W tym artykule znajdziesz najważniejsze informacje oraz wzory termodynamiki. Termodynamika to dział fizyki, zajmujący się przemianami energii w zjawiskach cieplnych. Termodynamika stara się odpowiedzieć na pytania jak zmieniają się własności ciał takie jak temperatura, stan skupienia, objętość w wyniku przepływu energii (dostarczania lub odbierania energii).
Najważniejsze wzory: Przemiany energii w zjawiskach cieplnych:
- Wzór na I zasadę termodynamiki
- Wzór na energię potrzebną do ogrzania ciała
- Wzór na ciepło pobrane poczas topnienia
- Wzór na ciepło oddane podczas krzepnięcia
- Wzór na energię pobraną podczas parowania cieczy w temperaturze wrzenia
- Wzór na energię oddaną podczas skraplania pary
Energia wewnętrzna
Każde ciało posiada pewną energię wewnętrzną. Na tę formę energii składa się głównie energia kinetyczna poszczególnych cząsteczek związaną z ich chaotycznym ruchem i energia potencjalnego oddziaływania cząsteczek.
Wzrost temperatury ciała jest związany ze wzrostem średniej energii kinetycznej cząsteczek.
I zasada termodynamiki:
Energię wewnętrzną możemy zmienić przez wykonanie nad ciałem pracy lub przekazanie ciepła.
\Delta E_w = W + Q \Delta E_w – zmiana energii wewnętrznej
W – praca
Q – ciepło
Cieplny przepływ energii
Cieplny przepływ energii (ciepło) polega na przekazywaniu sobie energii między cząsteczkami ciała o wyższej temperaturze, a cząsteczkami ciała o niższej temperaturze. Przekazywanie ciepła trwa do chwili wyrównania temperatur.
Jednostką ciepła u układzie SI jest dżul (J).
Ciepło właściwe
Ciepłem właściwym nazywamy ilość energii potrzebnej do ogrzania 1 kg substancji o 1°C.
Energię potrzebną do ogrzania ciała o masie m obliczmy ze wzoru:
Q = m \cdot c \cdot \Delta t Q – ciepło
m – masa
c – ciepło właściwe
\Delta t – zmiana temperatury
Ciepło właściwe wody wynosi około 4200 J/kg×°C.
Topnienie ciał krystalicznych
Topnienie ciał krystalicznych zachodzi w stałej temperaturze. Temperatura topnienia jest równa temperaturze krzepnięcia.
Ciało podczas topnienia pobiera, a podczas krzepnięcia oddaje energię do otoczenia.
Ciepło topnienia jest to ilość energii jaką należy dostarczyć do 1 kg substancji, aby stopić go w temperaturze topnienia.
Energię (ciepło) pobrane w czasie topnienia (lub oddana w czasie krzepnięcia) obliczmy ze wzoru:
Q = m \cdot c_t Q – energia (ciepło)
m – masa
c_t – ciepło topnienia
Parowanie i skraplanie
Podczas parowania ciecz pobiera energię z otoczenia. Podczas skraplania para oddaje energie pobraną w czasie parowania.
Ciepło parowania w temperaturze wrzenia jest to ilość energii jaką należy dostarczyć do 1 kg cieczy, aby zamienić ją na parę w temperaturze wrzenia.
Energia pobrana podczas parowania cieczy w temperaturze wrzenia (lub oddana podczas skraplania pary) wyraża się wzorem:
Q = m \cdot c_p Q – energia (ciepło)
m – masa
c_t – ciepło parowania
Zasada bilansu cieplnego:
Jeżeli dwa ciała są izolowane cieplnie od otoczenia, to energia oddana przez ciało o wyższej temperaturze jest równa energii pobranej przez ciało o niższej temperaturze.