HŐTAN, más szóval TERMODINAMIKA

Az előadások a következő témára: "HŐTAN, más szóval TERMODINAMIKA"— Előadás másolata:

1 HŐTAN, más szóval TERMODINAMIKA

2 A hőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó.
E jellemzőt az ember elsősorban tapintás útján, a hőérzettel észleli, másodsorban hőmérő segítségével. A hőmérséklet a hőtan tudományának egyik alapfogalma. Fizikai szempontból : a hőmérséklet az anyagot felépítő részecskék átlagos mozgási energiájávalkapcsolatos mennyiség. A hőmérséklet statisztikus fogalom.

3 A hőmérőkészítés gondolata Leonardo da Vincitől származik.
Az első hőmérőt Galilei készítette 1593-ban Az első hőmérők a gázok, folyadékok, szilárd anyagok hőtágulásán alapultak GALILEI HŐMÉRŐJE A golyók tömegkülönbsége mindössze 2 / 1000 gramm. Ez biztosítja 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.

4 A Celsius skála alappontjai:

5 Anders Celsius 1701. november 27. –1744. április 25.
       1701. november 27. –1744. április 25. svéd természettudós, csillagász, a Celsius-skála megalkotója. A svéd és a berlini akadémia, valamint a londoni Royal Society tagja. Foglalkozott a Nap és a Föld távolságának meghatározásával. Fizikai és geofizikai kutatásokat is végzett. 1737-ben tervezte meg a ma is használatos, 100-as beosztású hőmérsékleti skáláját, amely komoly segítséget jelentett a tudományos munkában. A skálát 1742-ben mutatta be a Svéd Akadémiában 1750-ben Stromer svéd tudós módosította a skálát, és a fagyáspontot tette meg 0°-nak, a forráspontot pedig 100°-nak. Tanulmányozta az északi fényt is.

6 O°F :szülővárosának leghidegebb hőmérséklete,
A Fahrenheit skála alappontjai: O°F :szülővárosának leghidegebb hőmérséklete, 100°F: testének hőmérséklete Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) német fizikus ÁTVÁLTÁS: [°C] = ([°F] ‒ 32) · 5/9 [°F] = [°C] · 9/5 + 32

7 Néhány érdekes hőmérsékleti adat:
A Nap felszíni hőmérséklete: 6000°C A Nap belső hőmérséklete: 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

8 KELVIN SKÁLA Ez a termodinamikai hőmérséklet-skála. Az abszolút hőmérsékleti skála használatát William Lord Kelvin (eredeti neve William Thomson, ), angol fizikus vezettette be ben Viktória királynőtől nemesi címet kapott (Kelvin néven ütötték lorddá). A skála alappontja az abszolút zérus pont. Abból a megfontolásból adódik, hogy a test hőmérsékletét a molekulák sebessége határozza meg. Ahol ez a sebesség nulla, az anyag alapállapota. 0 K = -273,15°C 0°C = 273K 100°C = 373K A Kelvin skálán az egységek ugyanakkorák, mint a Celsius skálán. ÁTVÁLTÁS: T a hőmérséklet Kelvinben, t Celsius fokban T = t + 273 Az eddigi előállított leghidegebb hőmérséklet 2⋅10-9 K. /2 nanokelvin/

9 Kezdetben a hőmérőkbe alkoholt, majd később higanyt tettek
Kezdetben a hőmérőkbe alkoholt, majd később higanyt tettek. De a higany -39°C-on megfagy, 357°C-on felforr. Ha a higany fölé nitrogén gázt vagy szénsavat tesznek, akkor a hőmérő 750°C-ig használható. A nagyon alacsony vagy nagyon magas hőmérsékletek mérésére más fizikai törvényeket kellett alkalmazni. ⇒ Az ellenállás-hőmérők azt használják ki, hogy a fémek ellenállása függ a hőmérséklettől. (ΔR=R0·α · ΔT) ⇒ A magasabb hőmérsékletű testeknél a sugárzás erősségét mérik. Ezek a pirométerek. (kohók, Nap) ⇒ Vannak olyan festékek, amelyek színváltozással reagálnak a hőmérsékletváltozásra. Ez a termokolor. (benzinmotor, lázmérő, akvárium hőmérő)

10 SZILÁRD TESTEK HŐTÁGULÁSA
Lineáris(vonalas) hőtágulás Felületi hőtágulás Térfogati hőtágulás

11 Lineáris(vonalas) hőtágulás
A lineáris hőtágulási együttható számértéke kifejezi, hogy egy kelvin hőmérsékletváltozás hatására létrejövő hosszváltozás hányszorosa a kezdeti hossznak.

12 KÍSÉRLETI ESZKÖZ A LINEÁRIS HŐTÁGULÁS BEMUTATÁSÁRA

13 α α Néhány anyag hőtágulási együtthatója: ANYAG NEVE cement 1,8 jég
5,25 márvány 0,5 üveg plexi 13,0 fa gyémánt 0,12 ANYAG NEVE α alumínium 2,4 ólom 2,8 réz 1,6 vas 1,1 tégla 0,95 beton 1,2 acél

14 Melegben a hidak fémszerkezete is hosszabb lesz, ezért a nagy hidaknak legalább az egyik végét görgőkkel támasztják alá.

15

16 Az úttesten pedig egymásba csúszó fésűs szerkezet teszi
lehetővé a tágulást.

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

18 LÍRA

19

20 Csövek szerelésénél is figyelni kell a hőtágulásra.

21 Előfordulhat , hogy nagy melegben a sín meghajlik.

22

23

24

25 0 fokon 300 m 30 fokon 15 cm-rel magasabb. Mekkora a hőtág. tényező?

26 A BIMETÁL két különböző fémből áll, melyeket szegecseléssel vagy hegesztéssel egymáshoz erősítenek. Hőmérséklet változáskor a két fém különböző mértékben tágul, illetve húzódik össze, ezért a bimetall meghajlik. A meghajlásból következtetni lehet a hőmérsékletre. 􀂃

27

28 Kapcsolók, szelepek működtetésére
használják például tűzhelyek, vízmelegítők, fűtőberendezések biztonságos működtetése oldható meg vele. Így működnek a tűzjelzők.

29 Felületi hőtágulás: A parketta, az autópályák betonelemei vagy a díszburkolat elhelyezésekor úgynevezett dilatációs hézagot kell hagyni, hogy a melegedés hatására ne púposodjon fel a felület, illetve lehűléskor ne törjön el. A fémalátétek, mozgólépcsők, csukó, záró szerkezetek lemezeinél is figyelni kell a felületi tágulásra.

30 Helytelenül megtervezett
dilatációs kiosztás az épület végétől 1,5 m-re Dilatációs hézag hiánya miatt keletkező repedés

31 TÉRFOGATI HŐTÁGULÁS

32

33

34 1 kg víz Térfogatának változása a hőmérséklet függvényében

35 VÍZ

36 JÉG

37 A víz rendellenes hőtágulásának
egyik következménye, hogy télen a tavak fentről lefelé kezdenek befagyni. A levegőtől lehűlő víz lesüllyed, így a hőáramlás miatt a tó vize 4°C-os lesz. További hűléssel azonban a felszínen maradt vízréteg megfagy. A jég viszont már jó hőszigetelő, ami megakadályozza a mélyebb vízrétegek további lehűlését. 􀂃

38