C=dQ/dT~ 6.4 cal/mole.grad

Transcript

1 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Ηεσωτερικήενέργειαενόςσώµατος, είναι το σύνολο των οποιονδήποτε ενεργειών των ατόµων και των µορίων του Η θερµοκρασία είναι µέτρο της µέσης κινητικής ενέργειας των ατόµων και των µορίων Ε=3ΚΤ/2 Όταν η θερµοκρασία ενός σώµατος αυξάνει, αυξάνει και η εσωτερική του ενέργεια Θερµότητα :η ενέργεια που ρέει από το θερµότερο στο ψυχρότερο σώµα Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 1

2 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Νόµος Θερµιδοµετρίας Q = m c Τ Η ειδική θερµότητα ενός σώµατος C=dQ/mdT εξαρτάται από: το υλικό του και τη θερµοκρασία Μονάδες: cal/gr.grad, J/ Kgr.grad Q T 2 = T 1 mcdt Όταν ένα ζεστό σώµα θερµαίνει ένα ψυχρό, οι µεταβολές της θερµοκρασίας είναι ίσες κατά µέγεθος µόνο αν έχουν ίδια θερµοχωρητικότητα m.c Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 2

3 ΕΙ ΙΚΗ - ΜΟΡΙΑΚΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Αέρια Cp: Ειδική θερµότητα υπό σταθερή πίεση Cv : Ειδική θερµότητα υπό σταθερό όγκο Cp>Cv Η µοριακή θερµότητα είναι η ειδική θερµότητα ανά γραµµοµόριο n=m/m C=c/n Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 3

4 Στερεά Νόµος Dulong-Petit Στις χαµηλές θερµοκρασίες Cv~T 3 Στις συνήθεις και υψηλές θερµοκρασίες η ατοµική θερµότητα είναι περίπου σταθερή C=dQ/dT~ 6.4 cal/mole.grad Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 4

5 Ειδική θερµότητα αερίων ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ειδική θερµότητα υπό σταθερό όγκο Μονοατοµικό αέριο ειδική θερµότητα υπό σταθερή πίεση Ίδιος αριθµός µορίων, ίδιο Cv, ίδιο γ = C P /C V Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 5

6 ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΑΣΤΟΛΗ Aύξησητης θερµοκρασίας προκαλεί αύξηση της µέσης ενέργειας των δοµικών λίθων του στερεού µε αποτέλεσµα την αύξηση της µέσης απόστασης των ατόµων (µέσο µήκος δεσµού) Γραµµική διαστολή Aνη θερµοκρασία µιας λεπτής ράβδου µεταβληθεί κατά dθ, το µήκος του l µεταβάλλεται κατά dl. dl = α l d θ dl l L θ 2 dl = α d θ = l Lο Θ 1 α d θ Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 6

7 ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΑΣΤΟΛΗ L ln = α θ L = Lo e Lo Το τελικό µήκος L, σε σχέση µε το αρχικό Lο και τη διαφορά της θερµοκρασίας θ, δίδεται προσεγγιστικά από τον τύπο L = Lο (1+α θ) όπουα: ο συντελεστής γραµµικής διαστολής (grad -1 ) Ο συντελεστής της γραµµικής διαστολής είναι γενικά θετικός αριθµός δηλαδή τα σώµατα διαστέλλονται όσο αυξάνεται η θερµοκρασία τους. Η τιµή του συντελεστή της γραµµικής διαστολής, µεταβάλλεται µε τη θερµοκρασία α~10-5 (grad -1 ) α θ 6 1 = µπετ όν Fe α Fe 12 *10 grad α µπετ ν α Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 7

8 ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΑΣΤΟΛΗ Επιφανειακή διαστολή Αύξηση του εµβαδού µια πλάκας, όταν θερµανθεί S = So (1+β θ) όπου So, S είναι το αρχικό και το τελικόεµβαδότης επιφάνειας της πλάκας και β ο συντελεστής της επιφανειακής διαστολής. β=2α Κυβική διαστολή V = Vo (1+γ θ) όπου Vo, V είναι ο αρχικός και ο τελικός όγκος του σώµατος και γ ο συντελεστής της κυβικής διαστολής. γ=3α Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 8

9 ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΑΣΤΟΛΗ-ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ιµεταλλικά ελάσµατα (διακόπτης, θερµοστάτης, γενικά αυτόµατοι ρυθµιστές) Σύνδεσµοι (αρµοί) διαστολής σε κατασκευές Χρήση υλικών µε περίπου ίδιους συντελεστές διαστολής α ό µπετ ν α Fe Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 9

10 Μεταβολή πυκνότητας µε τη θερµοκρασία Η µεταβολή του όγκου µε τη θερµοκρασία έχει ως αποτέλεσµα αντίστοιχη µεταβολή της πυκνότητας, m ρο ρ = = Vo (1 + δθ ) (1 + δθ ) Ανωµαλία του νερού Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 10

11 Μεταβολή πυκνότητας µε τη θερµοκρασία Ανωµαλία του νερού: µεγιστοποίηση της πυκνότητάς του στους 4 ο C Μείωση της θερµοκρασίας του νερού µέχρι τους 4 ο C προκαλεί αύξηση της πυκνότητας και του βάρους του. Τα βαρύτερα αυτά στρώµατα νερού βυθίζονται, προκαλώντας ανάµιξη των επιφανειακών στρωµάτων µε τα βαθύτερα εξισώνοντας έτσι τη θερµοκρασία στο σύνολο του υδάτινου όγκου. Τα µόρια του πάγου έχουν κρυσταλλική διάταξη, µε αποτέλεσµα ο πάγος να είναι λιγότερο πυκνός από το νερό κι έτσι να επιπλέει. Το γεγονός αυτό εξασφαλίζει τη ζωή σε λίµνες, θάλασσες και ποτάµια που παγώνουν κατά τη διάρκεια των ψυχρών εποχών του έτους. Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 11

12 ΙΑ ΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ιάδοση θερµότητας: Με αγωγή Με µεταφορά Με ακτινοβολία. Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 12

13 ιάδοση Θερµότητας µε αγωγή. Αγωγή Θερµότητας: Οι ατοµικές ταλαντώσεις στη θερµότερη περιοχή µεταφέρουν ενέργεια στις ψυχρότερες περιοχές, χωρίς µεταφορά ύλης. dq dt = dt KS dx Μεταξύ δύο επιφανειών µε διαφορά θερµοκρασία Τ 2 -Τ η ροή 1 θερµότητας Qείναι: Q T2 T T2 T1 KS ( 1 = ) t d S: επιφάνεια Κ: συντελεστής θερµικής αγωγιµότητας (cal/sec.cm.grad) d Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 13

14 ιάδοση Θερµότητας µε ακτινοβολία. Νόµος Stefan-Boltzman P = σ S T 4 Ρ = εκπεµπόµενηθερµικήισχύς, S = εµβαδόνεπιφάνειας, Τ = απόλυτη θερµοκρασία Νόµος Wien λ 0 Τ = b λ 0 = µήκος κύµατος στο οποίο εκπέµπεται η µέγιστη ισχύς. Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 14

15 ιάδοση Θερµότητας µε ακτινοβολία. Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 15

16 ιάδοση Θερµότητας µε µεταφορά. Μ.Πηλακούτα Θερµότητα - ιάδοση 16