Készítette: Horváth Zoltán Hőtan Készítette: Horváth Zoltán

Tartalom A nyomás fogalma Szilárd testek lineáris hőtágulása Fázisok, Fázis átalakulások Hőmérséklet, hőmérés

A nyomás fogalma Definíció: Jele: p Kiszámításának módja: Egy felületre ható merőleges irányú nyomóerő és a nyomott felület nagyságának hányadosát nyomásnak nevezzük. Jele: p Kiszámításának módja: Ahol F a felületre merőleges irányú nyomóerő nagyságát, A pedig a nyomott felület nagyságát jelöli. Mértékegysége: Pa (Pascal) Használatos mértékegységek: Bar; Torr; Hgmm; Atm; …

A hidrosztatikai nyomás fogalma Definíció: A folyadékoszlop súlyából származó nyomóerő és a nyomott felület nagyságának hányadosát hidrosztatikai nyomásnak nevezzük. Jele: ph Kiszámításának módja: Ahol m a folyadékoszlop tömegét, g pedig a nehézségi gyorsulást jelöli. Használjuk fel a sűrűség képletes definíciójának átrendezését! Ahol ρ a folyadék sűrűségét, V a térfogatát jelöli. Egy hasáb térfogatát a következőképen számoljuk ki: Ahol h az oszlop magasságát jelöli. Mértékegysége: Pa (Pascal)

Mekkora a hidrosztatikai nyomás egy 25m mély bányató mélyén?                   A tó mélyén a víz nyomása 250 000Pa.

Mekkora a hidrosztatikai nyomás egy 250m mélységben egy óceánban? Az óceánban 250 m mélységben 2575 KPa a nyomás értéke.

Mekkora a hidrosztatikai nyomás a Marianna-árok mélyén? A Föld legmélyebb pontján kb 13,65 MPa a nyomás értéke .

Szilárd testek lineáris hőtágulása Lineáris, vagy hosszanti hőtágulásnak nevezzük a testek olyan alakváltozását, amely során a szilárdtest hosszának változása a hőmérséklet -változás hatására következik be. Egy adott test lineáris méretének változása: * egyenesen arányos a hőmérséklet megváltozásával; * egyenesen arányos az eredeti hosszával; * egyenesen arányos a testek anyagi minőségével; Az anyagi állandót lineáris hőtágulási tényezőnek nevezzük. Mértékegysége:

Mennyivel növekszik meg a hossza annak a 100m hosszúságú alumínium-huzalnak, amelynek a hőmérséklete 15 oC-ról 45 oC-ra nő meg? A 30oC-os 100m hosszú alumínium huzal hossza 30oC-os Melegedés hatására 7,2 cm-rel nyúlik meg.

Mennyire növekszik meg a hossza annak a 18m hosszúságú vasúti sínnek, amelynek a hőmérséklete -10 oC-ról 40 oC-ra nő meg? A -10oC-os 18m hosszú vasúti sín hossza 50oC-os melegedés hatására 9,9 mm-rel nyúlik meg. A vasúti sín hossza 18,0099m-re változik meg ilyen környezeti hatásra.

magas Al oszlop hossza 29,9m-re változott? Mekkora volt a hőmérsékletváltozás, illetve mennyi lett az új hőmérséklet, ha az eredetileg 35 oC-os, 30m magas Al oszlop hossza 29,9m-re változott? Az alumínium oszlop hőmérséklete kb 139oC-kal csökkenhetett. Ilyen hideget a Földön még nem mértek!

Állapotjelzők Nyomás Térfogat Részecskeszám Hőmérséklet Jele: p Mértékegysége: Pa Térfogat Jele: V Mértékegysége: m3 Részecskeszám Jele: N Hőmérséklet Jele: T Mértékegysége: K

Hőmérséklet A hőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó. Változása szorosan összefügg az anyag más makroszkopikus tulajdonságainak változásával. Az ember elsősorban tapintás útján, a hőérzettel észleli, másodsorban hőmérő segítségével. A hőtan, más néven termodinamika tudományának egyik alapfogalma.

Hőmérők Celsius féle hőmérő Kelvin féle hőmérő Víz forráspontja normális, 100KPa nyomáson 100 oC 373 K 212 oF 27 oC víz hőmérséklete normális, 100KPa nyomáson 27 oC 300 K 80,6 oF Víz fagyáspontja normális, 100KPa nyomáson 0 oC 273 K 32 oF -273,16 oC 0 K Legalacsonyabb hőmérséklet -459,7 oF Fahrenheit féle hőmérő

A hő mérése

Termodinamika főtételei I. Főtétel (A belső energia és a tágulási munka) A rendszer belső energiájának megváltozása egyenlő a „kívülről a rendszerhez vezetett” hőmennyiségnek és munkának az összegével. (Clausius, 1822-1888)

II. Főtétel Másodfajú perpetum mobile nem létezik. III. Főtétel Az abszolút hőmérsékleti skálán a zérus fok megközelíthető, de el nem érhető

Fázisátalakulások jelenségek

Olvadás Olvadásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során szilárd halmazállapotú anyagból folyékony halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: A jég vízzé olvad

Párolgás Párolgásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során folyékony halmazállapotú anyagból légnemű halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: A víz vízgőzzé párolog Párolgáskor a folyadékból a viszonylag legnagyobb sebességű molekulák távoznak el. A párolgás következtében a folyadék lehűl.

       Párolgás sebessége Az anyagi minőségtől A párolgás intenzitása függ:  Az anyagi minőségtől  A párolgó felület nagyságától  A párolgó anyag rétegvastagságától  A környezet páratartalmától  A folyadék hőmérsékletétől  A környezet nyomásától  A párolgó csepp átmérőjétől

Lecsapódás Lecsapódásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során Légnemű halmazállapotú anyagból folyékony halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: A vízgőz hideg felületen vízzé csapódik le.

Fagyás Fagyásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során folyékony halmazállapotú anyagból szilárd halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: A víz jéggé fagy.

Szublimáció Szublimációnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során szilárd halmazállapotú anyagból légnemű halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: Jód, kámfor, szárazjég

Kondenzáció Kondenzációnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során légnemű halmazállapotú anyagból szilárd halmazállapotú anyag keletkezik. Példa: Jód, kámfor, szárazjég

Halmazállapotok, fázisok (Szupravezető) Szilárd Olvadás Fagyás Folyékony Szublimáció Kondenzáció Párolgás Lecsapódás Légnemű Plazma

Fajhő Egy test fajhője megmutatja, hogy mennyi energiát kell befektetni ahhoz, hogy az 1 kg tömegű testet 1 K fokkal felmelegítsük! Jele: c Mértékegysége:

Olvadáshő Egy szilárd test olvadáshője megmutatja, hogy mennyi energia kell az 1kg tömegű test megolvasztásához. Jele: Mértékegysége:

Mennyi energia kell ahhoz, hogy elolvasszunk 5kg 0oC-os jeget? A jég megolvasztásához 1668,7 kJ energia szükséges.

Forrás Az a jelenség, amely akkor jön létre, amikor az anyag belsejében gőzfázis keletkezik, és a gőz buborék formájában távozik a folyadékból. Forráspontnak nevezzük azt a hőmérsékletet, amelyen a forrás bekövetkezik. A tiszta víz egyik tulajdonsága, hogy óvatosan melegítve a víz túlhevíthető. Ebben az állapotában nagyon instabil. Egy beeső porszem, vagy rázás hatására a víz robbanásszerűen gőzzé alakul. Ez a jelenség sokszor okozott kazánrobbanást.

Forráshő Egy folyékony anyag forráshője megmutatja, hogy mennyi energia kell az 1kg tömegű test elforralásához. Jele: Mértékegysége:

Néhány anyag forráspontja és forráshője Forráspont (°C) Forráshő (kJ/kg) Alumínium 2 450,0 10 886,2 Ólom 1 740,0 879,2 Vas 3 000,0 4647,6 Arany 2 970,0 1 758,5 Ezüst 2 210,0 2 177,2 Volfrám 5 500,0 4 815,1

Etanol 78,0 906,07 Higany 356,6 287,72 Víz 100,0 2 256,37 Szén-dioxid Anyag Forráspont (°C) Forráshő (kJ/kg) Etanol 78,0 906,07 Higany 356,6 287,72 Víz 100,0 2 256,37 Szén-dioxid -78,0 572,78 (szublimációs) Oxigén -183,0 213,12 Nitrogén -195,8 199,30 Hidrogén -252,5 460,57

Hőtani feladatok

Kalorimetrikus feladatok

Fontosabb észrevételek: 2 dl 20oC-os vízhez egy jól hőszigetelt termoszba öntünk 3 dl forró vizet. Mekkora lesz a hőmérséklete a folyadéknak a hőkiegyenlítődés után? Fontosabb észrevételek: Nincs halmazállapot- változás Azonos fázisú anyagok Azonos fajhő: c1=c2 Azonos anyagok Mindkét anyagnak ugyanannyival változik a belső energiája 68oC lesz a folyadék hőmérséklete a termoszban.

Fontosabb észrevételek: 3 dl 10oC-os vízhez egy jól hőszigetelt termoszba öntünk 7 dl forró vizet. Mekkora lesz a hőmérséklete a folyadéknak a hőkiegyenlítődés után? Fontosabb észrevételek: Nincs halmazállapot- változás Azonos fázisú anyagok Azonos fajhő: c1=c2 Azonos anyagok Mindkét anyagnak ugyanannyival változik a belső energiája 73oC lesz a folyadék hőmérséklete a termoszban.

Fontosabb észrevételek: 15 liter 16oC-os vízhez egy jól hőszigetelt edénybe mennyi forró vizet kell önteni, hogy a hőkiegyenlítődés után a kialakuló hőmérséklete a folyadéknak 30oC legyen? Fontosabb észrevételek: Nincs halmazállapot- változás Azonos fázisú anyagok Azonos fajhő: c1=c2 Azonos anyagok Mindkét anyagnak ugyanannyival változik a belső energiája 3kg forró vizet kell önteni az aktuális melegítéshez.

2 l 10oC-os vízhez egy jól hőszigetelt edénybe öntünk 5 l forró etanol alkoholt. Mekkora lesz a hőmérséklete a keveréknek a hőkiegyenlítődés után? Nincs halmazállapot- változás Azonos fázisú anyagok Fontosabb észrevételek: Mindkét anyagnak ugyanannyival változik a belső energiája 50,6oC lesz a keverék hőmérséklete az edényben.

2 dl 25oC-os vízhez egy jól hőszigetelt edénybe öntünk 20g -10oC hőmérsékletű jeget. Mekkora lesz a hőmérséklete a keveréknek a hőkiegyenlítődés után? Van halmazállapot- változás Nem azonos fázisú anyagok Fontosabb észrevételek: Mindkét anyagnak ugyanannyival változik a belső energiája

18,315oC lesz a keverék hőmérséklete az edényben.

É 3dl 25oC-os üdítőhöz hány gramm -10oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 10oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,02g/cm3, , fajhője 4,1 kJ/ kgoC. Először kiszámítjuk az üdítő tömegét. Induljunk ki a sűrűség definíciójából! Az üdítő 306g tömegű.

É 3dl 25oC-os üdítőhöz hány gramm -10oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 10oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,02g/cm3, , fajhője 4,1 kJ/ kgoC.

É 3dl 25oC-os üdítőhöz hány gramm -10oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 10oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,02g/cm3, , fajhője 4,1 kJ/ kgoC. A szükséges -10oC-os jég tömege: 47,3g.

É 2dl 20oC-os üdítőhöz hány gramm -15oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 5oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,1g/cm3, , fajhője 4 kJ/ kgoC. Először kiszámítjuk az üdítő tömegét. Induljunk ki a sűrűség definíciójából! Az üdítő 220g tömegű.

É 2dl 20oC-os üdítőhöz hány gramm -15oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 5oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,1g/cm3, , fajhője 4 kJ/ kgoC.

É 2dl 20oC-os üdítőhöz hány gramm -15oC-os jeget tegyünk, hogy a hőmérsékletkiegyenlítődés után az üdítő 5oC-os legyen? Az üdítő sűrűsége 1,1g/cm3, , fajhője 4 kJ/ kgoC. A szükséges -15oC-os jég tömege: 34,1g.

Gáztörvények

Mennyi gáz részecske van egy 2dl térfogatú, 20oC hőmérsékletű 100KPa nyomású gáztartályban?