FIZIKA 10. OSZTÁLY - HŐTAN 1
Hőtani alapjelenségek Bevezető: • Fizikai alapmennyiség: • Hőmérséklet (jele: T, me.: °C, °K, °F) • Termikus kölcsönhatás során a két test hőmérséklete kiegyenlítődik. • Hőmérsékleti skálák: • Egyes természeti jelenségek mindig ugyanazon a hőmérsékleten következnek be (víz fagyása 0°C, forrása 100°C) • Celsius-féle hőmérsékleti skála
2
Hőtani alapjelenségek • Hőmérsékleti skálák: • Kelvin-skála: • Alappontja a -273,15°C (0°K = -273,15°C) • Abszolút hőmérsékleti skálának is nevezik, ami arra utal, hogy 0°K-nál nincs alacsonyabb hőmérséklet. • Az abszolút nulla fok az a hőmérséklet, amelynél a testből nem nyerhető ki hőenergia. A Kelvin-skálán 0°K, a Celsius-skálán ‒273,15 °C, a Fahrenheit-skálán ‒459,67 °F. Ezen a szinten az atomok és molekulák mozgása megszűnik,
3
Hőtani alapjelenségek • Testek változása hő hatására, a hőtágulás: • A testek hőtágulásának mértéke függ: • a kezdeti térfogattól vagy hosszúságtól, • a hőmérséklet-változás nagyságától, • az anyagi minőségtől, és ezen belül különösen az anyag halmazállapotától. • A testek hőtágulása a testeket alkotó részecskék (atomok, molekulák) hőmozgása alapján is értelmezhető.
4
Hőtani alapjelenségek • Gyakorlati alkalmazása:
5
Hőtani alapjelenségek
6
A szilárd testek hőtágulásának törvényszerűségei • A szilárd testek lineáris hőtágulása • A szilárd testek térfogati hőtágulása
7
Szilárd testek LINEÁRIS hőtágulása • Lineáris vagy hosszanti hőtágulásról akkor beszélünk, ha a szilárd test valamely hosszmérete a hőmérséklet növekedése következtében változik.
• A gyakorlatban elsősorban azon testek lineáris hőtágulását vizsgáljuk, amelyek esetén a hosszméret jóval nagyobb a keresztmetszetnél (pl. huzalok, rudak).
8
Szilárd testek LINEÁRIS hőtágulása • Egy adott test lineáris méretének változása (∆l) • Egyenesen arányos a hőmérséklet-változással (∆T); • Egyenesen arányos az eredeti hosszal (l0); • Függ a testek anyagi minőségétől is (α). • A ∆l hosszváltozást a következő összefüggésből számíthatjuk ki: ∆l = α · l0 · ∆T
9
Szilárd testek LINEÁRIS hőtágulása • Az α anyagi állandót lineáris hőtágulási tényezőnek nevezzük. 1 • Mértékegysége: °𝐶
• A lineáris hőtágulási tényező megmutatja, hogy mennyivel változik meg a test egységnyi hosszmérete, ha a hőmérséklet-változás 1 °C.
10
Szilárd testek LINEÁRIS hőtágulása
11
Szilárd testek TÉRFOGATI hőtágulása • A szilárd testek térfogati vagy más néven köbös hőtágulásának törvényszerűsége a lineáris hőtáguláséhoz hasonló.
12
Szilárd testek TÉRFOGATI hőtágulása • Egy adott test térfogatának megváltozása (∆V) • Egyenesen arányos a hőmérséklet-változással (∆T); • Egyenesen arányos az eredeti térfogattal (V0); • Függ a testek anyagi minőségétől is (β). • A ∆V térfogatváltozást a következő összefüggésből számíthatjuk ki: ∆V = β · V0 · ∆T
13
Szilárd testek TÉRFOGATI hőtágulása • Az β anyagi állandót térfogati (vagy köbös) hőtágulási tényezőnek nevezzük. 1 • Mértékegysége: °𝐶
• A térfogati hőtágulási tényező megmutatja, hogy mennyivel változik meg a test egységnyi térfogata, ha a hőmérséklet-változás 1 °C.
14
A szilárd testek hőtágulása
15
A szilárd testek hőtágulása
16
A szilárd testek hőtágulása
17
A folyadékok térfogati hőtágulása
18
Folyadékok térfogati hőtágulása • A folyadékok térfogatának megváltozása (∆V) • Egyenesen arányos a hőmérséklet-változással (∆T); • Egyenesen arányos az eredeti térfogattal (V0); • Függ a testek anyagi minőségétől is (β). • A ∆V térfogatváltozást a következő összefüggésből számíthatjuk ki: ∆V = β · V0 · ∆T
19
A folyadékok térfogati hőtágulása • A hőtágulás mértékét jellemző β anyagi állandót térfogati hőtágulási tényezőnek nevezzük. 1 • Mértékegysége: °𝐶
• A térfogati hőtágulási tényező megmutatja, hogy mennyivel változik meg a test egységnyi térfogata, ha a hőmérséklet-változás 1 °C.
20
A folyadékok térfogati hőtágulása
21
GÁZOK ÁLLAPOTVÁLTOZÁSAI
22
Gázok állapotváltozásai • A gázok melegedése nem feltétlenül jár együtt a gáz tágulásával. • Az is lehetséges, hogy a gáz lehűlés közben tágul ki. (Gondoljunk a szifonpatronban lévő CO2 gázra.)
23
Gázok állapotváltozásai • Ha adott mennyiségű és térfogatú gáz belsejében mindenhol ugyanakkora a nyomás és a hőmérséklet értéke, akkor a gáz egyensúlyi állapotban van. • A gázok egyensúlyi állapotát bizonyos mérhető mennyiségek egyértelműen meghatározzák. Az ilyen mennyiségeket állapotjelzőknek (vagy 24 állapothatározóknak) nevezzük.
Gázok állapotváltozásai • Adott minőségű gáz állapotát állapotjelzők határozzák meg: • a gáz hőmérséklete (T); • a gáz nyomása (p); • a gáz térfogata (V) és • a gáz tömege (m).
az
alábbi
25
Gázok állapotváltozásai A levegő nyomását Torricelli (1608-1647) olasz fizikus határozta meg először. Egyik végén zárt, kb. 1m hosszú üvegcsövet megtöltött higannyal, majd a csövet nyitott végével lefelé, higanyt tartalmazó 26 edénybe merítette.
Gázok állapotváltozásai A függőleges csőben a külső higanyszinthez viszonyítva 76cm magas higanyoszlop maradt. (A kifolyó higany helyén légüres tér keletkezett, amelyet szokás Torricelli-űrnek is nevezni.) A higanyoszlop súlyából származó nyomással a külső légnyomás tartott egyensúlyt. 27
Gázok állapotváltozásai Egy h magasságú, A keresztmetszetű, ρ sűrűségű folyadékoszlop súlyából származó nyomás (hidrosztatikai nyomás): 𝑝 =𝜌∙𝑔∙ℎ Ez alapján a légnyomás értéke: 𝑝 = 101 325 𝑃𝑎 ≈ 105 𝑃𝑎 (1bar) Ezt szokás normál légnyomásnak nevezni. 28
Gázok állapotváltozásai Ha egy adott mennyiségű gáz kölcsönhatásba kerül más testekkel, akkor a gáz állapota változik. A gáz állapotának megváltozását az állapotjelzőinek változása mutatja. (A gáz állapotváltozásakor egyidejűleg legalább két állapotjelző változik.) 29
Gázok állapotváltozásai Először a gázok olyan speciális állapotváltozásait vizsgáljuk, ahol a gáz állapotváltozása során a ρ, V, T állapotjelzők közül valamelyik állandó marad. Így megkülönböztetünk: • izobár ( állandó nyomáson történő), • izochor (állandó térfogat melletti) és • izoterm (állandó hőmérsékletű) állapotváltozásokat. 30
GÁZOK ÁLLAPOTVÁLTOZÁSA ÁLLANDÓ NYOMÁSON (izobár állapotváltozás) 31
Miért marad állandó a gázok nyomása a gázok tágulását vizsgáló kísérleti összeállításnál?
IZOBÁR ÁLLAPOTVÁLTOZÁS
Ideális gázok V-T grafikonja
32
Izobár állapotváltozás Azt az idealizált (valóságban nem létező) gázt, amelynek a hőtágulási tényezője pontosan 1 1 1 −3 𝛽= (= 3,6 ∙ 10 ) 0 273 𝐶 °𝐶 lenne, ideális gáznak nevezzük. Az olyan valódi (vagy reális) gázokat, amelyek hőtágulásánál a β értéke a fenti értéket jól megközelíti, ideális gázoknak tekintjük. 33
Izobár állapotváltozás A V-T grafikonnak megfelelően célszerű egy új hőmérsékleti skálát bevezetni. A grafikon V tengelyét párhuzamosan eltoljuk abba a pontba, ahol a grafikon egyenese a Ttengelyt metszi. Így az új skála zéruspontja -273oCnál lesz. 34
Izobár állapotváltozás A skálabeosztás nagysága változatlan marad – megegyezik a Celsius-skála beosztásával. Az így nyert új hőmérsékleti skálát abszolút hőmérsékleti skálának vagy Kelvin-skálának nevezzük Lord Kelvin (1824-1907) angol fizikus tiszteletére. 35
Izobár állapotváltozás A Kelvin-skálán mért hőmérsékletet abszolút hőmérsékletnek hívjuk. A Kelvin-skála egységét kelvinnek nevezzük, jele: K. A hőmérséklet értékét úgy számoljuk át kelvinbe, hogy a Celsius-fokban mért értékhez 273-at o o adunk. Így -273 C-nak 0K, 0 C-nak pedig 273K felel meg. 36
Izobár állapotváltozás A Kelvin-skálát alkalmazva állandó nyomáson az ideális gázok térfogata és abszolút hőmérséklete között egyenes arányosság áll fenn. Ennek képe az origóból kiinduló félegyenes. 37
Izobár állapotváltozás 𝑽𝟏 𝑽𝟐 = (𝒑 = á𝒍𝒍𝒂𝒏𝒅ó) 𝑻𝟏 𝑻𝟐
Az adott tömegű ideális gáz állandó nyomáson történő állapotváltozásakor a gáz térfogata egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével. Ez Gay-Lussac I. törvénye. 38
Izobár állapotváltozás
Az izobár állapotváltozás képe a p-V diagrammon a V-tengellyel párhuzamos egyenes. 39
Izobár állapotváltozás Megjegyzés 1.: A valódi gázok annál inkább ideális gázként viselkednek, minél kisebb a sűrűségük, és minél magasabb a hőmérsékletük. Így pl. szobahőmérsékleten a hidrogén, a hélium, az oxigén, a nitrogén gázokat ideális gázoknak tekintjük. 40
Izobár állapotváltozás Megjegyzés 2.: o Alacsony (-100 C alatti) hőmérsékleten a valódi gázok cseppfolyósodnak, ekkor megszűnnek gázként viselkedni. Ezért a további hőmérsékletcsökkenés esetén térfogatváltozásuk már semmiképp nem felel meg az ideális gázokra vonatkozó grafikonnak. Ezért ér véget a V-T grafikonja, mielőtt a hőmérsékleti tengelyt 41 metszené.
Izobár állapotváltozás Megjegyzés 3.: Az abszolút zéruspont közelében az anyagok szokatlan sajátosságokkal rendelkeznek (szuperfolyékonyság, szupravezetés, stb.). Az anyagok fajhője a zérusponthoz közeledve megváltozik, a nullához közeli értéket vesz fel, amelyből az következik, hogy a legkisebb hőfelvétel is nagy hőmérséklet-emelkedést okoz. Ezért nem érhető el és nem léphető túl az abszolút zéruspont. 42 Nincs negatív abszolút hőmérséklet!
Izobár állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 1.: Mi történik a szoba levegőjének egy részével, ha a szobában befűtünk? Mi történik a szoba levegőjével lehűléskor? Fűtéskor a szoba levegőjének egy része a szabadba távozik, lehűléskor pedig a szabadból levegő jut a szobába (ezt a jelenséget nevezik természetes szellőzésnek). 43
Izobár állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 2.: A hűtőszekrényből kivett közel üres üdítős üveg nyílására helyezzünk egy könnyű pénzérmét, majd melegítsük tenyerünkkel az üveg falát. Mit tapasztalunk? Magyarázzuk a jelenséget!
44
Izobár állapotváltozás A pénzérme az üveg száján a melegítés során többször felemelkedik. Az üvegben levő – pénzérmével elzárt – levegő melegszik, így nyomása megnő, ezért a palackban keletkező túlnyomásból származó erő hatására a pénzérme felemelkedik, eközben – az üvegből kiáramló levegő hatására – a nyomás kiegyenlítődik, ekkor a pénzérme visszaesik a palack szájára. Ez a folyamat a melegedés során többször megismétlődik. 45
Izobár állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 3.:
46
Izobár állapotváltozás A zacskóban felmelegedett levegő sűrűsége kisebb lesz, így a zacskó léggömbként felemelkedik. A levegő lehűlése után a sűrűsége megnő, ezért a „léggömb” leereszkedik.
47
Izobár állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 4.: Miért poros a radiátorok fölött a szoba mennyezete? Hogyan akadályozhatjuk meg a beporosodást? A radiátor feletti levegő kitágul és felfelé áramlik, így a légáramlattal a levegőben lévő por a mennyezetre jut, ahol megtapad. A radiátorra helyezett üveglappal megakadályoz48 hatjuk a felfelé szálló légáramlatot.
Izobár állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 5.: A természetben milyen nagy légáramlatokat ismerünk? Az Egyenlítőnél felszálló és a Rák- és Baktérítőn leszálló passzátszelek.
49
Izobár állapotváltozás Feladatok 1.: Mekkora lenne annak a levegőnek a térfogata 20°C hőmérsékleten és külső légköri nyomáson, amely akkor távozik egy 4m x 5m x 3m méretű szobából, amikor a szoba levegőjének hőmérséklete 0°C-ról 20°C-ra 1 növekszik? (𝛽𝑙𝑒𝑣𝑒𝑔ő = 0,003675 ) ℃
∆𝑉 = 𝑉0 ∙ 𝛽𝑙𝑒𝑣𝑒𝑔ő ∙ ∆𝑇 ∆𝑉 = 4,41𝑚3 50
Izobár állapotváltozás Feladatok 2.: Egy tornaterem levegőjének hőmérséklete 0°C. A terem 15°C-ra való felfűtése során a nyílászárókon távozó levegő térfogata 50 m3. Mekkora a tornaterem magassága, ha az alapterülete 200 m2? 𝑉0 ∆𝑉 ℎ= 𝑉0 = 𝐴 𝛽𝑙𝑒𝑣𝑒𝑔ő ∙ ∆𝑇 ℎ = 4,54𝑚 𝑉0 = 907𝑚3 51
Izobár állapotváltozás Feladatok 3.: Egy könnyen mozgó dugattyúval elzárt 0,8dm2 alapterületű hengeres edényben 0°C hőmérsékletű, 4dm3 térfogatú ammóniagáz van. Melegítés hatására a dugattyú 5cm-t elmozdul. Mekkora a felmelegített gáz hőmérséklete? (A gázt tekintsük valódinak!) 𝐴 ∙ ∆ℎ 𝑇 = 𝑇0 + ∆𝑇 ∆𝑇 = 𝑇 = 26,3℃ 𝑉0 ∙ 𝛽𝑎𝑚𝑚ó𝑛𝑖𝑎 ∆𝑇 = 26,3℃ 52
Izobár állapotváltozás Feladatok 4.: A gázok hőtágulását vizsgáló kísérleti összeállítás lombikjának térfogata 100cm3. A hozzá csatlakozó cső belső átmérője 5mm. Mekkora az 1°C-nak megfelelő, a csövön található, két szomszédos beosztás közötti távolság? ∆𝑉 ∆𝑉 = 𝑉0 ∙ 𝛽 ∙ ∆𝑇 ∆ℎ = 2 3 ∆𝑉 = 0,3663𝑐𝑚 𝑟 ∙𝜋 ∆ℎ = 1,87𝑐𝑚 53
Izobár állapotváltozás Feladatok 5.: Egy 50 liter űrtartalmú tartály 30°C hőmérsékletű gázt tartalmaz. A tartály környezetétől nincs légmentesen elzárva. A gáz hányad része távozik el a tartályból, ha a gáz hőmérséklete a tartályban 50°C-ra emelkedik? (A gázt tekintsük ideálisnak!) 𝑉1 𝑉2 − 𝑉1 ∆𝑻𝟐 𝑉0 = 𝑞= 𝑽 = 𝑽 ∙ 𝟏 + 𝟐 𝟎 ∆𝑇1 𝑉 𝟐𝟕𝟑 1 1+ 273℃ 𝑽 = 𝟓𝟑, 𝟐𝟒𝒎𝟑 𝑞 = 0,066, 𝑎𝑧𝑎𝑧 6,6% 𝟐 𝑉0 = 45𝑚3 54
Izobár állapotváltozás Feladatok 6.: Miért emelkedik a hőlégballon a magasba?
A hőlégballonra felhajtóerő hat, mert a meleg levegő és így a ballon átlagos sűrűsége kisebb, mint a környezetéé.
55
GÁZOK ÁLLAPOTVÁLTOZÁSA ÁLLANDÓ TÉRFOGATON (izochor állapotváltozás) 56
Izochor állapotváltozás Állandó mennyiségű gáz állandó térfogaton történő melegítésekor vagy hűtésekor a gáznak csak a nyomása (p) és a hőmérséklete (T) változik meg. A gázok ilyen speciális állapotváltozását izochor – állandó térfogatú – állapotváltozásnak nevezzük. 57
Izochor állapotváltozás A lombikban lévő gáz hőmérséklete a vízfürdő hőmérsékletével változtatható. Az állandó térfogatot a lombikhoz – higanyt csatlakozó – közlekedőedény jobb szárának elmozdításával állítjuk be. A gáz túlnyomását a higanyszintek ∆h különbségéből határozhatjuk meg. 58
Izochor állapotváltozás Hogyan tartjuk a térfogatot állandó értéken az izochor állapotváltozást vizsgáló kísérletnél? A jobb oldali üvegszár mozgatásával. 59
Izochor állapotváltozás
Az izochor állapotváltozás p-T grafikonjai 60
Izochor állapotváltozás 𝒑𝟏 𝒑𝟐 = (𝑽 = á𝒍𝒍𝒂𝒏𝒅ó) 𝑻𝟏 𝑻𝟐
Az állandó térfogaton történő állapotváltozások során az adott tömegű ideális gáz nyomása egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével. Ez Gay-Lussac II. törvénye. 61
Izochor állapotváltozás
Lord Kelvin (1824-1907) angol és Louis Joseph GayLussac (1778-1850) francia fizikusok 62
Izochor állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 1.: Miért nehéz lecsavarni a befőttesüveg fedelét, ha melegen zárták le (légmentesen)? Hogyan segíthetünk ezen? Lehűléskor a befőttesüvegbe zárt levegő nyomása lecsökken, az így kialakult nyomáskülönbség miatt a külsö légnyomás a fedelet az üvegre szorítja. A fedél pereme alá pl. egy kés pengéjével feszítve az üvegbe levegőt tudunk engedni. Ez a nyomáskülönbséget megszünteti, ezután a fedél könnyedén lecsavarható. 63
Izochor állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 2.: Hogyan változik meg az autókerékben a nyomás értéke, ha a kocsival tűző napon parkolunk? Hogyan állíthatjuk vissza az eredeti nyomást? A tömlőbe bezárt levegő hőmérséklete és nyomása megnövekszik. A nyomást levegő kiengedésével vagy hűtéssel csökkenthetjük. 64
Izochor állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 3.: Milyen lesz a képe az izochor állapotváltozásoknak a p-V és a V-T diagramokon? A p-, illetve V-tengellyel párhuzamos egyenes szakasz. 65
Izochor állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 4.: Ha héjától megfosztott, kemény főtt tojást teszünk egy előzőleg lánggal kissé felmelegített lombik szájához, a lehűlő lombik egészében besszippantja a tojást. Szájával lefelé fordított lombikból melegítéssel egészében ismét visszanyerhetjük a tojást. Adjunk magyarázatot az érdekes kísérletre! 66
Izochor állapotváltozás A lombikban lévő levegő hűlésekor nyomása csökken, így a külső légnyomás nagyobb lesz. A nyomáskülönbségből származó erő a főtt tojást a lombikba préseli. Melegítéskor fordított lesz a helyzet: a lombikban megnő a nyomás, ezért a tojás kipréselődik a lombikból. 67
Izochor állapotváltozás Feladatok 1.: Egy nyári délelőttön a benzinkútnál, amikor a hőmérséklet 20°C, az autó kerekeiben 200kPa-ra állítjuk be a nyomást. (A mért nyomás túlnyomást jelent.) A külső légköri nyomást vegyük 100kPa-nak. a.) Mekkora túlnyomás mérhető a tűző napon hagyott gépkocsi kerekeiben, ha a hőmérséklet 50°C? b.) Mekkora lesz a keréknyomás hajnalban, amikor a levegő 10°C-ra hűl le? 68
Izochor állapotváltozás Feladatok 1. - megoldás: 𝑎. ) 𝑝2 = 220,4 𝑘𝑃𝑎 𝑏. ) 𝑝3 = 193,2 𝑘𝑃𝑎
69
Izochor állapotváltozás Feladatok 2.: Egy befőttesüveget melegen, légmentesen zárunk le kör alakú, 8cm átmérőjű fedéllel. Ekkor a bezárt levegő hőmérséklete 80°C. A légnyomás állandó értéke 100kPa. Mekkora erővel nyomódik rá a fedél az üvegre, ha a befőttesüveg kihűl, és a belső hőmérséklet 20°C-ra csökken le? 70
Izochor állapotváltozás Feladatok 2. - megoldás: 𝐹 = 415𝑁
71
Izochor állapotváltozás Feladatok 3.: A biztonsági szeleppel ellátott gáztartály szelepe 300kPa túlnyomás esetén nyílik ki. 20°C hőmérsékleten a tartályban a túlnyomás 180kPa. Mekkora a bezárt gáz hőmérséklete, amikor a biztonsági szelep működésbe lép? (A légnyomás értéke 100kPa.)
72
Izochor állapotváltozás Feladatok 3. - megoldás: 𝑇2 = 418,6𝐾 = 145,6℃
73
Izochor állapotváltozás Feladatok 4.: Egy hűtőszekrényből, ahol a belső hőmérséklet 15°C, kiveszünk egy kb. félig telt üdítősüveget. Az üveg szájára megnedvesített pénzérmét helyezünk. Miközben az üvegben lévő levegő melegszik, az érme többször megemelkedik az üveg száján. A pénzérme tömege 30g, a palack nyílásának keresztmetszete 3cm2, a külső levegő légnyomása 98kPa. a.) Mekkora a palackba zárt levegő hőmérséklete akkor, amikor az érme először emelkedik meg az üveg száján? 74 b.) Hogyan függ ez a hőmérsékleti érték a palackban lévő levegő térfogatától?
Izochor állapotváltozás Feladatok 4. - megoldás: 𝑎. ) 𝑇 = 17,9℃ 𝑏. ) 𝑁𝑒𝑚 𝑓ü𝑔𝑔 𝑎 𝑘é𝑟𝑑é𝑠𝑒𝑠 ℎő𝑚é𝑟𝑠é𝑘𝑙𝑒𝑡 𝑎 𝑝𝑎𝑙𝑎𝑐𝑘𝑏𝑎𝑛 𝑙é𝑣ő 𝑙𝑒𝑣𝑒𝑔ő 𝑡é𝑟𝑓𝑜𝑔𝑎𝑡á𝑡ó𝑙.
75
GÁZOK ÁLLAPOTVÁLTOZÁSA ÁLLANDÓ HŐMÉRSÉKLETEN (izotermikus állapotváltozás) 76
Izoterm állapotváltozás A gázok állandó hőmérsékleten történő összenyomása és tágítása a nyomás megváltozásával jár együtt. A gázok ilyen állapotváltozását izotermikus vagy izoterm (állandó hőmérsékletű) állapotváltozásnak nevezzük. Ekkor a gáznak csak a p nyomása és a V térfogata változik meg.l 77
Izoterm állapotváltozás Hogyan változtatjuk a bezárt gáz nyomását a gázok izoterm állapotváltozásának vizsgálatára szolgáló kísérleti összeállításnál? A jobb oldali üvegszár mozgatásával.
78
Izoterm állapotváltozás A gáz nyomását a térfogat függvényében a fordított arányosság grafikonja, az izoterma mutatja. Hogyan nevezzük a görbét? Hiperbolának nevezzük.
79
Izoterm állapotváltozás 𝒑𝟏 ∙ 𝑽𝟏 = 𝒑𝟐 ∙ 𝑽𝟐 (𝑻 = á𝒍𝒍𝒂𝒏𝒅ó) Állandó hőmérsékleten az adott tömegű ideális gáz V térfogata és p nyomása között fordított arányosság van, szorzatuk állandó. Ez Boyle-Mariotte törvénye. 80
Izoterm állapotváltozás
81
Izoterm állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 1.: • A gázok izotermikus állapotváltozásánál hogyan függ a gázok sűrűsége a nyomástól?
82
Izoterm állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 2.: • Mi történhet a gázzal, ha azt alacsony hőmérsékleten nagyon kis térfogaton nyomjuk össze?
83
Izoterm állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 3.: • Helyezzünk egy kissé felfújt léggömböt a légszivattyú burája alá, majd szívjuk ki a bura alól a levegő egy részét! Mi történik ekkor a léggömbbel? Értelmezzük a jelenséget!
84
Izoterm állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 4.: • A 3. feladat kísérlete alapján magyarázzuk meg, miért szükséges a világűrbe kilépő űrhajósoknak szkafandert viselniük!
85
Izoterm állapotváltozás Gondolkodtató kérdés 5.: • Szereljünk szét egy kerékpárpumpát, tanulmányozzuk és értelmezzük a működését! Hogyan készíthetnénk belőle légzsivattyút?
86
Molekuláris hőelmélet Emlékeztető: • A gázok rendezetlen hőmozgást végző részecskékből állnak. • Brown-mozgás • A folyadékok és gázok spontán elkeveredése, diffúziója is a részecskék hőmozgásával értelmezhető. 87
Molekuláris hőelmélet
88
A gázok állapotváltozásának molekuláris értelmezése A gázt alkotó atomi részecskék a rendezetlen hőmozgás során • a részecskéket pontszerűnek tekintjük, • a részecskék rendezetlen mozgást végeznek, • egymással és a tárolóedény falával rugalmasan ütköznek, • kitöltik a rendelkezésükre álló teret,
89
A gázok állapotváltozásának molekuláris értelmezése Az izoterm (T=áll.) állapotváltozásoknál a térfogatváltozással együttjáró részecskesűrűség megváltozása okozza a nyomás változását. • A gáz összenyomásakor a részecskesűrűség növekedése a nyomás növekedésével jár. Táguláskor pedig a részecskesűrűség csökkenése a nyomás csökkenését okozza.
90
