Oppilastyö

Ominaiskapasiteetti


Kytkettiin laite koneeseen
Laite otti tuloksia itsekseen
Loggerpro muodosti taulukon perusteella kuvaajan
Johtopäätös: kulmakerroin on 3413J/°C

Tehtäviä kappaleesta 6

Lue kirjan kappale 6 esimerkkeineen huolellisesti. Kopioi seuraavat kysymykset peda.netiin omalle sivullesi ja vastaa niihin.

1. Miten sisäenergian muutos näkyy mikrotasolla? Miten systeemin sisäenergiaa voidaan muuttaa?
  • Systeemin sisäenergia muuttuu, kun 
  • Sisäenergia muutos voidaan havaita systeemin lämpötilan, paineen, tilaavuuden ja olomuodon muutoksesta.
  • Systeemiin tuodaan energiaa
  • Systeemistä poistuu energiaa
  • Ulkoinen voima tekee työtä systeemiin
  • Systeemi tekee työtä

2. Katso oheinen video sisäenergiasta. Miksi veden lämpötila kohoaa, kun sitä vatkataan sähkövatkaimella?

  • Koska silloin sähkövatkaimen tekemä työ kasavattaa veden sisäenergiaa.

3. Mikä on lämpöopin I pääsääntö ja mitä se tarkoittaa? Miten se liittyy energian säilymislakiin?
  • Lämpöopin I pääsääntö kuvaa systeemin sisäenergian muutosta kaavalla \Delta U=Q+W, jossa Q on systeemiin (Q > 0) tai systeemistä (Q < 0) siirtynyt enrergia eli läpömäärä ja W systeemiin tehty työ (W > 0) tai systeemin tekemä työ (W < 0).
  • Se liittyy energian sälymislakiin sillä tavlla, että kaavassa otetaan myös huomioon kappaleen liike- ja potentiaalienergian lisäksi myös kappaleen sisäenergia, koska energian säilymislaen mukaan energia voi luonnonilmiössä siirtyä tai muuntua muodosta toiseen, ja energian kokonaismäärä kuitenkin säiyy muuttumattomana.

4. Katso oheinen video kaasun tekemä työ. Mistä voidaan päätellä, että kaasu tekee työtä? Pienentääkö vai kasvattaako tämä työ kaasun sisäenergiaa? Onko systeemin lämpömäärä positiivinen vai negatiivinen?
  • Kaasu teki työn, kun kolikko nousi kaasun laajenemisen vaikutuksesta hetkeksi ylös. 
  • Aina kun kolikko nousee ylös, kaasun energia pienenee, ja sen sisäenergia alkaa taas kerttyä uudelleen.
5. Oheisessa kuvassa on männällä varustetussa sylinterissä olevan kaasun paineen ja lämpötilan kiertoprosessi. Pisteessä 2 lämpötila on pienempi kuin pisteiden 1 ja 3 välillä oleva vakiolämpötila. Esitä kustakin kolmesta prosessista tekeekö ympäristö kaasuun työtä vai kaasusysteemi ympäristöön ja siirtyykö lämpö ympäristöstä kaasuun vai päinvastoin.
  • 1-2 Kaasu tekee työtä, sillä kaasun tilavuus pienenee ja samalla kaasuua jähdytetään eli kaasua puristetaan kokoon, joten kaasuun tehdään työtä.
  • 2-3 Kaasun tilavuus on pysynyt samana, eli kaasu ei tee työtä
  • 3-1 Kaasun tilavuus kasvaa eli kaasu tekee työtä.
6. Ilmaise lämpöopin II pääsääntö kolmella eri tavalla ja selitä, mitä ne tarkoittavat.
  1. Kun väriainetta tipataan veteen, se liukkenee ihan kokonaan, eikä tulee ikinä palamaan takaisin yhdeksi pisaraksi, koska kaikissa luonnon ilmiössä pyritään termodynaamista tasapainoa. (Läpöopin II pääsääntö)
  2. Jäätelö sulaa je menettää helposti muotonsa. Täälöin Entropia kasvaa, ja sulanut jäätelömassa ei palaa takaisin annoksen muotoon. (Läpöopin II pääsäntö entropian avulla)
  3. Ruohonleikkurin moottori on läpövoimakone. Se muutaa lämpönä mekaaniseksi työksi, mutta se ei kuitenkaan pystyy muuntamaan kaiken lämpönä ottamansa eneriaa mekaaniseksi työksi. (Lämpöopin II pääsääntö lämpövoimakoneen kannalta)
7. Selitä lämpöopin II pääsäännön avulla, miksi sokeripala liukenee teeveteen, mutta siitä ei voi muodostua uudestaan sokeripalaa.
  • Silloin kun sokeripala liukenee teeveteen, teeveden entropia kasvaa, lopuksi teevesi saavuttaa termodynaamisen tasapainoon, ja sokeripala ei palaa takaisin annoksen muotoon.

8. Laske kirjan tehtävät 6-7 ja 6-8.

6-7
V_1=0{,}50m^3
V_2=2{,}0m^3
p=4{,}0bar=400kpa
p\cdot\Delta V=400000pa\cdot\left(2{,}0m^3-0{,}50^3\right)=600000kJ=0{,}60mJ

6-8
p=2{,}0bar=200kpa=200000pa
W=1{,}2kJ=1200J
p\cdot\Delta V\ <=>\Delta V=\frac{W}{p}
\Delta V=\frac{W}{p}=\frac{1200kJ}{200000pa}=0{,}006m^3=6dm^3

S.42 1

Aluksi laitettiin kahteen keitinlasiin vettä. Toiseen laitettiin mahdollisimman kylmää vettä ja toiseen maholisimman kuumaa vettä. Alkulämpötila kylmässä lasissa oli 20°C ja kuumassa 46°C
- Noin 10 minuutin kuluessa kuuman lasin lämpötila on laskenut noin 5°C. Kylmän keitinlasin lämpötila ei ollut muuttunut lainkaan. 20 minuutin kulutua lämpötila oli laskenut 10°C, mutta kylmässä lasissa ei havaita vielä merkittävää muutosta. Lämpötila kuuma ssa lasissa oli tällöin 35°C.

Johtopäätökset:

Johtopäätöksenä voidaan totea, että lämpötilat tasoittuvat ympäostön kanssa rli molemmat lämpötilat pyrkivät huoneen läpötilan tasolle. Kuuma lasi vilenee nopeammin kuin kylmä lasi, koska kuumemman lasin alkuläpötila on korkeampi suhtessa huoneen lämpötilaan.