FY3 Lämpö

7. Lämpö laajentaa Lämpötila on fysiikan perussuure, joka kuvaa kuinka kuuma aine tai kappale on Lämpötilan tunnus on T (tai t) Lämpötilan perusyksikkö on K (kelvin) Tunnetuin yksikkö on ˚C (celsius-aste) Lämpötila määritellään aineen rakenneosasten keskimääräisen liikenopeuden kautta

7. Lämpö laajentaa Lämpötila-asteikot rakentuvat valittujen peruspisteiden ympärille Celsiusasteikon peruspisteet ovat veden jäätymispiste (0 °C) ja veden kiehumispiste (100 °C) Huom! Vesi saadaan esim. kiehumaan alemmassa lämpötilassa alentamalla painetta Kelvinasteikon peruspisteenä on absoluuttinen nollapiste 0 K ≈ -273 °C Absoluuttinen nollapiste on teoreettinen lämpötila, missä aineen rakenneosasten liike lakkaa kokonaan

7. Lämpö laajentaa Kelvin- ja celsiusasteikoissa yksiköiden väli on yhtä suuri Se tarkoittaa sitä, että lämpötilan muuttuessa 15 K, lämpötilan muutos on samalla myös 15 °C jne. Kelvinit muunnetaan celsiusasteiksi vähentämällä mittaluvusta 273 Esim. 110 K = -163 °C Celsiusasteet muunnetaan kelvineiksi lisäämällä mittalukuun 273 Esim. 200 °C = 473 K

7. Lämpö laajentaa Lämpölaajeneminen on ilmiö, jossa kiinteät aineet, nesteet ja kaasut laajenevat niiden lämpötilan noustessa Kappaleen pituuden muutokseen lämpötilan muuttuessa vaikuttaa kolme asiaa: Kappaleen alkuperäinen pituus (l) Mitä ainetta kappale on eli aineen pituuden lämpötilakerroin (α) Lämpötilan muutos (Δt) Pituuden muutos voidaan siis laskea seuraavasti: Δl = α ∙ l ∙ Δt

7. Lämpö laajentaa Lämpölaajenemisilmiötä käytetään hyväksi mm. nestelämpömittareissa ja se pitää ottaa huomioon, kun rakennetaan esim. siltoja Huom! Kaikki lämpötilamittarit eivät perustu kuitenkaan aineen lämpölaajenemiseen Huom! Vedellä on poikkeava tilavuuden muutos

8. Lämpöenergia on energiamuoto Energia on jotain mikä säilyy ja jolla on useita eri muotoja Esim. lämpöenergia, sähköenergia, liike-energia jne. Energian tunnus yleisesti on E ja sen perusyksikkö on J (joule) Lämpöenergia on energiaa, joka siirtyy aineen rakenneosasten välillä niiden liikkeen seurauksena Huom! Lämpö(energia) ei siis tarkoita lämpötilaa!

8. Lämpöenergia on energiamuoto Kun aineeseen viedään lisää energiaa, sen rakenneosaset alkavat liikkumaan keskimäärin nopeammin ja täten aineen lämpötila nousee Kappaleen lämmittämiseen tarvittavaan energiaan vaikuttaa kolme asiaa: Mitä ainetta kappale on eli aineen ominaislämpökapasiteetti (c) Kappaleen massa (m) Lämpötilan muutos (Δt)

8. Lämpöenergia on energiamuoto Ominaislämpökapasiteetti c on aineelle ominainen vakio ja se kuvaa aineen kykyä varastoida lämpöenergiaa Lämmittämiseen tarvittava energia voidaan laskea seuraavasti E = c ∙ m ∙ Δt Huom! Vedellä on suuri kyky varastoida lämpöä, joka vaikuttaa mm. suurten vesistöjen läheiseen ilmastoon cvesi = 4,19 kJ/(kg∙°C)

9. Lämpöenergia voi muuttaa aineen olomuotoa Aineella on kolme olomuotoa: Kiinteä Neste Kaasu Lämpötilan muuttuessa aineen olomuoto voi muuttua Sulaminen, höyrystyminen ja sublimoituminen tarvitsevat tapahtuakseen energiaa Jähmettyminen, tiivistyminen ja härmistyminen vapauttavat energiaa ympäristöön

9. Lämpöenergia voi muuttaa aineen olomuotoa Aineen olomuodon muuttuessa sen lämpötila pysyy vakiona Höyrystymistä tapahtuu haihtumalla ja kiehumalla Höyrystymiseen tarvittavaan energiamäärään vaikuttaa kaksi asiaa: Aineen ominaishöyrystymislämpö (h) Kappaleen massa (m) Höyrystymiseen tarvittava energiamäärä voidaan siis laskea seuraavasti: E = h ∙ m

9. Lämpöenergia voi muuttaa aineen olomuotoa Kappaleen sulattamiseen tarvittavaan energiamäärään vaikuttaa: Aineen ominaissulamislämpö (s) Kappaleen massa (m) Kappaleen sulattamiseen tarvittava energiamäärä voidaan siis laskea seuraavasti E = s ∙ m Vastaavasti voidaan laskea jähmettymisessä ja tiivistymisessä ympäristöön vapautuvat energiamäärät

10. Lämpö siirtyy kolmella tavalla Lämpöenergia siirtyy kolmella eri tavalla: Johtumalla , esim. metallikappaleen sisällä Virtaamalla, esim. merivirrat Säteilemällä, esim. Auringosta Maahan, ei tarvita siis väliainetta Lämmönjohteissa, esim. metallit, lämpöenergiaa siirtyy helposti Lämmöneristeissä, esim. ilma, lämpöenergiaa siirtyy vaikeammin

11. Energia muuntuu muodosta toiseen Energian säilymislaki: Suljetussa systeemissä energian kokonaismäärä säilyy vakiona kaikissa tapahtumissa Tapahtumaa voidaan kuvata piirtämällä energiakaavio, josta nähdään energian muodot ennen tapahtumaa ja sen muodot tapahtuman jälkeen Itsestään tapahtuvilla ilmiöillä epäjärjestys eli entropia kasvaa, joka tarkoittaa sitä että systeemin sisältämää energiaa on yhä vaikeampi saada hyötykäyttöön

11. Energia muuntuu muodosta toiseen Lämpöenergiaa siirtyy aina kuumemmasta kappaleesta kylmempään, kunnes niiden välinen lämpötilaero on tasoittunut Kuumempi kappale luovuttaa energiaa ja sen lämpötila laskee Kylmempi kappale vastaanottaa energiaa ja sen lämpötila nousee Suljetussa systeemissä luovutettu lämpöenergia on yhtä suuri kuin vastaanotettu lämpöenergia

11. Energia muuntuu muodosta toiseen Kun kaksi kappaletta on kosketuksissa keskenään, voidaan systeemin saavuttama loppulämpötila ratkaista siis energiansäilymislain avulla: Eluovutettu = Evastaanotettu Huom! Kun kaksi samanaineista kappaletta on kosketuksissa keskenään, voidaan systeemin saavuttama loppulämpötila ratkaista nopeammin ns. painotetulla keskiarvolla

FY3 Lämpö