Olomuodot ja energia

Aineen eri olomuodoilla on energiajärjestys, joka perustuu rakenneosien liikehdintään.
Enemmän energiaa: enemmän rakenneosien liikettä, rakenneosat vapaampia liikkumaan
Ⓔ Vesimolekyylit:

• Kaasussa: liikkuvat nopeasti ja törmäilevät. (paljon energiaa)
• Nesteessä: liikkuvat toistensa ohitse (kohtalaisesti energiaa)
• Kiinteässä: värisevät paikoillaan (vähän energiaa)

Olomuodon muutokset

• Olomuodon muutoksissa aine joko vastaanottaa ja varastoi energiaa tai aine luovuttaa eli siitä vapautuu ympäristöön energiaa.

• Jos uusi olomuoto on korkeammassa energiassa (kuvassa ylempänä), aine varastoi energiaa olomuodonmuutoksessa. Silloin olomuodon muutos vaatii, että ainetta lämmitetään muutoksen ajan.

• Jos uusi olomuoto on matalammassa energiassa (kuvassa alempana), aine luovuttaa energiaa olomuodonmuutoksessa.

• Olomuodon muutoksen aikana aineen lämpötila ei muutu. Olomuoto muuttuu joko sulamispisteen tai kiehumispisteen lämpötilassa. Tiedot löytyvät ainekohtaisesti taulukoista.

Sulamislämpö (jähmettymislämpö), E

• Kaava: E = s · m
• E = sulamiseen tarvittava lämpö, joka varastoituu aineeseen 
• s = ominaissulamislämpö (kJ/kg) - tämä tieto etsitään taulukoista!
  
• m = massa (kg)

Ⓔ Sulatetaan 2,0 kg 0 °C jäätä vedeksi. Paljonko energiaa varastoituu tai vapautuu?

Vastaus: Neste on korkeamman energian olomuoto kuin kiinteä. Energiaa varastoituu veteen noin 670 kJ

Höyrystymislämpö (tiivistymislämpö), E

• Kaava: E = r · m
• E = höyrystymiseen tarvittava lämpö, joka varastoituu aineeseen 
• r = ominaishöyrystymislämpö (kJ/kg) - tämä tieto etsitään taulukoista!
  
• m = massa (kg)

Ⓔ Keitetään 2,0 kg 100 °C vettä vesihöyryksi. Paljonko energiaa varastoituu tai vapautuu?

Vastaus: Kaasu on korkeamman energian olomuoto kuin neste. Energiaa varastoituu vesihöyryyn noin 4500 kJ

Yhteenveto energialaskuista: Lämpöopin portaat

Kun ainetta lämmitetään riittävän paljon, tapahtuu vuorotellen lämpötilan ja olomuodon muutoksia. Tätä kokonaisuutta voidaan havainnollistaa kuvaajalla eli diagrammilla nimeltä lämpöopin portaat. Alla on esitetty lämpöopin portaat vedelle alkaen noin - 50 °C lämpöisestä kiinteästä vedestä eli jäästä. Energia-akseli on hahmoteltu melko karkeasti mutta kuitenkin korostaen sitä, että veden höyrystäminen eli vaihe 4 vaatii aivan erityisen paljon energiaa (Kuva alla).

Tehtävä:
100 g kauhassa sulatettua tinaa kaadetaan vesiämpäriin, jonka lämpötila on 20 °C.
Laske kuinka paljon lämpöenergiaa tinaan varastoituu / tina luovuttaa? (valitse oikea)
*Extra: Jos vettä on 5 litraa, miten suuri on vaikutus veden lämpötilaan?