Περιεχόµενα. Η κατάσταση ισορροπίας µηχανικών συστηµάτων περιγράφεται από τα µεγέθη: L, t, m.

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Περιεχόµενα. Η κατάσταση ισορροπίας µηχανικών συστηµάτων περιγράφεται από τα µεγέθη: L, t, m."

Ἰοκάστη Δασκαλόπουλος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Περιεχόµενα 1) Θερµόµετρα-κλίµακες 2) Μηχανισµοί διάδοσης θερµότητας 3) Φαινόµενα που συνοδεύουν µεταβολές της θερµοκρασίας (π.χ. αλλαγές φάσης) 4) Θερµοχωρητικότητα 5) Εφαρµογές Η κατάσταση ισορροπίας µηχανικών συστηµάτων περιγράφεται από τα µεγέθη: L, t, m. Για την περιγραφή του συνόλου των φαινοµένων που περιλαµβάνουν και θερµικά φαινόµενα απαιτείται µία 4 η παράµετρος, η θερµοκρασία. Η θερµοκρασία είναι µέτρο της εσωτερικής ενέργειας των σωµάτων µακροσκοπική ιδιότητα & µετρίσιµη στο εργαστήριο Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 1 of 10

2 E εσωτ = Ε + E k V Όπου Ε k η µέση κινητική ενέργεια λόγω άτακτης κίνησης, π.χ. δονήσεις, περιστροφές ατόµων & µορίων Ε V η ενέργεια λόγω απωστικών & ελκτικών ηλεκτροστατικών δυνάµεων που αναπτύσσονται λόγω µεταφοράς φορτίου & σχηµατισµού δεσµών, π.χ. NaCl Τα µονοατοµικά αέρια έχουν µόνον κινητική ενέργεια µετατόπισης. Τα µοριακά αέρια έχουν επίσης κινητική ενέργεια περιστροφής & δόνησης Tα στερεά έχουν επί πλέον δυναµική ενέργεια λόγω των ενδοατοµικών δυνάµεων. Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 2 of 10

µεταφοράς φορτίου & σχηµατισµού δεσµών, π.χ. NaCl Τα µονοατοµικά αέρια έχουν µόνον κινητική ενέργεια µετατόπισης.

3 Βασικές έννοιες 1) Η θερµοκρασία περιγράφει ποσοτικά τις έννοιες του θερµού & του ψυχρού. 2) Η Τ µετράται µε θερµόµετρα που είναι διαφορετικά για διαφορετικές περιοχές θερµοκρασιών. 3) Μεταξύ 2 σωµάτων που βρίσκονται σε θερµική επαφή ροή θερµότητας συµβαίνει από το θερµό ψυχρό σώµα Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 3 of 10

2) Η Τ µετράται µε θερµόµετρα που είναι διαφορετικά για διαφορετικές περιοχές

4 4) Θερµική ισορροπία : 2 σώµατα βρίσκονται σε θερµική ισορροπία όταν έχουν την ίδια Τ. Κατασκευή θερµοµέτρου 1. ιαλέγουµε µία ιδιότητα που µεταβάλλεται (κατά προτίµηση) γραµµικά µε την Τ, π.χ. διαστολή γραµµικών διαστάσεων (L=aT+b), µεταβολή πίεσης, µεταβολή ηλεκτρικής αντίστασης κλπ. Το θερµίστορ έχει µη-γραµµική απόκριση. 2. Ορίζουµε «κλίµακα µέτρησης», δηλ. 2 θερµοκρασίες αναφοράς και το µοναδιαίο διάστηµα, δηλ. τον βαθµό. 3. Φέρνουµε το θερµόµετρο σε θερµική επαφή µε το υπό µέτρηση σώµα και περιµένουµε να αποκατασταθεί θερµική ισορροπία. Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 4 of 10

διαστολή γραµµικών διαστάσεων (L=aT+b), µεταβολή πίεσης, µεταβολή ηλεκτρικής αντίστασης κλπ. Το θερµίστορ έχει µη-γραµµική απόκριση. 2.

5 Κλίµακες θερµοκρασίας Κλίµακα Celsius (1742) Κλίµακα Fahrenheit (1724) Κλίµακα Kelvin ( ) Σχέσεις µετατροπής µεταξύ κλιµάκων T C T Celsius-Fahrenheit 9 = TC 32 ή TF 2TC F = ( T 32) ή T 0.5( T 32) F C F Kelvin-Celsius Τ Κ =Τ C +273,15 Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 5 of 10

Celsius-Fahrenheit 9 = TC 32 ή TF 2TC + 32 5 F + 5 9 = ( T 32) ή T 0.

6 Κλίµακα Kelvin Θερµόµετρο σταθερού όγκου που συνήθως περιέχει He. Αέριο υπό χαµηλή πίεση συµπεριφέρεται σαν ιδανικό αέριο P V T Σταθερός όγκος αναφορά στους P 2 T = 2 P1 T1 P T = όπου Τ ο και P o P o Μετρούµε την πίεση στους 0 & 100 o C Κατασκευάζουµε το διάγραµµα P-T Στην Kelvin χρειαζόµαστε 1 θερµοκρασία τριπλό σηµείο του νερού Κ T = αναφοράς το P P o Μεταβολή της P συναρτήσει της Τ για θερµόµετρο σταθερού όγκου. Στη θερµοκρασία απολύτου µηδενός ο η P=0 τα υγρά υγροποιούνται και στερεοποιούνται παύει να ισχύει η σχέση P-T Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 6 of 10

16 όπου Τ ο και P o P o Μετρούµε την πίεση στους 0 & 100 o C Κατασκευάζουµε το διάγραµµα P-T Στην Kelvin χρειαζόµαστε 1 θερµοκρασία τριπλό σηµείο του

7 Είδη θερµοµέτρων Υδραργυρικό Θερµόµετρα αντίστασης (Sir Siemens 1871) Αρχή λειτουργίας: µεταβολή της αντίστασης πηνίου, ή ενός κρυστάλλου Ge ή µίας ράβδου άνθρακα συναρτήσει της θερµοκρασίας Χαρακτηριστικά Μέγιστη ακρίβεια Ευρεία περιοχή λειτουργίας : π.χ. θερµόµετρο πλατίνας -270 ο C έως +700 o C Θερµοζεύγος Seebeck 1826 Αρχή λειτουργίας : ανάπτυξη V στην επαφή 2 µεταλλικών συρµάτων τα άκρα των οποίων βρίσκονται σε διαφορετική θερµοκρασία Χαρακτηριστικά Ευρεία περιοχή θερµοκρασιών (-270 ο C έως 2300 o C) Μη-γραµµική απόκριση Υψηλή ακρίβεια Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 7 of 10

8 (α) Σχηµατικό διάγραµµα συνδεσµολογίας θερµοζεύγους. (β) η κεφαλή του θερµοζεύγους έχει πολύ µικρή µάζα η αποκατάσταση θερµικής ισορροπίας µε το υπό µέτρηση σώµα είναι ταχεία. Τα θερµοζεύγη αποτελούνται από 2 διαφορετικά µέταλλα, τα οποία επιλέγονται ανάλογα µε την περιοχή θερµοκρασιών λειτουργίας του θερµοζεύγους (-270 ο C έως 2300 o C). Συνήθη µέταλλα είναι ο Cu και το κράµα Co/Ni (constantan). Τα µέταλλα συντήκονται έτσι ώστε να σχηµατιστούν 2 επαφές, η «θερµή» και η «ψυχρή» η οποία διατηρείται στη θερµοκρασία αναφοράς. Η διαφορά δυναµικού ανάµεσα στις 2 επαφές εξαρτάται από τη διαφορά θερµοκρασίας µεταξύ τους. Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 8 of 10

Τα θερµοζεύγη αποτελούνται από 2 διαφορετικά µέταλλα, τα οποία επιλέγονται ανάλογα µε την περιοχή θερµοκρασιών λειτουργίας του θερµοζεύγους (-270 ο C έως 2300 o C).

9 Οπτικά πυρόµετρα (Stefan Boltzman 1884) Αρχή λειτουργίας: µεταβολή του φάσµατος εκποµπής θερµού σώµατος Χαρακτηριστικά εν απαιτείται φυσική επαφή µέτρηση από απόσταση Κατάλληλα για υψηλές θερµοκρασίες και διαβρωτικό περιβάλλον Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 9 of 10

φυσική επαφή µέτρηση από απόσταση Κατάλληλα για υψηλές

10 Επιθυµητά χαρακτηριστικά θερµοµέτρων Επαναληψιµότητα Ευαισθησία : µεγάλη µεταβολή της µετρούµενης ποσότητας (σήµα εξόδου) για µικρές µεταβολές της θερµοκρασίας. Παράδειγµα : το σήµα εξόδου στο θερµοζεύγος είναι η διαφορά δυναµικού ενώ στο υδραργυρικό θερµόµετρο είανι η µεταβολή του ύψους της στήλης του Hg. Υψηλή ταχύτητα απόκρισης: χρόνος για να φθάσει στο 63% της τελικής ανάγνωσης. Ε. Κ. Παλούρα : Θερµότητα Page 10 of 10

Παράδειγµα : το σήµα εξόδου στο θερµοζεύγος είναι η διαφορά δυναµικού ενώ στο υδραργυρικό θερµόµετρο είανι

Σχετικά έγγραφα

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΕΛΛΗΝΙΚΗ ΓΛΩΣΣΑ 2014

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΕΛΛΗΝΙΚΗ ΓΛΩΣΣΑ 2014 2014 Α1. Ο δοκιµιογράφος αναφέρεται στην έννοια του ανθρωπισµού. Αρχικά, παραδίδει τον ορισµό της έννοιας επιχειρώντας και µια διαχρονική προσέγγιση του όρου. Στη συνέχεια, περιγράφει τις ιδιότητες του