1 FIZIKA Hőtan Balthazár Zsolt Apor Vilmos Katolikus Főiskola

2 Alapfogalmak — 1 A 19. század folyamán sikerült igazolni, hogy a hő energia zárt rendszerben érvényes az energiamegmaradás törvénye körfolyamatban a hőt nem lehet teljes egészében más energiafajtává alakítani a hő rendezetlen mozgási energia

3 Alapfogalmak — 2 Mit ismertek? Hőtágulás, gázok és folyadékok hőtágulása · innen jön a higanyos hőmérő Hőerőgépek hatásfokkorlátja: S. Carnot 1821: · nem oldható meg a 100%-os hatásfok R. Mayer 1841: energiamegmaradás törvénye · a cikket nem akarta a szaksajtó közölni!

4 Alapfogalmak — 3 Hőtágulás Legnagyobb a gázoké, a folyadékoké közepes, legkisebb a szilárd testeké A víz rendhagyó viselkedése Szilárd testeknél általában a térfogat nő, az alak (arányok) nem változnak Készítsünk hőmérőt? Mi kell hozzá?

5

6

7 Egy szokatlan hőmérő A folyadék fajsúlya függ a hőmérséklet- től. Az üveggömbök fajsúly szerint úsznak vagy elmerülnek. Alkal- mas folyadékkal és üveggömbbel hőmérő készíthető.

8 Alapfogalmak — 4 Hőmennyiség Csak két állapot közötti energiakülönbséget tudjuk megállapítani Fajhő: az a hőmennyiség, amelynek befektetésével 1 g anyag hőmérséklete 1 o C- szal emelkedik Gázoknál más az állandó nyomáson és az állandó térfogaton mért fajhő

9 Hőtan 1. főtétele A hő energia. Zárt rendszerben érvényes az energiamegmaradás törvénye. Következmények: A rendszer energiaváltozása egyenlő a munkavégzés és a hőleadás-felvétel összegével Nem lehet olyan gépet készíteni, amely több energiát termel, mint fogyaszt

10 Hőtan 2. főtétele Hő önként csak a melegebb helyről terjed a hidegebb helyre Következmények: Nem lehet olyan gépet szerkeszteni, amely egyetlen hőtartályt használva a hőt munkává tudja alakítani, két különböző hőmérsékletű tartályra van szükség Két hőtartályos rendszerrel viszont nem lehet a hőt teljes egészében munkává alakítani

11 Hőtan 3. főtétele A 0 K hőmérséklet nem érhető el. Következmények: A 2. főtételt nem lehet úgy megkerülni, hogy a második hőtartály 0K hőmérsékletű legyen 0 K-en is végeznek a részecskék rezgőmozgást, ezt azonban nem lehet megszüntetni

12 Clausius-féle hőhalál elmélet Minden energiaváltozás során keletkezik hő. Ha a hőt munkává alakítjuk, a felhasznált hő egy része alacsonyabb hőmérsékletre kerül. Idővel minden energiafajta hővé alakul, de nem lesz hőmérsékletkülönbség, hogy a hőt munkává lehessen alakítani. Ekkor semmiféle változás nem lehetséges: ez a halál. „Míg minden megtelt, míg minden kihűlt, és megmarad a semleges salak.” (Madách)

13 … és miért nem? A Világegyetemről nem tudjuk eldönteni, hogy az nyitott vagy zárt rendszer A 2. főtételt tapasztalati alapon állítja a fizika, ezeket a tapasztalatokat viszont csak a Világegyetem egészen kis részén gyűjtötte össze Nem ismerjük azokat a folyamatokat, amelyek a Világegyetemben szélsőséges körülmények között játszódnak le

14 Az anyagi halmazok állapota — 1 Gázok: · nincs alakjuk, térfogatuk · a molekulák rugalmasan ütköznek egymással és a határoló fallal - nincsen más kölcsönhatás · a gázmolekulák sebessége az anyagi minőségtől és a hőmérséklettől függ · óriásiak a sebességkülönbségek adott állapotú gázban is

15 Az anyagi halmazok állapota — 2 Folyadékok · Térfogatuk van, alakjuk nincsen · A részecskék között jelentős erők működnek, de a hőmozgás megakadályozza a részecskék rácsponthoz rögzítését · Rendezett zónák keletkeznek és esnek szét igen rövid idő alatt

16 Az anyagi halmazok állapota — 3 Szilárd anyagok · Határozott alakjuk és térfogatuk van · A legtöbb szilárd anyagnak kristályszerkezete van, de soknak nincsen (üveg, fa, főtt tojás) · Nem minden szilárd test egyben merev test is! · Nem minden anyagnak létezik mindhárom állapota! Ezt a kémiai szerkezet szabja meg

17 Halmazok átalakulása — 1 Gázokból Folyadék: lecsapódás, kondenzáció. Felhőképződés. Köd. Csapadék: harmat. Bepárásodó hideg felületek. Harmatpont Szilárd: viszonylag ritka: csapadék esetén zúzmara

18 Halmazok átalakulása — 2 Folyadékokból Gázok: párolgás, forrás. Szerepe a víz globális körforgásában. A forrás hőmérséklete nyomásfüggő. Gyakorlati alkalmazás: kukta Szilárd: fagyás. Víz a megszokottól eltérő viselkedése: téli víztelenítés, úszó jéghegy. Csapadékformák: megfagyó harmat a dér

19

20 Halmazok átalakulása — 3 Szilárd anyagokból Gázok: szublimáció. Olvadás nélkül „eltűnik” a jég. Kámfor, mentol Folyadékok: olvadás. A víz szokatlan viselkedése: nyomás növekedésére a jég megolvad. Korcsolya

21 Zuzmara A levegő és a környezet 0ºC alá hűlt. A levegő hőmérséklete tovább csökkent, a harmatpont alá. A víz gáz állapotból szilárd állapotúvá vált.

22 Hőátadás Sugárzással. Így melegíti a Földet a Nap. Nem kell közeg hozzá Hővezetéssel. Az anyagot felépítő részecskék egymásnak adják át a rendezetlen mozgási energiát, helyváltoztatás nélkül. Áramlással. Folyadékokban és gázokban áramlással terjed a hő.

23 Hővezetés Jó hővezetők: főleg a fémek, ezekben a hővezetést az elektronfelhő biztosítja (ezek többnyire jó elektromos vezetők is) Hőszigetelők: ha a gázbuborék kicsi, nem jön létre áramlás. Ezért a szivacsos szerkezetű anyagok jó hőszigetelők. Réteges öltözködés: jobb hőszigetelés is!

24 Levest főzünk Az edény fala vezeti a hőt, ez jó, mert különben hideg marad a leves A kezünkhöz azonban ne vezesse, mert ez égési sérüléshez vezet

25

26 Ellenőrző kérdések — 1 Miért nem fagy be a Balaton soha fenékig? Ha a gáz kitölti a teret (ha módja van a vákuumot,) miért van a Földnek légköre? Mitől függ a hőmérő érzékenysége? (Érzékenység: minél kisebb hőmérséklet- különbség mérési lehetősége.) Hogyan működik és mire használják a bimetált?

27 Ellenőrző kérdések — 2 Télen vagy nyáron nagyobb a vonat gördülési zaja? Miért van a távhővezetéken  alakú szakasz? Miért nincsen alumíniumbeton? Miért árulnak külön fagyálló járólapot az építőanyag-kereskedésben?