Aineen olomuodot Fysiikka 2 tiivistelmä...7.11.2012 1 Fysiikka 2 tiivistelmä Juhani Kaukoranta...

7112012

1

Fysiikka 2 tiivistelmauml

Juhani Kaukoranta

Raahen lukio 2012

2

Aineen olomuodot

KiinteaumlPitaumlauml oman muotonsaastiassa

NesteSaa astian muodon

KaasuJos kansi niin taumlyttaumlaumlkoko astian

Leviaumlauml astiasta pois joskansi kiinni

3

Laumlmpouml

bull Laumlmpouml on energiaa joka ilmenee aineen perusosasten (atomien molekyylien ionien) laumlmpoumlliikkeenauml

bull Aineen sisaumlenergia on rakenneosasten liike-energian ja potentiaalienergian summa

bull Laumlmpoumlenergian yksikkouml on 1 J (= joule)

bull Laumlmpouml siirtyy laumlmpimaumlmmaumlstauml kylmempaumlaumln

bull Laumlmpoumltila on on suure joka riippuurakenneosasten keskimaumlaumlraumlisestauml liike-energiasta

Nimityksiauml systeemit

4

Eristetty ei vaihda ympaumlristoumlnsaumlkanssa ainetta eikauml energiaa

Suljettu Ei vaihda ainetta vaihtaavain energiaa ympaumlristoumlnsauml kanssa

Avoin vaihtaa ainetta jaenergiaa ympaumlristoumlnsauml kanssa

5

Laumlmpoumltila

bull yksikkouml ordmC ja K =kelvin

bull 0 K = -27315 ordmC

( ndash 27315 ordmC = absoluuttinen nollapiste)

bull Kelvin = Celsius + 27315

bull 100 ordmC = 100 + 27315 asymp 373 K

bull +37 degC asymp 300 K (ihmisen normaali sisaumllaumlmpouml)

bull -20 ordmC =-20 + 27315 asymp 253 K

Paine

A

Fp

Jos voima F vaikuttaa kohtisuoraan pintaan Aniin pintaan A kohdistuva paine p maumlaumlritellaumlaumln

VoimaPaine =

Pinta-ala

Paineen SI-perusyksikkouml on

2

N1 Pascal = 1 Pa =

m

Johdannaisyksikkouml 1 bar1 bar = 100 000 Pa

(kaumlytaumlnnoumlssauml normaaliilmanpaine asymp 1 bar)

Generated by Foxit PDF Creator copy Foxit Softwarehttpwwwfoxitsoftwarecom For evaluation only

7112012

2

7

Paine kaasuissa

bull Ilmanpaine on ilmankehaumln ilman painon aiheuttama paine

bull Ilmanpaine asymp 1 bar(normaalipaine 1013 bar=1013 kPa)

bull 1 bar = 100 000 Pa = 100 kPa

bull Ilmanpaine laskee yloumlspaumlin mentaumlessauml

Hydrostaattinen paine

ghpp 0

Nesteen oman painon aiheuttama paine = ρgh

p0 =ulkoinen paine

hKokonaispaine syvyydellauml h on

nesteen tiheys981 ms2

p

Sukeltajan saumlaumlntouml Paine pinnalla 1 bar Jokaista 10 m kohtitulee lisaumlauml 1 bar Siten 30 metrissauml on 4 bar kokonaispaine

Esim Kuinka suuri hydrostaattinen paine vaikuttaa sukeltajaan 35 metrin syvyydessauml Mikauml on sukeltajaan vaikuttava kokonaispaine jos veden pinnalla vallitsee normaali ilmanpaine (=1013 kPa)

3 2101300 Pa +1000 981 35 = 135 635 Pa

p 136 kPa 136 bar

kg mp m

m s

(Sukeltajan paumlaumlssaumllasku p asymp 1 bar + 035 bar asymp 135 bar)

Hydraulinen nosturiPienellauml voimalla nostetaan suuri kuorma

Paine nesteessauml sama 1 2

1 2

F F

A A

Verenpaine mmHg ja kPa

Verenpaine ilmoitetaan yleensauml elehopeamillimetriaumlesimerkiksi 12080 mmHg

Elohopean tiheys ρ = 13540 kgm3

patsaan korkeus h = 120 mm = 0120 m

p = ρgh = 13540 kgm3middot981 ms2middot0120 m =159 kPa

ENERGIA ja ENERGIARATKAISUT

Energia = rdquoKykyauml tehdauml tyoumltaumlrdquo

(rdquoKaumlyttoumlvoimaardquo)

(rdquoSaa pyoumlraumlt pyoumlrimaumlaumlnrdquo)

(rdquoKykyauml laumlmmittaumlaumlrdquo)


7112012

3

Energian lajeja

bull Liike-energia

bull Kappaleiden potentiaalienergia

bull Laumlmpoumlenergia

bull Saumlteilyenergia

bull Kemiallinen energia

bull Ydinenergia

MEKAANINEN ENERGIA

bull Potentiaalienergiasta

bull Liike-energiasta

koostuu

POTENTIAALIENERGIA

se on kappaleeseen varastoitunuttakykyauml tehdauml tyoumltauml

bulljaumlnnitetty jousibullyloumls nostettu paalujunttabullyloumls pumpattu vesi

16

Energia E

bull Energia on kykyauml tehdauml tyoumltaumlbull Energia on varastoitunutta tyoumlkykyaumlbull yksikkouml 1 J (joule)bull 1 kJ = 1 000 Jbull 1 MJ (megajoule) = 1 000 kJ = 1 000 000 Jbull vanha yksikkouml 1 kcal (kilokalori)bull 1 kcal = 42 kJ

esim jaumlaumlteloumltuutissa 206 kcal100 g on yhtauml kuin 860 kJ100 g

17

Energiamuotoja

bull laumlmpoumlenergia

bull kemiallinen energia

bull saumlhkoumlenergia

bull liike-energia (kineettinen energia)

bull asemaenergia (potentiaalienergia)

bull ydinenergia

bull saumlteilyenergia

18

Esimerkkejauml

bull Paristossa on kemiallista energiaa joka vapautuessaan

bull muuttuu saumlhkoumlenergiaksi

bull Bensiinissauml on kemiallista energiaa

bull Laumlmpouml on laumlmpoumlenergiaa

bull Liikkuvassa kappaleessa on liike-energiaa

bull Valossa mikroaalloissa on saumlteilyenergiaa

bull Korkealla sijaitsevalla kappaleella on asemaenergiaa


7112012

4

19

Energian haumlviaumlmaumlttoumlmyyden laki

Energiaa ei voi luoda tyhjaumlstauml eikauml haumlvittaumlauml olemattomiin

Energiaa voidaan muuttaa toiseen energiamuotoon

Hyoumltysuhde= kuinka suuri osa kaumlytetystaumltai kulutetusta energiasta saadaanmuutetuksi hyoumldyksi

laitteen tuottama hyoumltyenergia

laitteen kuluttama kokonaisenergiahyoumltysuhde

Bensiinimoottori muuttaa 35 bensiinin energiaksi liike-energiaksiDieselmoottori muuttaa 40 polttoaineen energiaksi liike-energiaksiSaumlhkoumlmoottori muuttaa 90 ottamasta saumlhkoumlenergiasta liike-energiaksiLED-lamppu muuttaa 40 saumlhkoumlenergiaksi valoenergiaksi (saumlteilyksi)

Hyoumltysuhde

KONE

Ottaa energiaa

Hukkaenergia

Tuottaa energiaa

tuotto tuotto tuotto tuotto

otto otto otto otto

Tuotettu energiaHyoumltysuhde

Otettu energia

E W P t P

E W P t P

Tyouml Yksikkouml [F][s] = Nm = J (Joule) Voima tekee tyoumltauml siirtaumlessaumlaumln kappaletta Nostotyouml = painovoima middot pystysuora nostomatka mmiddotgmiddoth

Esim a) 72 kg painava matkalaukku nostetaan 70 cm korkealle poumlydaumllle Kuinka suuri tyouml tehdaumlaumlnb) Samaa laukkua vedetaumlaumln 32 newtonin voimalla 85 metrin matka parkkipaikalta hotellille Laske tyoumlc) Kuinka suuria liikevastukset ovat vedon aikana jos laukun liike on tasaista (=vakionopeus)

W F s W = TyoumlF = Voimas = Δx = matka tai siirtymauml

Teho kuvaa tyoumlntekovauhtia

Kuinka nopeasti voima tekee tyoumln

(tyoumlntekovauhti)

Yksikkouml Js = W (watti)

Tyoumlenergia lasketaan usein tehon avulla

Tyoumlnenergian yksikkouml J = Ws on pieni Yleisesti kaumlytetaumlaumln yksikkoumlauml kWh

WP

t

P = TehoW = Tyouml (tai energia)t = aika

Mekaaninen energia

= Potentiaalienergia + Liike-energia

1 Potentiaalienergia

Energiaa jota kappaleella on sijaintinsa perusteella

Esim Nostettaessa laukku poumlydaumllle tehty tyouml varastoituu laukun potentiaalienergiaksi

Ep= mgh Yksikkouml J


7112012

5

Mekaaninen energia

2 Liike-energia

Yksikkouml = J

Esim Kuinka paljon on liike-energiaa 1500 kg painavalla autolla joka liikkuu nopeudella 80 kmh Kuinka monella prosentilla liike-energia suurenee jos auton nopeus kasvaa 20 kmh Kuinka korkealle auto pitaumlisi nostaa jotta sillauml olisi vastaava maumlaumlrauml potentiaalienergiaa

21

2kE mv

Sisaumlenergia

Kun kappale pudotetaan osa sen potentiaalienergiasta muuttuu liike-energiaksi ja osa kappaleen sisaumliseksi energiaksi joka havaitaan mm kappaleen laumlmpenemisestauml

Systeemin sisaumlinen energia on rakenneosasten laumlmpouml-liikkeen ja rakenneosasten vaumllisiin vuorovaikutuksiinliittyvien potentiaalienergioiden summa

Systeemin sisaumlenergiaa ei voida maumlaumlrittaumlauml mutta termodynaamisten systeemien sisaumlenergioiden muutoksetvoidaan

27

Ravinnosta saatava energia

bull Energiaravintoaineet

ndash rasvat 38 kJg (ravintosuositus alle 30 )

ndash hiilihydraatit 17 kJg (ravintosuositus 55-60 )

ndash valkuaisaineet (proteiinit) 17 kJg (ravintosuositus 10-15 )

Ravinnon energia peraumlisin auringosta

(katso kuva sivulla 25)

Energiankulutus hapen avulla

Yksi litra happea (NTP) polttaessaan eriravintoaineita tuottaa noin 20 kJ energiaa

l

kJ 20 alenttiHappiekviv

Mittaamalla elimistoumln (tai elimen) hapenkulutussaadaan epaumlsuorasti tieto energiankulutuksestatai energiantuotosta

29

Laumlmmoumln siirtyminen

bull Laumlmpoumlopin toinen paumlaumlsaumlaumlntouml

ndash Laumlmpouml siirtyy korkeammasta laumlmpoumltilasta matalampaan laumlmpoumltilaan kunnes laumlmpoumltilaeroa ei enaumlauml ole

bull sovellus laumlmpouml- ja kylmaumlhauteet

bull Siirtotavat

ndash Johtuminen

ndash Kuljetus

ndash Saumlteily

30

Johtuminen

bull Laumlmpouml on rakenneosasten liike-energiaa

bull Laumlmmittaumlminen lisaumlauml liikettauml

bull Laumlmpouml johtuu vaumlliainetta pitkin siten ettauml rakenneosaset (atomit molekyylit ionit) toumlnivaumlt toisiaan

Hyviauml laumlmmoumlnjohteita metallitHyviauml laumlmmoumlneristeitauml ilma ja puu


7112012

6

31

Kuljetus

bull Laumlmpouml siirtyy vaumlliaineen mukanalaumlmpimaumln aineen liikkuessa

ndash esim Golf-virta keskuslaumlmmitys verenkierto

ndash Kun veri laumlmmittaumlauml kehoa sen oma laumlmpoumltila laskee kehon laumlmpoumltila on erilainen eri kohdissa esim raajat 25 ordmC

bull Aivot sisaumlelimet valtimoveri saumlaumldeltyauml

32

Saumlteily

bull Ei tarvitse vaumlliainetta

bull Jokainen aine esine tai kappale laumlhettaumlauml laumlmpouml- eli infrapunasaumlteilyauml

bull Infrapunasaumlteily on naumlkyvaumlauml valoa pitempiaaltoista saumlhkoumlmagneettista saumlteilyauml

ndash esim laumlmpoumllamppu

33

Pinnan vaikutus saumlteilyyn

bull Mitauml tummempi ja karheampi pinta sitauml enempi se saumlteilee laumlmpoumlsaumlteilyauml

bull Samoin tumma ja karhea pinta imee eli absorboi enempi laumlmpoumlauml kuin vaalea ja sileauml pinta

ndash esim termospullon hopeoitu sisaumlpinta heijastaa laumlmpoumlsaumlteilyn takaisin

34

Infrapunakuvausbull Ihminen laumlhettaumlauml

infrapunasaumlteilyaumlndash infrapunakuvaus

bull kaumlytetaumlaumln kadonneen etsimisessauml

bull kasvainten ja tulehdusten paikantaminen

bull rakennusten laumlmpoumlvuotojen loumlytaumlminen

bull pimeaumlllauml kuvaus

bull Kuvissa laumlmmin punainen kylmauml sininen

Laumlmpoumllaajeneminen

35

Kun laumlmpoumltila kasvaa rakenneosasten laumlmpoumlliikekiihtyy Taumllloumlin osasten vaumllimatka kasvaaAine siis laajenee Aineen jaumlaumlhtyessauml osasten liike heikkenee jaosaset tulevat laumlhemmaumlksi toisiaan

0 0(1 ) eli l l t l l t

Pituuden laumlmpoumllaajeneminen

alkuperaumlinen pituus pituuden laumlmpoumltilakerroin(taulukosta)

laumlmpoumltilan muutospituuden muutos

Pinta-alan ja tilavuuden laajeneminen

36

0 (1 ) jossa =2A A t

0 (1 ) jossa kiinteille aineille 3V V t

Levyssauml oleva tyhjauml aukko laajenee samalla tavalla kuinse olisi umpinainen


7112012

7

37

Tehtaumlvauml 3-14 Kallen auton teraumlksinen polttoainesaumlilioumltankattiin aamulla aivan taumlyteen Taumlytoumln jaumllkeen bensaaoli 453 litraa Tankin ja bensiinin laumlmpoumltila oli aamulla+15 degC ja iltapaumlivaumlllauml +35 degC Kuinka paljon bensiinivalui maahan kun autolla ei ajettu lainkaanBensiinin tilavuuden laumlmpoumltilakerroin =95∙10⁻⁴1K

Kaasujen yleinen tilanyhtaumllouml(ldquoideaalikaasutrdquo)

nRTpV

tilavuus

(m3)

paine

(Pa)

kaasuvakio

R=831 Jmol∙K

ainemaumlaumlrauml

(moolit)

laumlmpoumltila (K)

Jos kaasun tiheys on alhainen paine matalalaumlmpoumltila melko korkea kaasu kaumlyttaumlytyy laumlhesideaalikaasun tavoin Ideaalikaasua hallitsee yhtaumllouml

Kaasujen tilanyhtaumlloumln kaumlyttouml

Sama kaasumaumlaumlraumlpuristuu laajeneelaumlmpenee jaumlaumlhtyy

pVnR vakio

T

1 1 2 2

1 2

p V p V

T T

Alussa 1 Lopussa 2

Eri maumlaumlraumlt kaasuaToisin sanoen moolienmaumlaumlrauml muuttuu kaasunpoistuessa tai lisaumlaumlntyessauml

Kaasuerauml 1

1 1 1 1pV n RT

2 2 2 2p V n RT

Kaasuerauml 2

Kaasujen yleinen tilanyhtaumllouml (sama kaasumaumlaumlrauml)

2

22

1

11

T

Vp

T

Vp

Isoterminen muutos (T1=T2)

(laumlmpoumltila pysyy vakiona)

2211 VpVp

Isokoorinen (V1=V2)

(tilavuus pysyy vakiona)

2

2

1

1

T

p

T

p

Isobaarinen muutos (p1=p2) (paine pysyy vakiona)

2

2

1

1

T

V

T

V

Erikoistapaukset joku tekijauml vakio

Hengitaumlt talvella -230 celsiusasteista kuivaa ilmaa jokalaumlmpiaumlauml isobaarisesti (paine pysyy vakiona) laumlmpoumltilaan 37 degCKuinka monta prosenttia ilman tilavuus kasvaa(vesihoumlyryauml ei oteta huomioon)

ppp

T

T

21

2

1

sama keuhkoissa ja ulkona paine

K 31015 K )3715273( Keuhkoissa

K 25015 K )2315273( Ulkoima

241 15250

15310

1

2

1

2

2

2

1

1 K

K

T

T

V

V

T

pV

T

pV

V Ilman tilavuus kasvaa 24

Moolit massa tiheys ja tilavuus

Moolit n(ainemaumlaumlrauml)

mn

M m = kaasun massa

M = kaasun moolimassa

Tiheys ρm

V V = kaasun tilavuus

Moolimassa M saadaan kaasumolekyylinrakennekaavasta Esimerkiksi vesihoumlyryn H2Omoolimassa on (2 + 16) g mol = 18 gmolHapen 32 gmol

Tilavuudet saadaan kaasujen tilanyhtaumlloumlstauml


7112012

8

NimityksiaumlMooli on ainemaumlaumlraumln n yksikkouml Yhdessauml moolissaainetta on Avogadron luvun NA =6022middot1023 maumlaumlraumlainesosasia (samanlaista atomia ionia tai molekyyliauml)

Moolimassa M on yhden moolin massa yksikoumlissaumlgmol Saadaan molekyylin kaavasta CO2 M=44 gmol

Moolitilavuus Vm = 2241 dm3mol on yhden kaasu-moolin tilavuus normaaliolosuhteissa NTP

EsimerkkejaumlPullossa 1000 g puhdasta happea 200 bar paineessa 20 ordmC laumlmpoumltilassaa) Kuinka monta moolia siinauml on happeab) Kuinka suuri on pullon tilavuusc) Kuinka suuri on kyseisen happimaumlaumlraumln tilavuus

kun normaalipaineisena 1013 kPa ja 20 ordmCd) Kuinka kauan happimaumlaumlrauml riittaumlauml kun potilas

hengittaumlauml sitauml 20 ordmC laumlmpoumltilassa 70 litraaminuutissa paineistamattomassa tilassa

V a) 31 mol b) 38 litraa c) 750 litraa d) 1 h 50 min

NimityksiaumlNTP = Normal Temperature and PressureT = 27315 K p = 101 325 Pa = 101325 barYhden moolin tilavuus on noin 22414 litraa

STPD = Standard Temperature and Pressure DryT = 27315 K p = 101 325 Pa kuiva kaasuKaumlytetaumlaumln kun halutaan laskea kaasun massaTaumllloumlin 22414 litraa on yhden moolin tilavuus

BTPS = Body Temperature and Pressure SaturatedT = 31015 K vallitseva paine kyllaumlinen vesihoumlyryEsimerkiksi keuhkoissa vallitseva tilanne

Tehtaumlvauml 4-10 lasipullossa olevan ilman laumlmpoumltilaon 25 degC ja paine 1021 kPa Pullo suljetaantiiviillauml korkilla Pallo laitetaan pakastimeen jossalaumlmpoumltila on -18 degC kuinka suuri voima pullonkorkkiin kohdistuu kun korkin pinta-ala on 43 cmsup2(lasipullon tilavuuden muutosta ei oteta huomioon)

47

Olomuodon muutokset

KIINTEAuml NESTE KAASU

SULAMINEN HOumlYRYSTYMINEN

JAumlHMETTYMINEN TIIVISTYMINEN

SUBLIMOITUMINEN

HAumlRMISTYMINEN

Faasikaavio (faasi=olomuoto)

48kriittistauml laumlmpoumltilaa korkeammissa laumlmpoumltiloissakaasua ei enaumlauml voi nesteyttaumlauml


7112012

9

Ilman absoluuttinen ja suhteellinen kosteus

max

vesihoumlyryn tiheys

( ) vesihoumlyryn maksimitiheysh

h T

Absoluuttinen kosteus ilmoittaa ilman vesihoumlyryn tiheyden siis kuinka monta grammaa vesihoumlyryauml on kuutiometrissauml ilmaa

h

m

V

Taulukoista loumlytyy ilman sisaumlltaumlmaumln maksimaalisenkosteuden Se riippuu laumlmpoumltilasta Esim +37 ordmCssailmassa voi olla enintaumlaumln 44 gm3 vesihoumlyryauml

Suhteellinen kosteus ilmoittaa kuinka monta ilmassaon vesihoumlyryauml maksiarvosta kyseisessauml laumlmpoumltilassa

50

Jaumlaumln muuttuminen houmlyryksi

laumlmpoumltila

tuotulaumlmpouml-energia

kiehumis-piste 100 ordmC

sulamis-piste 0 ordmC

sulamislaumlmpouml houmlyrystymislaumlmpouml

A

B C

D E

F

AB jaumlauml laumlmpeneeBC jaumlauml sulaaCD vesi laumlmpeneeDE vesi houmlyrystyyEF houmlyry laumlmpenee

51

Ominaislaumlmpoumlkapasiteetti c

bull Eri aineet tarvitsevat eri maumlaumlraumln laumlmpoumlauml laumlmmetaumlkseen

bull Ominaislaumlmpoumlkapasiteetti c ilmoittaa kuinka monta kilojoulea kilogramma ainetta tarvitsee laumlmmetaumlkseen yhden asteen

bull esim vesi 419 kJkg ordmC

Siis 419 kilojoulea yhtauml kilogrammaa kohti jottalaumlmpoumltila nousisi yhden asteen

Q = c∙m∙Δtm kilon laumlmmitys Δt asteella vaatiienergian Q

52

Aineen sulaminen

Ominaissulamislaumlmpouml s = energiamaumlaumlrauml jouleinajoka tarvitaan sulattamaan 1 kg ainetta

Esim veden ominaissulamislaumlmpouml on 333 kJkgSiis jaumlaumlkilon sulatus vaatii 333 kJ energiaa

Aineen houmlyrystaumlminen (kiehutus)

Ominaishoumlyrystymislaumlmpouml r = energiamaumlaumlrauml (J)joka tarvitaan houmlyrystaumlmaumlaumln 1 kg ainetta

Esim veden ominaishoumlyrystymslaumlmpouml 2260 kJkgSis vesilitran kiehutus kuiviin vaatii 2260 kJ energiaa

Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml

Haihtuminen houmlyrystyminen(haihtunut energia)

smQ

ominaissulamislaumlmpouml [Jkg]

massa [kg]

Laumlmpoumlmaumlaumlrauml (=laumlmmittaumlmiseen tarvittava energia tai jaumlaumlhtymisestauml vapautuva energia)

TmcTCQ P

ominaislaumlmpoumlkapasiteetti massa

laumlmpoumltilan muutos

Sulaminen(tai jaumlaumltyminen)

rmQ

ominaishoumlyrystymislaumlmpouml [Jkg]

massa [kg]

laumlmpoumlkapasiteetti

Laumlmpoumlkapasiteetti C kertoo kuinka paljon kappaleen laumlmmittaumlmiseen kuluu energiaa tai kuinka paljon kappale voi luovuttaa energiaa kun sen laumlmpoumltila muuttuu astemaumlaumlraumln

T

Laumlmpoumlopin rdquopaumlaumlsaumlaumlnnoumltrdquo

Kappaleen sisaumlenergia U on rakenneosastenliike-energian (laumlmpoumlliike) ja potentiaali-energia summa (vuorovaikutusvoimat)

1 Paumlaumlsaumlaumlntouml Sisaumlenergian muutos on systeemiin laumlmpoumlnaumlsiirtyneen energian Q ja systeemiin tehdyn tyoumln W summa

ΔU = Q + W(oikeastaan energian saumlilymislaki)

2 Paumlaumlsaumlaumlntouml Laumlmpoumltilaerot pyrkivaumlt tasoittumaan(laumlmpouml virtaa itsestaumlaumln kuumemmasta kylmempaumlaumln)(epaumljaumlrjestys eli entropia pyrkii kasvamaan itsestaumlaumln)


7112012

10

Kaasun laajentuessa tekemauml tyouml

Kun kaasu laajenee paineen pysyessauml vakiona setekee tyoumltauml

W = p ∙ ΔV = paine ∙ tilavuuden muutos

Esim kaasu laajenee 40 bar ulkoista painetta vastaanlaajentaen tilavuuttaan 050 msup3 20 msup3

3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m

Laumlmpoumlvoimakone muuttaa laumlmpoumlenergiaa tyoumlksi

1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi

Hyoumltysuhteen ylaumlraja

1 2

1

T T

T

Mitauml suurempi laumlmpoumltilaerositauml parempi hyoumlsuhde

Jos ei ole laumlmpoumltilaerojalaumlmpoumlauml ei voi muuttaa tyoumlksi

Jaumlaumlkaappi ja laumlmpoumlpumppu

1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi

Siirtaumlauml laumlmpoumlauml kylmemmaumlstauml kuumempaanja tarvitsee siihen ulkoista tyoumltauml


7112012

2

7

Paine kaasuissa

bull Ilmanpaine on ilmankehaumln ilman painon aiheuttama paine

bull Ilmanpaine asymp 1 bar(normaalipaine 1013 bar=1013 kPa)

bull 1 bar = 100 000 Pa = 100 kPa

bull Ilmanpaine laskee yloumlspaumlin mentaumlessauml

Hydrostaattinen paine

ghpp 0

Nesteen oman painon aiheuttama paine = ρgh

p0 =ulkoinen paine

hKokonaispaine syvyydellauml h on

nesteen tiheys981 ms2

p

Sukeltajan saumlaumlntouml Paine pinnalla 1 bar Jokaista 10 m kohtitulee lisaumlauml 1 bar Siten 30 metrissauml on 4 bar kokonaispaine

Esim Kuinka suuri hydrostaattinen paine vaikuttaa sukeltajaan 35 metrin syvyydessauml Mikauml on sukeltajaan vaikuttava kokonaispaine jos veden pinnalla vallitsee normaali ilmanpaine (=1013 kPa)

3 2101300 Pa +1000 981 35 = 135 635 Pa

p 136 kPa 136 bar

kg mp m

m s

(Sukeltajan paumlaumlssaumllasku p asymp 1 bar + 035 bar asymp 135 bar)

Hydraulinen nosturiPienellauml voimalla nostetaan suuri kuorma

Paine nesteessauml sama 1 2

1 2

F F

A A

Verenpaine mmHg ja kPa

Verenpaine ilmoitetaan yleensauml elehopeamillimetriaumlesimerkiksi 12080 mmHg

Elohopean tiheys ρ = 13540 kgm3

patsaan korkeus h = 120 mm = 0120 m

p = ρgh = 13540 kgm3middot981 ms2middot0120 m =159 kPa

ENERGIA ja ENERGIARATKAISUT

Energia = rdquoKykyauml tehdauml tyoumltaumlrdquo

(rdquoKaumlyttoumlvoimaardquo)

(rdquoSaa pyoumlraumlt pyoumlrimaumlaumlnrdquo)

(rdquoKykyauml laumlmmittaumlaumlrdquo)


7112012

3

Energian lajeja

bull Liike-energia





bull Ydinenergia

MEKAANINEN ENERGIA



koostuu

POTENTIAALIENERGIA



16

Energia E



17

Energiamuotoja






bull ydinenergia


18

Esimerkkejauml









7112012

4

19








Hyoumltysuhde

KONE

Ottaa energiaa

Hukkaenergia

Tuottaa energiaa


otto otto otto otto


Otettu energia

E W P t P

E W P t P






(tyoumlntekovauhti)




WP

t


Mekaaninen energia







7112012

5

Mekaaninen energia

2 Liike-energia

Yksikkouml = J


21

2kE mv

Sisaumlenergia




27










l



29





bull Siirtotavat

ndash Johtuminen

ndash Kuljetus

ndash Saumlteily

30

Johtuminen






7112012

6

31

Kuljetus





32

Saumlteily





33





34









35


0 0(1 ) eli l l t l l t





36





7112012

7

37



nRTpV

tilavuus

(m3)

paine

(Pa)

kaasuvakio

R=831 Jmol∙K

ainemaumlaumlrauml

(moolit)

laumlmpoumltila (K)




pVnR vakio

T

1 1 2 2

1 2

p V p V

T T

Alussa 1 Lopussa 2


Kaasuerauml 1

1 1 1 1pV n RT

2 2 2 2p V n RT

Kaasuerauml 2


2

22

1

11

T

Vp

T

Vp



2211 VpVp

Isokoorinen (V1=V2)


2

2

1

1

T

p

T

p


2

2

1

1

T

V

T

V



ppp

T

T

21

2

1



K 25015 K )2315273( Ulkoima

241 15250

15310

1

2

1

2

2

2

1

1 K

K

T

T

V

V

T

pV

T

pV




mn

M m = kaasun massa


Tiheys ρm





7112012

8












47

Olomuodon muutokset




SUBLIMOITUMINEN

HAumlRMISTYMINEN




7112012

9


max



h T


h

m

V



50


laumlmpoumltila





A

B C

D E

F


51







52

Aineen sulaminen






Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml


smQ


massa [kg]


TmcTCQ P




rmQ


massa [kg]



T







7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



7112012

3

Energian lajeja

bull Liike-energia





bull Ydinenergia

MEKAANINEN ENERGIA



koostuu

POTENTIAALIENERGIA



16

Energia E



17

Energiamuotoja






bull ydinenergia


18

Esimerkkejauml









7112012

4

19








Hyoumltysuhde

KONE

Ottaa energiaa

Hukkaenergia

Tuottaa energiaa


otto otto otto otto


Otettu energia

E W P t P

E W P t P






(tyoumlntekovauhti)




WP

t


Mekaaninen energia







7112012

5

Mekaaninen energia

2 Liike-energia

Yksikkouml = J


21

2kE mv

Sisaumlenergia




27










l



29





bull Siirtotavat

ndash Johtuminen

ndash Kuljetus

ndash Saumlteily

30

Johtuminen






7112012

6

31

Kuljetus





32

Saumlteily





33





34









35


0 0(1 ) eli l l t l l t





36





7112012

7

37



nRTpV

tilavuus

(m3)

paine

(Pa)

kaasuvakio

R=831 Jmol∙K

ainemaumlaumlrauml

(moolit)

laumlmpoumltila (K)




pVnR vakio

T

1 1 2 2

1 2

p V p V

T T

Alussa 1 Lopussa 2


Kaasuerauml 1

1 1 1 1pV n RT

2 2 2 2p V n RT

Kaasuerauml 2


2

22

1

11

T

Vp

T

Vp



2211 VpVp

Isokoorinen (V1=V2)


2

2

1

1

T

p

T

p


2

2

1

1

T

V

T

V



ppp

T

T

21

2

1



K 25015 K )2315273( Ulkoima

241 15250

15310

1

2

1

2

2

2

1

1 K

K

T

T

V

V

T

pV

T

pV




mn

M m = kaasun massa


Tiheys ρm





7112012

8












47

Olomuodon muutokset




SUBLIMOITUMINEN

HAumlRMISTYMINEN




7112012

9


max



h T


h

m

V



50


laumlmpoumltila





A

B C

D E

F


51







52

Aineen sulaminen






Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml


smQ


massa [kg]


TmcTCQ P




rmQ


massa [kg]



T







7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



7112012

4

19








Hyoumltysuhde

KONE

Ottaa energiaa

Hukkaenergia

Tuottaa energiaa


otto otto otto otto


Otettu energia

E W P t P

E W P t P






(tyoumlntekovauhti)




WP

t


Mekaaninen energia







7112012

5

Mekaaninen energia

2 Liike-energia

Yksikkouml = J


21

2kE mv

Sisaumlenergia




27










l



29





bull Siirtotavat

ndash Johtuminen

ndash Kuljetus

ndash Saumlteily

30

Johtuminen






7112012

6

31

Kuljetus





32

Saumlteily





33





34









35


0 0(1 ) eli l l t l l t





36





7112012

7

37



nRTpV

tilavuus

(m3)

paine

(Pa)

kaasuvakio

R=831 Jmol∙K

ainemaumlaumlrauml

(moolit)

laumlmpoumltila (K)




pVnR vakio

T

1 1 2 2

1 2

p V p V

T T

Alussa 1 Lopussa 2


Kaasuerauml 1

1 1 1 1pV n RT

2 2 2 2p V n RT

Kaasuerauml 2


2

22

1

11

T

Vp

T

Vp



2211 VpVp

Isokoorinen (V1=V2)


2

2

1

1

T

p

T

p


2

2

1

1

T

V

T

V



ppp

T

T

21

2

1



K 25015 K )2315273( Ulkoima

241 15250

15310

1

2

1

2

2

2

1

1 K

K

T

T

V

V

T

pV

T

pV




mn

M m = kaasun massa


Tiheys ρm





7112012

8












47

Olomuodon muutokset




SUBLIMOITUMINEN

HAumlRMISTYMINEN




7112012

9


max



h T


h

m

V



50


laumlmpoumltila





A

B C

D E

F


51







52

Aineen sulaminen






Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml


smQ


massa [kg]


TmcTCQ P




rmQ


massa [kg]



T







7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



7112012

5

Mekaaninen energia

2 Liike-energia

Yksikkouml = J


21

2kE mv

Sisaumlenergia




27










l



29





bull Siirtotavat

ndash Johtuminen

ndash Kuljetus

ndash Saumlteily

30

Johtuminen






7112012

6

31

Kuljetus





32

Saumlteily





33





34









35


0 0(1 ) eli l l t l l t





36





7112012

7

37



nRTpV

tilavuus

(m3)

paine

(Pa)

kaasuvakio

R=831 Jmol∙K

ainemaumlaumlrauml

(moolit)

laumlmpoumltila (K)




pVnR vakio

T

1 1 2 2

1 2

p V p V

T T

Alussa 1 Lopussa 2


Kaasuerauml 1

1 1 1 1pV n RT

2 2 2 2p V n RT

Kaasuerauml 2


2

22

1

11

T

Vp

T

Vp



2211 VpVp

Isokoorinen (V1=V2)


2

2

1

1

T

p

T

p


2

2

1

1

T

V

T

V



ppp

T

T

21

2

1



K 25015 K )2315273( Ulkoima

241 15250

15310

1

2

1

2

2

2

1

1 K

K

T

T

V

V

T

pV

T

pV




mn

M m = kaasun massa


Tiheys ρm





7112012

8












47

Olomuodon muutokset




SUBLIMOITUMINEN

HAumlRMISTYMINEN




7112012

9


max



h T


h

m

V



50


laumlmpoumltila





A

B C

D E

F


51







52

Aineen sulaminen






Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml


smQ


massa [kg]


TmcTCQ P




rmQ


massa [kg]



T







7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



7112012

6

31

Kuljetus





32

Saumlteily





33





34









35


0 0(1 ) eli l l t l l t





36





7112012

7

37



nRTpV

tilavuus

(m3)

paine

(Pa)

kaasuvakio

R=831 Jmol∙K

ainemaumlaumlrauml

(moolit)

laumlmpoumltila (K)




pVnR vakio

T

1 1 2 2

1 2

p V p V

T T

Alussa 1 Lopussa 2


Kaasuerauml 1

1 1 1 1pV n RT

2 2 2 2p V n RT

Kaasuerauml 2


2

22

1

11

T

Vp

T

Vp



2211 VpVp

Isokoorinen (V1=V2)


2

2

1

1

T

p

T

p


2

2

1

1

T

V

T

V



ppp

T

T

21

2

1



K 25015 K )2315273( Ulkoima

241 15250

15310

1

2

1

2

2

2

1

1 K

K

T

T

V

V

T

pV

T

pV




mn

M m = kaasun massa


Tiheys ρm





7112012

8












47

Olomuodon muutokset




SUBLIMOITUMINEN

HAumlRMISTYMINEN




7112012

9


max



h T


h

m

V



50


laumlmpoumltila





A

B C

D E

F


51







52

Aineen sulaminen






Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml


smQ


massa [kg]


TmcTCQ P




rmQ


massa [kg]



T







7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



7112012

7

37



nRTpV

tilavuus

(m3)

paine

(Pa)

kaasuvakio

R=831 Jmol∙K

ainemaumlaumlrauml

(moolit)

laumlmpoumltila (K)




pVnR vakio

T

1 1 2 2

1 2

p V p V

T T

Alussa 1 Lopussa 2


Kaasuerauml 1

1 1 1 1pV n RT

2 2 2 2p V n RT

Kaasuerauml 2


2

22

1

11

T

Vp

T

Vp



2211 VpVp

Isokoorinen (V1=V2)


2

2

1

1

T

p

T

p


2

2

1

1

T

V

T

V



ppp

T

T

21

2

1



K 25015 K )2315273( Ulkoima

241 15250

15310

1

2

1

2

2

2

1

1 K

K

T

T

V

V

T

pV

T

pV




mn

M m = kaasun massa


Tiheys ρm





7112012

8












47

Olomuodon muutokset




SUBLIMOITUMINEN

HAumlRMISTYMINEN




7112012

9


max



h T


h

m

V



50


laumlmpoumltila





A

B C

D E

F


51







52

Aineen sulaminen






Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml


smQ


massa [kg]


TmcTCQ P




rmQ


massa [kg]



T







7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



7112012

8












47

Olomuodon muutokset




SUBLIMOITUMINEN

HAumlRMISTYMINEN




7112012

9


max



h T


h

m

V



50


laumlmpoumltila





A

B C

D E

F


51







52

Aineen sulaminen






Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml


smQ


massa [kg]


TmcTCQ P




rmQ


massa [kg]



T







7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



7112012

9


max



h T


h

m

V



50


laumlmpoumltila





A

B C

D E

F


51







52

Aineen sulaminen






Energia Q = s∙m

Energia Q = r∙m

Laumlmpouml


smQ


massa [kg]


TmcTCQ P




rmQ


massa [kg]



T







7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



7112012

10





3400000 15 600 000 J = 600 kJW p V Pa m


1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi


1 2

1

T T

T




1T

2T

Kone Tyouml W

Kuumempi

Kylmempi



Aineen olomuodot Fysiikka 2 tiivistelmä...7.11.2012 1 Fysiikka 2 tiivistelmä Juhani Kaukoranta...

Documents

Transcript of Aineen olomuodot Fysiikka 2 tiivistelmä...7.11.2012 1 Fysiikka 2 tiivistelmä Juhani Kaukoranta...