Energia ja laskut

Energia ja olomuodon muutokset

  • Aineen lämmittäminen kuluttaa energiaa (liike lisääntyy, energiaa sitoutuu)

  • Myös olomuodon muuttaminen kuluttaa energiaa
  • Aineen lämpeneminen, sulaminen ja höyrystyminen sitovat (kuluttavat) energiaa
  • Aineen viileneminen, jähmettyminen ja tiivistyminen vapauttavat energiaa

  • Haihtuminen vs. kiehuminen
    • haihtumista tapahtuu kaikissa lämpötiloissa, nesteen pinnalta
    • kiehuminen tapahtuu aineen kiehumispisteessä, kaikkialta nesteessä
    • kuvia googlella (evaporation = haihtuminen, boiling = kiehuminen)

Olomuodon muutoksiin liittyvät laskut

Ominaissulamislämpö

sulamiseen tarvittava energia on [[$$ Q=s \cdot m $$]]​ jossa Q on lämpömäärä (energia, kJ), s on ominaissulamislämpö (kJ/kg) ja m on massa (kg)
  • Aineen ominaisuus (eri aineilla eri arvot!)
  • ominaissulamislämpöjä löytyy taulukoista (kirjan s. 111)
    • Wikipedia (heat of fusion, HUOM! [[$ \frac{J}{g} = \frac{kJ}{kg} $]]​)

  • HUOM! ominaissulamis- ja höyrystymislämmöt eivät mitenkään liity lämpötilaan vaan energiaan!

Ominaishöyrystymislämpö

  • Aineen höyrystymiseen vaadittava energia
  • Taulukoita kirjan s. 111, Wikipedia
  • Aineen ominaisuus kuten sulamislämpökin

Ominaissulamis- ja höyrystymislämpö, esimerkit

Esim 1. Kuinka paljon energiaa tarvitaan kun halutaan sulattaa 250 g sulamispisteessään olevaa rautaa?
  • raudan ominaissulamislämpö s on 276 kJ/kg
  • tehtävässä raudan massa m on 250 g = 0,25 kg
  • [[$ Q=s \cdot m = 276 kJ/kg \cdot 0,25 kg = 69 kJ $]]​
Esim. 2. (vaikeampi!) Kuinka paljon energiaa tarvittaisiin jos edellisen tehtävän rauta olisi aluksi huoneen lämpötilassa (25 °C)
  • rauta pitää ensin lämmittää sulamispisteeseen (VP s.102-3!)
  • raudan sulamispiste 1535 °C (lämpötilan muutos siis 1535-25 =1510°C)
  • raudan ominaislämpökapasiteetti 0,45 kJ/kg°C

  • [[$ Q_lämmitys = c m \Delta t = 0,45 \cdot 0,25 \cdot 1510 = 169,875 kJ \approx 170 kJ $]]​
  • sitten itse sulamiseen saman verran kuin esimerkissä 1 eli 69 kJ
  • yhteensä [[$ Q=170kJ+69kJ=239kJ $]]​