Θερμότητα. Όπου Ε k η μέση κινητική ενέργεια λόγω άτακτης κίνησης, π.χ. δονήσεις, περιστροφές ατόμων & μορίων. Περιεχόμενα

Σχετικά έγγραφα
Μηχανισµοί διάδοσης θερµότητας

Εισαγωγικές έννοιες. η μέση κινητική ενέργεια λόγω άτακτης κίνησης, π.χ. δονήσεις, περιστροφές ατόμων & μορίων Ε V

Κεφάλαιο 20. Θερμότητα

Θερμοκρασία - Θερμότητα. (Θερμοκρασία / Θερμική διαστολή / Ποσότητα θερμότητας / Θερμοχωρητικότητα / Θερμιδομετρία / Αλλαγή φάσης)

ΤΡΟΠΟΙ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Είναι τρείς και σχηματικά φαίνονται στο σχήμα

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ-ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

ΘΕΡΜΙΚΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ Τα περισσότερα στερεά, υγρά και αέρια όταν θερμαίνονται διαστέλλονται. Σε αυτή την ιδιότητα βασίζεται η λειτουργία πολλών

Κεφάλαιο 7. Θερμοκρασία

12 η Διάλεξη Θερμοδυναμική

Εισαγωγή στην Μεταφορά Θερμότητας

4.1 Εισαγωγή. Μετεωρολογικός κλωβός

ΦΥΣΙΚΗ. Θερμοδυναμική Ατομική-Πυρηνική

Φύλλο Εργασίας 1: Μετρήσεις μήκους Η μέση τιμή

Θερμότητα. Κ.-Α. Θ. Θωμά

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΟΡΙΣΜΟΙ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

Εκπομπή Φωτός Απορρόφηση φωτός

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

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΡΥΘΜΙΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ. Δρ. Λυκοσκούφης Ιωάννης

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

ΠΕΙΡΑΜΑ 4: ΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΟΝΤΕΛΟ ΣΠΙΤΙΟΥ [1] ΑΡΧΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Θερµότητα χρόνος θέρµανσης. Εξάρτηση από είδος (c) του σώµατος. Μονάδα: Joule. Του χρόνου στον οποίο το σώµα θερµαίνεται

3ο Εργαστήριο: Ρύθμιση και έλεγχος της θερμοκρασίας μιας κτηνοτροφικής μονάδας

Διάδοση Θερμότητας. (Αγωγή / Μεταφορά με τη βοήθεια ρευμάτων / Ακτινοβολία)

Διάδοση θερμότητας 3 μηχανισμοί

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

* Επειδή μόνο η μεταφορά θερμότητας έχει νόημα, είτε συμβολίζεται με dq, είτε με Q, είναι το ίδιο.

Θερμοκρασία: φυσική ιδιότητα της ύλης εκφράζει ποσοτικά το «ζεστό» ή «κρύο»

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

µέτρηση θερµοκρασιών. ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΑ από την Αλεξάνδρα Κούση Η επιστήµη που ασχολείται µε τη

Κεφάλαιο 8. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ. Μονάδες - Τάξεις μεγέθους

Υπέρυθρη θερμογραφική απεικόνιση Αρχή λειτουργίας Εφαρμογές

Κεφάλαιο 1 ο : Στοιχεία Θερμοθεραπείας. Εισαγωγή. Ειδικά Θέματα Φυσικής

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ. Εισαγωγή στη Φυσική της Ατμόσφαιρας: Ασκήσεις Α. Μπάης

6.1 Θερμόμετρα και μέτρηση θερμοκρασίας

Θερμοκρασία: ποσοτικό μέτρο της θερμικής ενέργειας ενός σώματος

Εργαστηριακή Άσκηση 30 Μέτρηση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας υλικών.

OI ENNOIEΣ THΣ ΦYΣIKHΣ ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ. Π. Τζαμαλής ΕΔΙΠ

Από πού προέρχεται η θερμότητα που μεταφέρεται από τον αντιστάτη στο περιβάλλον;

ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. Εκπέμπεται από σώματα που έχουν θερμοκρασία Τ > 0 Κ. Χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος η τη συχνότητα

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Εργαστηριακή άσκηση 10 Βαθµονόµηση θερµοµέτρου

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

2.6 Αλλαγές κατάστασης

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

ΔΙΕΘΝΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΟΝΑΔΩΝ (S.I.)

Μαρία Κωνσταντίνου. Τρίτη Διάλεξη ΟΙ ΤΡΕΙΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥΣ. Στη φύση τα σώματα κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες:

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΓΡΟΥ

2.5 θερμική διαστολή και συστολή

ΦΥΣΙΚΗ. Ενότητα 9: ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΒΑΣΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Πρόκειται για τρόπο μεταφοράς ενέργειας από ένα σώμα σε ένα άλλο λόγω διαφοράς θερμοκρασίας. Είναι διαφορετική από την εσωτερική (θερμική)

Είδη Συλλεκτών. 1.1 Συλλέκτες χωρίς κάλυμμα

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

ΕΞΙΣΩΣΗ CLAUSIUS-CLAPEYRON ΘΕΩΡΙΑ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΣΔΕ ΑΓΡΙΝΙΟΥ Σχ. έτος ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Α. ΠΛΑΤΑΝΙΑ. Οι εκπαιδευτικοί στόχοι του συγκεκριμένου θέματος είναι:

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υλικών Θερμικές Ιδιότητες Callister Κεφάλαιο 20, Ashby Κεφάλαιο 12

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Με ποιο όργανο μετριέται το βάρος;

3 Μετάδοση Θερμότητας με Φυσική Μεταφορά και με Ακτινοβολία

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

dq dt μεταβολή θερμοκρασίας C = C m ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ J mole Θερμικές ιδιότητες Θερμοχωρητικότητα

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

Φαινόμενα Μεταφοράς Μάζας θερμότητας

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ. ΘΕΜΑ 1 ο

Εφαρμογές θερμογραφίας στην ενεργειακή απόδοση των κτηρίων

ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 3. Νίκος Κανδεράκης

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2-ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ 2017

4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 1

Η θερμική υπέρυθρη εκπομπή της Γης

Εξεταστέα Ύλη στη Φυσική Γ Γυμνασίου

Φυσικοί μετασχηματισμοί καθαρών ουσιών

P (Torr) 4,6 A 0 0,

4η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΑΕΡΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΧΕΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΥΓΡΑΣΙΑΣ

Γ Γυμνασίου 22/6/2015. Οι δείκτες Επιτυχίας και δείκτες Επάρκειας Γ Γυμνασίου για το μάθημα της Φυσικής

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΑΡΧΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Ανάλυση: όπου, με αντικατάσταση των δεδομένων, οι ζητούμενες απώλειες είναι: o C. 4400W ή 4.4kW 0.30m Συζήτηση: ka ka ka dx x L

ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ενότητα 3: Ηλιακοί Συλλέκτες: Μέρος Α. Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ

6.2. ΤΗΞΗ ΚΑΙ ΠΗΞΗ, ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΕΣ

Η φυσική με πειράματα Α Γυμνασίου

Μέτρηση Θερμοκρασίας - Θερμόμετρα

4Q m 2c Δθ 2m = 4= Q m c Δθ m. m =2m ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ

Φύλλο Εργασίας 4 Μετρήσεις Θερμοκρασίας-Η βαθμονόμηση

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ-2 Υ: ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ

ΒΓ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ. Τεύχος 6ο: ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ - 6 Η ΠΑΓΚΥΠΡΙΑ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ. όπου το κ εξαρτάται από το υλικό και τη θερμοκρασία.

ƷƶƴƫƬƩ ƥưƺƴƶƫƭʊ ƣưƶƫƭƨƫʈƨưʊ ƷƶƴƫƬƺƯ ƬƣƵƩƥƱƳƫƣ ƲE04 ƵƱƮƱƴ ƤƘ

Προσδιορισμός της Θερμοκρασίας του αέρα. Εργαστήριο 2

ηµήτρης Τσίνογλου ρ. Μηχανολόγος Μηχανικός

Τηλεπισκόπηση Περιβαλλοντικές Εφαρμογές. Αθανάσιος Α. Αργυρίου

ΟΙ ΑΛΛΑΓΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Ο «ΚΥΚΛΟΣ» ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

1 ο ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΘΕΤΙΚΗΣ-ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ. Καθηγητής Δ. Ματαράς

Transcript:

Θερμότητα 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 E k E 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 κινητική ενέργεια μετατόπισης κινητική ενέργεια λόγω δονήσεων & περιστροφής δυναμική ενέργεια λόγω ενδομοριακών δυνάμεων. 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 1 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 2 of 32

Βασικές έννοιες 1) Η θερμοκρασία (T) περιγράφει ποσοτικά τις έννοιες του θερμού & του ψυχρού. 2) Η Τ μετράται με θερμόμετρα που είναι διαφορετικά για διαφορετικές περιοχές θερμοκρασιών. Κατασκευή θερμομέτρου 1. Διαλέγουμε μία ιδιότητα που μεταβάλλεται (κατά προτίμηση) γραμμικά με την Τ, π.χ. διαστολή γραμμικών διαστάσεων (L=aT+b), μεταβολή πίεσης, μεταβολή ηλεκτρικής αντίστασης κλπ. 3) Μεταξύ 2 σωμάτων που βρίσκονται σε θερμική επαφή ροή θερμότητας συμβαίνει από το θερμό ψυχρό σώμα Το θερμίστορ έχει μη-γραμμική απόκριση. 2. Ορίζουμε «κλίμακα μέτρησης», δηλ. 2 θερμοκρασίες αναφοράς 4) Θερμική ισορροπία : 2 σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία όταν έχουν την ίδια Τ. 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 3 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 4 of 32

Κλίμακες θερμοκρασίας Κλίμακα Celsius (1742) Κλίμακα Fahrenheit (1724) Κλίμακα Kelvin (1824-1907) Σχέσεις μετατροπής μεταξύ κλιμάκων Κλίμακα Kelvin Θερμόμετρο σταθερού όγκου που συνήθως περιέχει He. Αέριο υπό χαμηλή πίεση συμπεριφέρεται σαν ιδανικό αέριο P V T Σταθερός όγκος 0 T 0 αναφορά στους 273.15 Μετρούμε την πίεση στους 0 & 100 o C Κατασκευάζουμε το διάγραμμα P-T P T P T 273. 16 όπου Τ P ο και P o Στην Kelvin χρειαζόμαστε 1 θερμοκρασία αναφοράς : το τριπλό σημείο του νερού 273.16Κ P o T 273. 16 P P o TC Celsius-Fahrenheit 9 TF TC 32 ή TF 2TC 32 5 5 9 T 32 ή T 0.5 T 32 F C F Kelvin-Celsius Τ Κ =Τ C +273,15 Μεταβολή της P συναρτήσει της Τ για θερμόμετρο σταθερού όγκου. Στη θερμοκρασία απολύτου μηδενός -273.15 ο η P=0 τα υγρά υγροποιούνται και στερεοποιούνται παύει να ισχύει η σχέση P-T Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 5 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 6 of 32

Είδη θερμομέτρων Υδραργυρικό Θερμόμετρα αντίστασης (Sir Siemens 1871) Χαρακτηριστικά Ευρεία περιοχή θερμοκρασιών (-270 ο C έως 2300 o C) Μη-γραμμική απόκριση Υψηλή ακρίβεια 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 ΔV στην επαφή 2 μεταλλικών συρμάτων τα άκρα των οποίων βρίσκονται σε διαφορετική θερμοκρασία 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). Η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στις 2 επαφές εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ τους. Η κεφαλή του θερμοζεύγους έχει πολύ μικρή μάζα η αποκατάσταση θερμικής ισορροπίας με το υπό μέτρηση σώμα είναι ταχεία. Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 7 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 8 of 32

Οπτικά πυρόμετρα (Νόμος Stefan Boltzman 1884) Αρχή λειτουργίας: μεταβολή του φάσματος εκπομπής θερμού σώματος Νόμος Stefan-Boltzmann P=εσ(Τ 4 -T 4 o ) (Wcm -2 ) Νόμος Wien λ m T=0.29cm o C -1. Χαρακτηριστικά Δεν απαιτείται φυσική επαφή μέτρηση από απόσταση Κατάλληλα για υψηλές θερμοκρασίες και διαβρωτικό περιβάλλον 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 είναι 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 9 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 10 of 32

Φαινόμενα που συνοδεύουν αλλαγές θερμοκρασίας Αλλαγή γεωμετρικών διαστάσεων (συστολή/διαστολή) Αλλαγές φάσης Συστολή /διαστολή Υλικό α β Al 2.4x10-5 7.2x10-5 Cu 1.7x10-5 5.1x10-5 Hg - 18x10-5 Αιθανόλη 75x10-5 Μεταβολή των διαστάσεων υλικών τεχνολογίας συναρτήσει της θερμοκρασίας. Συντελεστής γραμμικής διαστολής : 1 dl L dt Συντελεστής διαστολής όγκου Σώμα ομογενές & ισότροπο : (μονάδες ο C -1 ) (T) L 1 3 (Η 2 0- L o 1 dv (μονάδες ο C -1 ) V dt P Υποδοχείς διαστολής (expansion joints) χρησιμοποιούνται σε γέφυρες, σιδηροτροχιές κλπ για να απορροφήσουν μεταβολές μήκους των επί μέρους κομματιών λόγω αλλαγών της θερμοκρασίας. εξαίρεση) Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 11 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 12 of 32

Διμεταλλικός διακόπτης: Αποτελείται από 2 ισομήκεις μεταλλικές ράβδους που αποτελούνται από διαφορετικό υλικό και είναι συγκολλημένες μεταξύ τους. Τα 2 διαφορετικά μέταλλα έχουν διαφορετικό συντελεστή γραμμικής διαστολής α έχουν διαφορετικό ΔL όταν αλλάζει η Τ λυγισμός. Xρησιμοποιείται ευρύτατα σαν διακόπτης ηλεκτρικών συσκευών. Αλλαγές φάσης Οι αλλαγές φάσης δεν συνοδεύονται από αλλαγή χημικού τύπου & είναι ισόθερμες. Σημαντικές αλλαγές φάσης (ισόθερμες). Τήξη πήξη : στερεά υγρή φάση, π.χ. Η 2 O : 79.7 cal/gr Εξαέρωση υγροποίηση υγρό αέριο Βρασμός (φαινόμενο όγκου) : 1gr H 2 O (100 o C)+540 cal 1 gr ατμού στους 100 o C Εξάτμιση (διεπιφάνεια) μείωση εσωτερικής ενέργειας υγρού π.χ. εξάτμιση ιδρώτα, αλκοόλης Εξάχνωση στερεό αέριο (1 atm) π.χ. ναφθαλίνη, ξηρός πάγος CΟ 2 στους -79 o C στους 27 ο C μετατρέπεται σε αέριο CO 2 Παράδειγμα αλλαγής φάσης: Οι αλλαγές φάσης του H 2 O συνοδεύονται αρχικά από σπάσιμο των 6-γώνων δακτυλίων που συνιστούν τον πάγο και περαιτέρω σπάσιμο των αλυσίδων που συνιστούν την δομή του νερού. Ο χημικός τύπος του Η 2 Ο δεν αλλάζει και οι αλλαγές φάσης είναι ισόθερμες. Λανθάνουσα θερμότητα (L) αλλαγής φάσης (latent heat) υπό σταθερή πίεση είναι το ποσό της θερμότητας που απαιτείται για να αλλάξει φάση 1gr ουσίας όταν βρίσκεται στη θερμοκρασία αλλαγής φάσης. Q Lm Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 13 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 14 of 32

Ποσοτική περιγραφή θερμικών φαινομένων Θερμοκρασία ( o C Τήξη πάγου Βρασμός νερού Θέρμανση νερού Θέρμανση πάγου θερμότητα θέρμανση ατμού Ειδική θερμότητα c: το ποσό της θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1gr μιας ουσίας κατά 1Κ ή 1 ο C, υπό σταθερή πίεση. (J gr -1 o C -1 ). Μεγαλύτερη ειδική θερμότητα μεγαλύτερη αδράνεια στις μεταβολές της θερμοκρασίας. Μεταβολή της θερμοκρασίας του Η 2 Ο συναρτήσει της προστιθέμενης ποσότητας θερμότητας. Η διαφορετική κλίση κατά τη θέρμανση του πάγου, του νερού και του ατμού οφείλεται στην διαφορετική ειδική θερμότητα κάθε φάσης. Τα οριζόντια τμήματα αντιστοιχούν στην λανθάνουσα θερμότητα αλλαγής φάσης. Έξυπνα υφάσματα: οι μικρές σφαίρες καλύπτονται με υλικό που αλλάζει φάση και καθώς τήκεται ή παγώνει απορροφά ή απελευθερώνει θερμότητα, αντίστοιχα. Τα υφάσματα αυτά αλληλεπιδρούν με το σώμα και βοηθούν στη διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας του σώματος. Υπόθεση εργασίας : η c είναι σταθερή σε μικρά ΔΤ. Θερμοχωρητικότητα C =mc (J o C -1 ) ΔQ= mcδτ= C ΔΤ C ύ m c i i i Μονάδες μέτρησης ποσοτήτων θερμότητας Θερμίδα (calorie) : 1 cal= ποσόν θερμότητας που απαιτείται για να ανέβει η θερμοκρασία 1gr H 2 O από 14.5 15.5 ο C. 1 cal=4.186 J BTU Βρετανική θερμική μονάδα (κλίμακα Fahrenheit). 1 BTU= θερμότητα που απαιτείται για να ανέβει η θερμοκρασία 1 pound (454gr) H 2 O από 63F 64F 1 BTU=1055 J Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 15 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 16 of 32

Ενδεικτικές τιμές ειδικής θερμότητας: Η c μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία και γι αυτό στον πίνακα παρατίθεται και η περιοχή θερμοκρασιών στην οποία ισχύει η τιμή που παρατίθεται. Στοιχείο/ένωση c (cal gr -1 o C -1 ) ΔΤ ( o C) Al 0,22 20-100 Cu 0,092 20-100 γυαλί 0,20 20-100 H 2 O 1,00 0-100 πάγος 0,50-10 έως 0 Μηχανισμοί διάδοσης θερμότητας Οι 3 μηχανισμοί διάδοσης 1. Με αγωγή θερμότητας 2. Με μεταφορά ύλης 3. Με ακτινοβολία Μεταφορά θερμότητας με μεταφορά ύλης (convection) Οδηγός δύναμη: μεταβολές στην πυκνότητα Τα αέρια και τα ρευστά διαστέλλονται όταν Τ Η πυκνότητα τους Υφίστανται συνεχή μετατόπιση από υπερκείμενα στρώματα μεγαλύτερης πυκνότητας Ελεύθερη (π.χ. βρασμός Η 2 Ο, καπνός τσιγάρου) ή Εξαναγκασμένη (π.χ. καρδιά, χρήση αντλίας) Παραδείγματα Η μάζα του νερού θερμαίνεται λόγω μεταφοράς μάζας που οδηγείται από μεταβολές της πυκνότητας. Ανοδικά ρεύματα αέρα δημιουργούνται λόγω θέρμανσης του εδάφους. Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 17 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 18 of 32

Διάδοση θερμότητας με αγωγή Μεταφορά θερμότητας Q χωρίς μεταφορά μάζας. Η επιδαπέδια θέρμανση & η ψύξη του εσωτερικού ψυγείου στηρίζονται σε μεταφορά θερμότητας λόγω μεταφοράς μάζας. To Q t Το Q ΔΤ Το Q A (εμβαδόν επιφάνειας) Το Q L 1 Q ka T t L Η αιθαλομίχλη παγιδεύεται και αιωρείται στην ατμόσφαιρα λόγω απουσίας ανοδικών ρευμάτων αέρα. Κατά την έκρηξη ηφαιστείων ο καπνός ανυψώνεται κατά km λόγω μεταφοράς θερμών αερίων μαζών. To Q συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας k (W m -1 K -1 ) Πίνακας τιμών συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας για επιλεγμένα υλικά ευρείας χρήσης. Υλικό k (W/mK) Υλικό k (W/mK) Διαμάντι 1000 Hg 8.3 Au 314 Γυαλί 1.6 Al 205 Τούβλο με μόνωση 0.15 Ατσάλι 50.2 Τούβλο 0.6 Ξύλο 0.12-0.04 H 2 O (20 o C) 0.6 Μπετόν 0.8 Αέρας (0 o C) 0.024 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 19 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 20 of 32

Εφαρμογές Για την ελαχιστοποίηση απωλειών ενέργειας στα κτίρια χρησιμοποιούνται υλικά πορώδη με μεγάλο ποσοστό κενών που περιέχουν αέρα. Το πολυστυρένιο (styrofoam) έχει εξαιρετικές μονωτικές ιδιότητες επειδή οι φυσαλίδες αέρα που περιέχει εμποδίζουν την μεταφορά θερμότητας με μεταφορά ύλης. Διάδοση θερμότητας με ακτινοβολία Νόμος Stefan (1835-93) : P =ε σ Τ 4 (Wcm -2 ) Νόμος Stefan-Boltzmann P=ε σ (Τ 4 -T 4 o ) 0<ε<1, ικανότητα εκπομπής (φύση επιφάνειας) σ=5,7 x 10-8 Wm -2 K -4 Νόμος Wien λ m T=0.29cm o C -1. Μετατόπιση του Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας της μόνωσης και του ξύλου είναι 0,030 & 0,080 J/(s m ο C), αντίστοιχα. Η απώλεια φάσματος εκπομπής όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία του σώματος. θερμότητας χωρίς την μόνωση είναι 12 φορές μεγαλύτερη. Ο Ηλιος που βρίσκεται στους 6000Κ εκπέμπει μέρος του φάσματος του στο ορατό. Αντίθετα τα σώματα που βρίσκονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος εκπέμπουν στο υπέρυθρο. Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 21 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 22 of 32

Καλός εκπομπός καλός απορροφητής Καλός ανακλαστήρας κακός εκπομπός Μέλαν σώμα (ε=1) : απορροφά & δεν ανακλά. Ανθρώπινο σώμα Εξαναγκασμένη μεταφορά θερμότητας (η καρδιά λειτουργεί σαν αντλία) Οι έντονα ανακλαστικές εξωτερικές επιφάνειες του δορυφόρου ελαχιστοποιούν τις απώλειες θερμότητας. Οι μηχανισμοί απώλειας θερμότητας από το ανθρώπινο σώμα μεταβάλλονται όταν αλλάζει η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στεγνό σώμα Μεταφορά ύλης 30% & Ακτινοβολία 50% Ιδρωμένο σώμα Εξάτμιση (αλλαγή φάσης) ΔΤ=+1 ο C Mεταβολισμός +7% Έντονη άσκηση Mεταβολισμός +10% Q Νόμος Newton για την ψύξη t t Nόμος θέρμανσης Joule : W=V I t=i 2 R t Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 23 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 24 of 32

Μηχανισμοί διάδοσης θερμότητας-εφαρμογές Εφαρμογές ακτινοβολίας μέλανος σώματος 1. Θερμός Λειτουργούν 2 μηχανισμοί μείωσης της μεταφοράς θερμότητας Ανακλαστική εσωτερική επιφάνεια μικρή εκπομπή μείωση απωλειών λόγω ακτινοβολίας Διπλά τοιχώματα υπό κενό Μείωση μεταφοράς με ύλη Μείωση μεταφοράς με αγωγή. Μέλαν σώμα: απορροφά 100% της προσπίπτουσας ακτινοβολίας & ανακλά 0%. Πυρομετρία Nόμος Wien λ m T=0,29cm/ o C. Εφαρμογές : για Τ>1000Κ Αστροφυσική 2. Μεταβολές της θερμοκρασίας μεγάλων λιμνών. Όταν η επιφάνεια του Η 2 Ο : Θ=4 ο C τα επιφανειακά στρώματα βυθίζονται μείξη & αποκατάσταση θερμικής ισορροπίας σε όλο το Η 2 Ο. Οταν η επιφάνεια έχει Θ<4 ο C τα επιφανειακά στρώματα διαστέλλονται επιπλέουν σταματούν οι μηχανισμοί μεταφοράς-μείξης η απώλεια θερμότητας γίνεται μόνο με αγωγή που είναι βραδύς μηχανισμός Θερμογραφία (1960): Stefan-Βoltzmann P(Wm -2 )=σ ε (Τ 4 -Τ 4 ο ) Ανιχνευτές υπερύθρου : φωτογραφική ή τηλεοπτική εικόνα. διαφορά θερμοκρασίας από το περιβάλλον 1Κ ευαισθησία 0,1 ο C. Εφαρμογές : Στρατός Ιατρική (εντοπισμός όγκων ή φλεγμονών) Περιβάλλον Εντοπισμός εστίας σε μεγάλες πυρκαγιές Απεικόνιση θερμών ρευμάτων στη ροή ποταμού όπου εκβάλλουν κανάλια ψύξης πυρηνικών εργοστασίων. Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 25 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 26 of 32

Νυχτερινή φωτογραφία δρόμου. Τα θερμά σημεία στη στέγη του σπιτιού οφείλονται σε παράθυρα οροφής. Το καπώ του αυτοκινήτου και τα λάστιχα είναι ζεστά λόγω της λειτουργίας της μηχανής και της τριβής, αντίστοιχα. Νυχτερινή φωτογραφία 2 μηχανοκίνητα εν κινήσει (το 2 ο όχημα είναι τροφοδοσίας) Προσγείωση του space shuttle. Τα πιο θερμά σημεία (άσπρα και κόκκινα) βρίσκονται στην μύτη και τον θάλαμο διακυβέρνησης. Η κόκκινη περιοχή κοντά στην ουρά θερμαίνεται λόγω λειτουργίας των κινητήρων επιβράδυνσης. Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 27 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 28 of 32

Φαινόμενο θερμοκηπίου Τ ηλίου =6000Κ λ ηλίου 5000Å (0.5μm ορατό) Μεταβολή της θερμοκρασίας στο κρανίο ασθενούς λόγω ημικρανίας Κατανομή της θερμοκρασίας στην πλάτη ατόμου με φλεγμονή στην σπονδυλική στήλη. Η απεικόνιση δεξιά είναι υψηλής διακριτικής ικανότητας. Τ γής 300Κ λ γής =100μm (υπέρυθρο) Τοιχώματα θερμοκηπίου : διαπερατά στο ορατό (5000 Å) & αδιαφανή στο υπέρυθρο η ακτινοβολία παγιδεύεται στο εσωτερικό του θερμοκηπίου α β γ Κατανομή της θερμοκρασίας στην πλάτη αλόγου: α) φυσιολογική, β) φλεγμονή στο οστό της ουράς, γ) φλεγμονή στο λαγόνιο οστό άνοδος θερμοκρασίας. CΟ 2 : «οροφή του θερμοκηπίου ΓΗ» Διπλασιασμός του CO 2 => ΔT=+2 o C => τήξη παγετώνων. Παραγωγή CO 2 : παραγωγή ενέργειας (π.χ. καύση πετρελαιοειδών). Νυχτερινή φωτογραφία οικισμού. Τα θερμά σημεία αντιστοιχούν στους δρόμους και τα απόβλητα βιομηχανίας. Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 29 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 30 of 32

Παραγωγή ενέργειας: Η+Η+Η+Η He+2e + 6.4x10 18 erg/s Κατανάλωση καυσίμων : 600,000,000 tons/s Αναμενόμενη διάρκεια ζωής > 10,000,000,000 χρόνια Το CO 2 λειτουργεί ως η «οροφή» του θερμοκηπίου «ΓΗ». Μεταβολή της συγκέντρωσης του CO 2 σε ppm από το 1958 έως το 2000. Οζον: απορροφά επιλεκτικά την υπεριώδη (λ 3000 Å) του ήλιου. Διάδοση θερμότητας Ακτινοβολία (r 0.7r o ) Μεταφορά ύλης (r>0.7r o ) Η τρύπα του Ο 3 (φωτογραφία NASA). Η διάσπαση του Ο 3 επάγεται καταλυτικά από το ΝΟ (υπερηχητικά αεροσκάφη) Ο ΗΛΙΟΣ Θερμοκρασία Ηλίου Κέντρο: 15,000,000Κ Επιφάνεια: 5870Κ Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 31 of 32 Ε. Κ. Παλούρα : Θερμότητα Page 32 of 32