 49. Gaasi töö ruumala muutumisel A=Fx Rõhk kolvile p=F/s F=pS Ruumala suurenemine V=xs x=V/S A=Fx=pS(V/S)=pV 1.Isoterm- 100% saad tood 2.isobar-0-100% 3.Isohoorne 0% 4.Adiobaatiline Q=0 50. Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. Soojusvahetuseta protsess 51. Soojusmasinate töö põhimõte Soojusmasin on soojust mehaaniliseks energiaks muudav jõumasin. (aurumasin, sisepõlemismootor, auru- või gaasiturbiin) Soojusmasin koosneb soojendist (süsteemile siseenergiat andev keha), jahutist (süsteemilt siseenergiat saav keha) ja töökehast (siseenergiat mehaaniliseks energiaks muutev keha). Pärast töö sooritamist viiakse töökeha esialgsesse olekusse ja alustatakse kogu protsessi uuesti
oma algnivoo suunas (org). Labiilne tasakaal kui vertikaalselt ära nihutatud osakest, surub ümbritsev õhk teda veelgi kaugemale oma algnivoost võimendab esialgset häiritust (mäetipp). Ükskõikne tasakaal kui osakest nihutada oma asukohast vertikaalselt ära, ei suru ümbritsev õhk teda ei algnivoo suunas ega eemale algnivoost võimaldab osakesel jääda uuele nivoole. Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. Kuivadiabaatiline gradient kui õhuosakese temperatuur muutub 10oC/1km kohta. Märgadiabaatiline gradient kui õhuosakese temperatuur muutub 6oC/1km kohta. Absoluutselt stabiilne atmosfäär Tõusev, küllastumata/küllastunud õhk on igal nivool külmel (raskem) kui ümbritsev õhk. Kui võimalik naaseb õhk oma esialgsesse olekusse. Absoluutselt labiilne atmosfäär Tõusev, küllastumata/küllastunud õhk on igal nivool soojem (kergem) kui ümbritsev õhk
m U = 5 2 RT 10 Kahe aatomilise ideaalse gaasi siseenergia: M 11 Siseenergia sõltub üldjuhul peale temperatuuri ka ruumalast. 12 Gaasi töö ja välisjõudude töö on seotud omavahel: A=-A'. 13 Termodünaamika esimene printsiip: U=Q+A. 14 Adiabaatiline protsess: süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses Q=0 ja süsteem teeb tööd oma siseenergia arvelt U=-A. Kui pV teljestikus p suunas toimub liikumine, siis gaas teeb tööd. Reaalselt on adiabaatilised protsessid kiiresti toimuvad protsessid. Näiteks küttesegu kokkusurumine diiselmootoris. (kokkusurumisel küttesegu temperatuur tõuseb kuni süttimistemperatuurini.) Adiabaatilises protsessis väheneb siseenergia ja gaas teeb tööd.
Õhumassi individuaalne temperatuuri muutus on aeglane. Muutust võib põhjustada õhumasside vahetumine või õhumasside vertikaalne ümberpaiknemine ehk advektsioon. Advektiivsed muutused on järsud, hüppelised (mõne tunni jooksul mitme kraadi võrra). Kohaliku temperatuuri muutuse võib põhjustada: 1) õhumassis endas toimuv temperatuuri muutumine, soojusvahetus aluspinna tõttu temperatuur muutub. Saab toimuda ainult siis, kui õhk on pikemat aega ühel kohal seisnud. Soojusvahetuses on temperatuuri muutsed aeglasemda. 2) õhumasside ümberpaiknemine (üks õhumass asendub teisega, õhumasside horisontaalne liikumine). Selle nähtusena on temp muutus järsem, sest õhumassid on kujunenud välja nende tekkimise kaldes, seega võib õhumassidega meile tulla troopilist või ka arktilist õhku. Õhutemperatuuri muutuseid saab iseloomustada õhutemperatuuri ööpäevase või aastase käigu kaudu, mis sõltuvad vaadeldava koha geograafilisest laiusest,
m Kahe aatomilise ideaalse gaasi siseenergia: U 5 2 RT M Siseenergia sõltub üldjuhul peale temperatuuri ka ruumalast. Gaasi töö ja välisjõudude töö on seotud omavahel: A=-A’. Termodünaamika esimene printsiip: U=Q+A. Adiabaatiline protsess: süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses Q=0 ja süsteem teeb tööd oma siseenergia arvelt U=-A. Kui pV teljestikus p suunas toimub liikumine, siis gaas teeb tööd. Reaalselt on adiabaatilised protsessid kiiresti toimuvad protsessid. Näiteks küttesegu kokkusurumine diiselmootoris. (kokkusurumisel küttesegu temperatuur tõuseb kuni süttimistemperatuurini.) Adiabaatilises protsessis väheneb siseenergia ja gaas teeb tööd.
M m Kahe aatomilise ideaalse gaasi siseenergia: U 5 2 RT M Siseenergia sõltub üldjuhul peale temperatuuri ka ruumalast. Gaasi töö ja välisjõudude töö on seotud omavahel: A=-A'. Termodünaamika esimene printsiip: U=Q+A. Adiabaatiline protsess: süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses Q=0 ja süsteem teeb tööd oma siseenergia arvelt U=-A. Kui pV teljestikus p suunas toimub liikumine, siis gaas teeb tööd. Reaalselt on adiabaatilised protsessid kiiresti toimuvad protsessid. Näiteks küttesegu kokkusurumine diiselmootoris. (kokkusurumisel küttesegu temperatuur tõuseb kuni süttimistemperatuurini.) Adiabaatilises protsessis väheneb siseenergia ja gaas teeb tööd.
99 22.30 28.41 31.01 11.07 50.50 19. (osaülesanne 62) Selgitage, mis on soe hoovus. Vastus andis 2 punkti, kui selles oli välja toodud, et a) vesi liigub ookeanis kindlas suunas – 1 punkt, ja b) ümbritseva veega võrreldes liigub soojem vesi – 1 punkt. Ookeanis või meres sooja veemassi liikumine läbi külmema veemassi. Sooja vee püsiv kindlas suunas liikumine meres läbi külmema vee jms. (osaülesanne 63) Selgitage hoovuste rolli Maa eri piirkondade soojusvahetuses. Hoovused kannavad külmadest piirkondadest külma vee soojematesse ja soojadest piirkondadest sooja vee külmematesse, sellega nad ühtlustavad temperatuurierinevusi Maa eri piirkondade vahel. Sagedasemad eksimused: hoovuse mõiste on paljudele segane, mõistet hoovus kasutatakse õhumassi kohta. Ülesande nr 19 tulemused Osa- Max Ülesande Keskmine Keskmine Keskmine Keskmine Max Null-
mõjutab inerts neid rohkem. Soolsuse- või temperatuurierinevustest tekkinud hoovused- Sellised hoovused on süvavee hoovused, kuna need tekivad vee liikumisel pindmistest kihtidest sügavamale vee tiheduse suurenemise tõttu( kas siis suurema soolsuse või madalama temperatuuri tõttu). Laskuv vesi tekib polaaraladel temperatuuri tõttu ning soojades meredes, kus aurumine on suurem, vee soolsuse tõttu. Kliima kujunemine- Hoovused mängivad rolli soojusvahetuses Maa erinevate piirkondade vahel. Soojad hoovused( tekivad ekvaatori piirkonnas ja liiguvad pooluste suunas) toovad kaasa endaga niiskust ja sademeid. Soojem veetemperatuur soojendab ka õhku ning muudab kliima pehmemaks. Külmad hoovused( tekivad pooluste piirkonnas ning liiguvad ekvaatori suunas) toovad kaasa kuiva õhku, mis ei soodusta sademeid ning seetõttu põhjustavad ka kuivemat kliimat. Külm vesi jahutab ka õhku ning muudab kliima külmemaks. 26.
Soolsuse- või temperatuurierinevustest tekkinud hoovused- Sellised hoovused on süvavee hoovused, kuna need tekivad vee liikumisel pindmistest kihtidest sügavamale vee tiheduse suurenemise tõttu( kas siis suurema soolsuse või madalama temperatuuri tõttu). Laskuv vesi tekib polaaraladel temperatuuri tõttu ning soojades meredes, kus aurumine on suurem, vee soolsuse tõttu. Kliima kujunemine- Hoovused mängivad rolli soojusvahetuses Maa erinevate piirkondade vahel. 31 Soojad hoovused- on hoovused, mis kannavad endaga ümbritsevast veest soojemat vett. (liiguvad pooluste suunas) Toovad kaasa endaga niiskust ja sademeid. Soojem veetemperatuur soojendab ka õhku ning muudab kliima pehmemaks. Külmad hoovused- on hoovused, mis kannavad endaga ümbritsevast veest külmemat vett. (liiguvad ekvaatori
kehadele. See töövõime kaotus on seotud kehade oleku muutusega, seega on ta oleku funktsiooniks. Selle funktsiooni olemasolule juhtis tähelepanu esmakordselt saksa füüsik R.Clausius (1852). Igal termodünaamilisel süsteemil on üks füüsikaline suurus (entroopia), mis iseloomustab süsteemi energia muutuse suhet tema keskmisse temperatuuri. Tasakaalu protsesside entroopia muutus leiab aset ainult energia ülekandes soojusena. Entroopia (s) põhiomadus seisneb tema muutumises soojusvahetuses. Entroopia muutus s on seotud üleantava soojushulgaga. q = T s (91) Entroopiat ei saa mõõta , ei saa määrata tema nullväärtust. Kasutades võrrandit (91) saame määratleda vaid termodünaamilise süsteemi entroopia muutust: s = q / T = q / T (92) See võrrand kehtib ainult tasakaaluprotsesside puhul
annaabi.ee 
