HŐTAN,más szóval TERMODINAMIKA

A hőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó. Későbbiekben tanulunk a másik két állapothatározóról is.

E jellemzőt az ember elsősorban tapintás útján,a hőérzettel észleli,

másodsorban hőmérő segítségével.

A hőmérséklet a hőtan tudományának egyik alapfogalma.

Fizika:a hőmérséklet az anyagot felépítő részecskékátlagos mozgási energiájával kapcsolatos mennyiségszögéből nézve :. A hőmérséklet statisztikus fogalom.

Galilei hőmérője akár szobadísznek is megfelel, úgy ahogy sok más fizikai kísérleti tárgy vagy fizikai jelenséget felhasználó tárgy. (pld plazmagömb)A golyók tömegkülönbsége mindössze 2 / 1000 gramm. Ez a tömegkülönbség biztosítja számunkra a pontosan 1 °C-nyi különbséget. A golyók lesűlyednek, ha a hőmérséklet növekszik és felemelkednek, ha a hőmérséklet csökken. Az aktuális hőmérséklet a felső részen úszó legalsó golyón függő plombáról olvasható le.

Galileo HőmérőGalilei készítette 1593-ban

A Celsius skála alappontjai:

CELSIUS SKÁLAAlappontjai:0°C az olvadó jég hőmérséklete ⇒normál nyomáson.100°C a forrásban lévő víz ⇒hőmérséklete normál nyomáson.Az eredeti Celsius hőmérő alappontjai fordítva helyezkedtek el, és Martin Strömer, másforrások szerint a skót Reinike fordította meg az alappontokat 1750-ben, így alakult ki a ma ishasznált Celsius hőmérő.

KELVIN SKÁLAEz a termodinamikai hőmérséklet-skála.Az abszolút hőmérsékleti skála használatát William Lord Kelvin (eredeti neve William Thomson, 1724-1907), angol fizikus vezettette be. 1892-ben Viktória királynőtől nemesi címet kapott (Kelvin néven ütötték lorddá).A skála alappontja az abszolút zérus pont. Abból a megfontolásból adódik, hogy a testhőmérsékletét a molekulák sebessége határozza meg.Ahol ez a sebesség nulla, az anyag alapállapota.0 K = -273,15°C0°C = 273K100°C = 373KA Kelvin skálán az egységek ugyanakkorák, mint a Celsius skálán. T = t + 273

ÁTVÁLTÁS

[°C] = ([°F] ‒ 32) · 5/9

[°F] = [°C] · 9/5 + 32

HŐMÉRSÉKLETÁTSZÁMÍTÁS

Celsius Kelvin Rankine Fahrenheit

Celsius 1

Kelvin 1

Rankine 1

Fahrenheit 1

15,273)( KT 15,273)(9

5 Rt o 32)(

9

5 Ft o

15,273)( Ct o Rt o9

537,255)(

9

5 Ft o

15,273)(5

9Ct o KT

5

967,459)( Ft o

)(5

932 Ct o 67,459

5

9KT 67,459)( Rt o

MI IS AZ ABSZOLÚT NULLA?(PERSZE, HA ÜRES A ZSEBEM)

• a test hőmérsékletét a molekulák sebessége határozza meg.ahol ez a sebesség nulla, az anyag alapállapota.• 0 K-nél az anyag részecskéi már nem mozognának.• ezen a hőmérsékleten a gázok térfogata és nyomása is nulla

lenne, ez az állapot nyilván nem következhet be• a gázok elég alacsony hőmérsékleten cseppfolyóssá válnak.• a hőelmélet III. főtétele értelmében ezt a hőmérsékletet nem

lehet elérni• az eddig előállított leghidegebb hőmérséklet 2 10-9 K⋅• az első hőmérők a gázok, folyadékok, szilárd anyagok

hőtágulásán alapultak.

Néhány érdekes hőmérsékleti adat:

A Nap felszíni hőmérséklete: 6000°C A Nap belső hőmérséklete: 15 millió °C Legforróbb csillagok belső hőmérséklete :50 millió°C Hidrogénbomba robbanásakor: 300 millió°C Földfelszín átlaghőmérséklete: 15°C Ezen a hőmérsékleten a legnagyobb a víz sűrűsége: 4 °C Téli álmot alvó aranyhörcsög: 3,5°C Sütő hőmérséklete:200 °C Max sütő: 380 °C Vas olvadáspontja :1539 °C Vas forráspontja: 3000 °C Arany olvadáspont:1000 °C Volfrám, a legmagasabb olvadáspontú fém : 3380 °C Higany fagyáspontja: -39 °C Földön mért leghidegebb hőmérséklet -89,2 °C /Antarktisz 1983/Oxigén fagyáspontja:-219 °C Nitrogén fagyáspontja -210 °C Nitrogén forráspontja :-196°C Plútó felszíni hőm:-220°C Galaxisok közötti tér hőm: -270°C

SZILÁRD TESTEK HŐTÁGULÁSALineáris(vonalas) hőtágulás

Lineáris hőtágulásról olyan szilárd anyagoknál beszélünk, ahol a keresztirányú méret elhanyagolható a hosszirány méretéhez képest.Ilyen pl. a rudak, vezetékek, sínek, stb…hőmérsékletváltozás hatására bekövetkező méretváltozása.Hőtágulás oka:Hőenergia hatására a szilárd anyag belsejében megnő a részecskék rezgő- mozgásának energiája. Ez abban nyilvánul meg, hogy nő a rezgőmozgást végző részecskék amplitúdója. Így minden részecskének nagyobb lesz a térfogatigénye. Ez okozza a hosszváltozást.A hosszváltozás mértéke függ az anyag minőségétől, Minden anyagban más és más kémiai kötőerők működnek, amelyek a hőtágulás mértékét befolyásolják. a kezdeti hosszúságától, A kezdeti hosszal arányos azon részecskék száma, amelynek amplitúdója megváltozik hőenergia hatására. hőmérsékletváltozástól. A hőmérsékletváltozástól függ, hogy mekkora energia változtatja meg a részecskék rezgőmozgását. Mérések azt mutatják, hogy szilárd testek lineáris hőtágulásakor bekövetkezett hosszváltozása egyenesen arányos a kezdeti hossz és a hőmérsékletváltozás szorzatával.

Felületi hőtágulás

Az előzőek alapján egy kétdimenziós szilárd lemez hőtágulás során bekövetkező felületváltozása az alábbi összefüggés alapján határozható

meg: A képen a diletációs rés hiánya miatti repedés látható

A hosszú csővezetékekbe U lakú szakaszokat/ lírákat/ iktatnak. A vezeték tágulásakor illetve összehúzódásakor, az U alakú részek hajlanak meg, így a csövek

nem károsodnak.

LÍRÁKna most fizika vagy magyar óra, ahol vagyunk?

Térfogati hőtágulás

A gyűrű környílása pontosan akkora, hogy a golyó éppen átfér rajta szobahőmérsékleten.Ha a golyót Bunsen-lángon felmelegítjük, kitágul, amit szemléletesen bizonyít, hogy így már nem fér át a gyűrűn.Melegítsük meg a gyűrűt is a lángban. A felmelegített gyűrű nyílásán a meleg rézgolyó ismét átfér, bizonyítva ezzel, hogy a szilárd testek belső üregei melegítés hatására ugyanúgy tágulnak, mintha az üreget is anyag töltené ki. EZT JEGYEZZÉK MEG

a hőközlés hatására bekövetkező térfogatváltozás egyenesen arányos a kezdeti térfogat és a hőmérsékletváltozás szorzatával, az arányossági tényező a β-val jelölt térfogati hőtágulási együttható

ÓRAI KÍSÉRLETGravesande gyűrű

Folyékony halmazállapotú anyagok hőtágulása

A folyadékok hőközlés hatására legtöbbször a szilárd anyagokhoz hasonlóan viselkednek.

Melegítés hatására általában kitágulnak.Ennek az az oka, hogy a befektetett hőenergia növeli a részecskék

rezgőmozgásának energiáját. Ez abban nyilvánul meg, hogy a részecskék nagyobb amplitúdóval végzik mozgásukat. Így minden részecskének megnő a

térfogatigénye, ezért a folyadék kitágul.A térfogatváltozás egyenesen arányos a kezdeti térfogattal, mert ez határozza

meg, hogy hány részecskének változik meg a térfogatigénye. ΔV ~ V0A térfogatváltozás egyenesen arányos a hőmérsékletváltozással, mivel ez

határozza meg, hogy mennyivel változik meg a részecskék rezgő- mozgásának az energiája. ΔV ~ ΔT.

A folyadék hőközlés hatására bekövetkező térfogatváltozása egyenesen arányos, a kezdeti térfogat és a hőmérsékletváltozás szorzatával, az arányossági tényező a folyadék

hőtágulási együtthatója.

α 1/K vagy 1/°C

• Különböző feladatokban, táblázatokban vagy az 1/K vagy az 1/°C mértékegységgel találkozhatunk a lineáris hőtágulási együtthatónál.

• Van valami különbség? Mit kell tennem? Ezek a kérdések merülnek fel (?), esetleg a tanulókban.

• Mit is tanultunk a két hőmérsékleti skáláról? A Kelvin és a Celsius skálákról?

• Igeeeeeen! Talált!

• Szóval az előző tananyagrészben (lsd 5 számú dia) szó volt arról, hogy a Kelvin skálán az egységek ugyanakkorák, mint a Celsius skálán.

• Szóval nem kell semmit átszámolnunk!

A víz anomáliájakiegészítő anyag lásd másik ppt-n

A víz hőtágulása kivételes.0 °C-tól 4 °C-ig nemhogy tágulna, hanem összehúzódik.Megfigyelések azt mutatják, hogy a víz 4 °C-on tölti ki a legkisebb térfogatot.Ebből az is következik, hogy a 4 °C-os víz sűrűsége a legnagyobb.A víz hőtágulása magasabb hőmérsékleten sem lineáris.A víz kivételes hőtágulásának fontos szerepe van a tavak és a folyók befagyásakor. Amikor a tó lehűl, a felszínén lévő lehűlt víz a tó aljára kerül, mert sűrűsége nagyobb. Amikor a víz teljes mélységben eléri a 4 °C-ot, akkor az áramlás megszűnik. A felszínhez közeli víz tovább hűl, de ez a réteg már nem süllyed le, mert sűrűsége kisebb, mint a 4 °C-os víz sűrűsége. Lassan a víz felszínén jég képződik, amely úszik a vízen.Ha a tó, folyó nem túl sekély, akkor az alján mindig marad víz, amely biztosítja az állatok és a növények túlélését a nagy hidegben is.A víz tehát felülről lefelé fagy meg, míg minden más folyadék alulról felfelé.

FELADATOKA példafeladatokat JPG file-ban találhatják meg a menüben.

Házifeladat példák:-téma első óráját követően: Moór Á. Középiskolai Példatár: 755-758-ig-téma második óráját követően:Moór Á. Középiskolai Példatár: 759, 771

Szorgalmi:-a téma kezdetét követő 3 hét alatt leadható a Moór Ágnes Középiskolai Példatár: 755-777-ig (kivéve: 764-765-766) kidolgozva külön lapon, egy tantárgyi ötösért!!!

Dolgozatban várhatóan több elméleti kérdés-meghatározás és 2-3 feladat-megoldás lesz. (külön figyelmet kérem, hogy a halmazállapotok meghatározására fordítsanak)

Dolgozat időpontja: órán kerül bejelentésre

Dolgozatot követően, akik 1, 2, 3-as jegyet szereztek a dolgozatukra, 1 héten belül kötelezően leadják nekem a Moór Ágnes Középiskolai Példatár: 41-91-ig kidolgozva külön lapon! Már nem ötösért! Csak gyakorlásként!

ÉRDEKES LINKEKhttp://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics(EZ UGYAN ANGOL NYELVŰ, de hát Önök jól tudnak angolul!)www.sdt.sulinet.huhttp://www.szertar.com/http://realika.educatio.hu/http://metal.elte.hu/~phexp (kísérletek) Dr. Juhász András

HA VALAKI VALAMILYEN ÉRDEKESET TALÁL A NETEN SZÓLJON NEKEM, HOGY BŐVÍTHESSÜK A LISTÁT!!!

FELHASZNÁLT IRODALOMFizika 10-Maxim Kiadówww.sdt.sulinet.huÖtösöm lesz fizikából-Gulyás János...-Műszaki KiadóFizika Középiskolásoknak - Dr. Siposs András-Korona KiadóFizika Hőtan - Dr. Zátonyi – Ifj. ZátonyiFizika Szakközépiskolai Összefoglaló Feladatgyűjteményhttp://metal.elte.hu/~phexp (kísérletek) Dr. Juhász Andráshttp://www.puskas.hu/diak_erettsegi/anyagok/Fizika_2007Wikipedia, stb más internetes anyagokwww.tar.hu/fizfotowww.tar.hu/fizrajzwww.extra.hu/keretfizikawww.ntk.huwww.nettankonyv.hu