Andris Fedotovs Silta fizika aukstā laikā
Kas ir «siltums»?
Siltums ir enerģijas pārneses veids
Nepareizi: Viela/materiāls/Objekts satur siltumu Pareizi: Viela/materiāls/Objekts satur enerģiju Šī enerģija var tik pārnesta siltuma veidā (Šī enerģija var tikt pārnesta arī darba veidā)
Siltums un darbs ir enerģijas pārneses veidi, kuru rezultātā izmainās objekta TEMEPERATŪRA
Molekulas GĀZĒ Molekulas nav saistītas viena ar otru. Gāzē tās kustas translācijas kustībā, līdz saduras ar citu molekulu, vai trauka sienu. Katra molekula kustas ar citu ātrumu, attiecīgi katrai molekulai ir cita enerģija. Taču var teikt, ka visam molekulu kopumam ir raksturīga kaut kāda vidēja statistiskā kustības kinētiskā enerģija. Temperatūra ir šīs vidējās kustības enerģijas mērs! Molekulām piemīt kinētiskā enerģija: = 3 2 Viss molekulu kopums satur iekšējo enerģiju: = k Bolcmaņa konstante, N molekulu skaits
Molekulas GĀZĒ
Molekulas ŠĶIDRUMĀ
Atomi CIETĀ VIELĀ Molekulas atrodas svārstību kustībā ap fiksētām pozīcijām. Tās nekur neceļo un nemigrē (izņemot dažas). Visa iekšējā enerģija ir šajā svārstību kustībā. (To sauc arī par ķīmisko saiti). Līdzīgi kā šķidrumā iekšējā enerģija ir daudzkārt lielāka nekā gāzei pie tādas pašas temperatūras.
Kas ir karstāks? Gaiss 200 C temperatūrā? vai Panna 200 C temperatūrā
? Kam ir lielāka iekšējā enerģija? Ledus kalnam vai Karstai tējas krūzei pilnai ar karstu tēju
Vai var ieiet 90 C karstā pirtī? Bet apsēsties uz lāvas??
Vielas īpatnējā siltumietilpība Cik daudz enerģijas jāpievada vienam kilogramam vielas, lai tās temperatūra paaugstinātos par vienu grādu. Enerģiju var pievadīt gan darbaveidā, gan siltuma veidā.
Siltumietilpību tabula Q= mc T * *
Pamatā izšķir 4 siltuma pārneses veidus 1) Siltuma vadīšana 2) Konvekcija 3) Siltuma starošana 4) Fāzu pārejas (kušana, iztvaikošana)
1. Siltumvadīšana Sistēmas ar atšķirīgām tatrodas ciešā kontaktā. Siltuma pārnese ir atkarīga no materiālu siltumvadīšanas koeficienta λ. S d Siltumvadīšanunodrošina molekulu iekšējās svārstības materiālā. = S kontakta virsmas laukums, d ķermeņa Siltumvadīšana noris no karstākās vietas uz aukstāko. τ- procesa ilgums
Siltumvadīšanaun elektroni Siltumvadīšanasjautājums metālos Metālos pastāv brīvie elektroni, kuru kustība ir līdzīga gāzes molekulu kustībai, līdz ar to tiem piemīt translācijas kinētiskā enerģija Brīvo elektronu dēļ metāli ir ļoti labi siltuma vadītāji.
Siltumvadīšanaun elektroni Siltumvadīšanasjautājums NEmetālos Nemetālos brīvu elektronu praktiski nav. Siltuma vadīšanu nodrošina kristāliskā režģa svārstības - fononi
dažādu vielu siltumvadītspējas koeficienti Materiāls Siltumvad. koef, [W/m K] * Sudrabs 429 Varš 399 Zelts 317 Alumīnijs 237 Dzelzs 80.2 Tērauds 43 Nerūsošais tērauds 15.1 Stikls 0.81 Plastmasa 0.2-0.3 Koks 0.087 Korķis 0.039 Ūdens (šķidrs) 0.6 Ūdeņradis (gāze) 0.18 Hēlijs (gāze) 0.151 Gaiss 0.026 Slāpeklis, skābeklis 0.026
Siltumvadīšanabez elektroniem Vai var būt labs izolators un siltumvadītājs vienlaicīgi? Ļoti Ļoti Tīram dimantam λ= 2000 W/(m K)!
Naglas siltuma vadītāji
Naglas ēdiena gatavotāji
2. KONVEKCIJA (Atšķirīgu blīvumu siltām un aukstām vielas masām parādība) Siltuma konvekcija ir siltumapmaiņa, kas saistīta ar vielas masas pārvietošanos tās blīvuma izmaiņas rezultātā.
Konvekcija atmosfērā = vējš Auksta zeme Silta zeme
LAVA lampa
Siltuma starošana
3. Siltumstarošana Siltumstarošana ir enerģijas pārnese elektromagnētisko viļņu veidā. Šādi enerģija var tikt pārnesta arī vakuumā, kur nav nekādas vielas. Enerģijas pārnesi ar EM starojumu apraksta Stefana- Bolcmaņa likums: 4 4 P= eσ S( T T ) A P Q = τ P kopējā izkliedētā jauda laika intervālā τ: e ķermeņa emisijas/absorbcijas spēja (no 0 līdz 1) S starotāja laukums, σ- Stefana konstante T starotāja temperatūra
Siltumstarošana
Saules izstarošanas temperatūra ir 6000 K
Siltumnīcas efekts Redzamā gaisma caur stiklu nonāk telpā, kur to absorbē objekti, kā rezultātā tie uzsilst un izstaro infrasarkanos starus, kas būtībā ir siltumstarojums. Ne IS ne UV starojums neiet cauri stiklam, līdz ar to IS paliek noslēgtajā telpā un paaugstina tās temperatūru.
Absorbētās enerģijas daudzums ir atkarīgs no EM starojuma krišanas leņķa Atšķirīgais Saules starojuma krišanas leņķis nosaka tik atšķirīgo klimatu dažādās Zemeslodes vietās, kā arī gadalaikus dažādos gada intervālos.
Vasara
Ziema
4. Fāzu pārejas Kušana kristalizēšanās Iztvaikošana - kondensēšanās Tiešajās fāzu pārejās pie zemākās temperatūras stabilākā fāze atdziest. Šķidrumam iztvaikojot, tas atdziest. Pretējās fāzu pārejās pie zemākās temperatūras stabilākā fāze uzsilst. Kondensējoties tvaikam, siltums izdalās.
Iztvaikošana\kondensēšanās Šķidrumam iztvaikojot, tas atdziest, jo iztvaikošanai nepieciešamais siltums agregātstāvokļa maiņai, tiek ņemts no ūdens iekšējās enerģijas. Tvaikam kondensējoties, izdalās noteikts siltuma daudzums. Q = m q
Ledusskapis Kompresors, saspiežot gāzi līdz augstam spiedienam, dzen to cauri radiatoriem, kur tiek atdots Q 1, Atdodot Q 1, gāze atdziest un kondensējas (fāzu pāreja), Saldētavas kamerā atrodošajās caurulēs gāze pie zema spiediena atkal iztvaiko, saņemot siltumu Q 2 no apkārtnes, tādējādi atdzesējot kameru. Tvaiks atgriežas kompresorā, kur atkal tiek saspiests (uz gāzi pastrādā darbu A dz ).
Siltuma sūknis
Siltums un degviela Uguns Kāpēc uguns vienmēr ir karsta? Degšanas process un izdalītais siltums. Cik daudz siltuma var iegūt kaut ko sadedzinot?
Degšanas siltums Piemēram, malkas pagale jauzsilda līdz 150 C Izdalās gāzes, kuras turpina silt līdz pie 250 C tās sadalās atomos (H 2, C), kas reaģē ar skābekli -> DEG! Degt sāk arī pagalē izveidojušais ogleklis. Turpmāko degšanu nodrošina ķēdes reakcija, kad liesmas siltums izraisa turpmāku gāzu izdalīšanos no malkas un tās pārvēršanos ogleklī.
Izolācijas flīzes struktūra: 90% gaiss un 10% SiO2 šķiedra (smiltis!)
Ap 1200 C karsts!
Kāpēc var noturēt rokās? Ap 1200 C karsts!
Paldies par uzmanību!