Temperatura, notranja energija

fizika1 8r_9-5in6pogl.qxd 30/8/12 14:32 Page 95

9 6

Lovski pes izsledi zajca, ker ta pušča za sabo sled. Z zrnci hipermanganaobarvamo vodo v kozarčku; še v litru vode se opazi sled te barve. Vonjslastne pečenke nas zvabi v kuhinjo. Vonj po ocvrtih ribah še dolgoostane v stanovanju.

Vse to se dogaja zato, ker so snovi, ne glede na agregatno stanje, zgrajene izvelikega števila majhnih delcev, ki se neprestano gibljejo.

Doslej smo telesa opisovali kot celoto, sedaj pa si bomo ogledali njihovonotranjo zgradbo in spremembe, ki se dogajajo v snovi.

Že v stari Grčiji so domnevali, da je svet zgrajen iz majhnih delcev. Grškifilozof Demokrit si je predstavljal, da pri deljenju velikega kosa železa navedno manjše dele pridemo do delcev, ki so ne-deljivi in tako majhni, dajih ni moč videti. Imenoval jih je atomi, saj grška beseda atomos pomeninedeljiv.

Snovi v naši okolici so iz atomov, ionov ali molekul. Molekule različnihsnovi se med seboj razlikujejo po zgradbi, velikosti, masi in silah, kiučinkujejo med njimi. Molekule iste snovi so med seboj enake.

Snovi se razlikujejo po trdoti, trdnosti, topnosti, prožnosti, stisljivosti indrugih lastnostih.

Lastnosti snovi

S spoznavanjem zgradbe snovi lahko pojasnimo vrsto pojavov, ki jih zaznamo v svoji okolici, saj zgradba snovi odloča o fizikalnih in kemijskih lastnostih snovi. Fizikalne lastnosti snovi so na primertrdota (diamant razi kremen, torej je trši od kremena), trdnost (steklo ni trdno, ker se slabo upiraspremembi zunanje oblike, soli so trde, toda krhke), prožnost (guma je bolj prožna kakor steklo),stisljivost (olivno olje je bolj stisljivo kakor voda, plini bolj kakor kapljevine), viskoznost (olje je boljviskozno kakor voda), električna prevodnost (kovine in elektroliti prevajajo električni tok), toplotnaprevodnost (kovine bolje prevajajo toploto kakor nekovine), sijaj (jeklo odbija svetlobo) in druge.

Kemijske lastnosti so na primer topnost, gorljivost, eksplozivnost.

Veja je prožna.Plin zapolni ves prostor v balonu. Voda ima gladino.


9 7

Železo, aluminij, kristali kuhinjske soli ali modre galice so trdnine prisobni temperaturi. Led je trdnina pri temperaturi, nižji od 0° C. S poseb-nimi postopki lahko trdninam spremenimo obliko.

Sestavni delci ali gradniki trdnin so atomi, ioni ali molekule, ki imajodoločene ravnovesne lege, okrog katerih nihajo. Trdna telesa imajo zatodoločeno obliko.

Diamant je na primer zgrajen iz atomov ogljika, guma pa iz zapletenihmolekul.

Led se na soncu stali. Železo priteče iz plavža. Zaradi segrevanja postanenihanje delcev v trdnini tako živahno, da delci zapustijo svoje prvotneravnovesne lege; trdnina se spremeni v kapljevino.Zaradi večje gibljivosti delcev se kapljevine lahko pretakajo, nimajostalne oblike, prilagodijo se obliki posod ter napravijo gladino. Ker jemed delci malo praznega prostora, so kapljevine slabo stisljive.

Ocena velikosti molekule olja

Kanimo majhno kapljico olivnega olja na mirno gladino vode, ki smo jo potresli z otroškim pudromali z zdrobljeno kredo. Olje se razleze po gladini in nastane velik madež. Debelina madeža ne morebiti manjša od debeline ene same molekule. Z lupo ocenimo, da je prostornina kapljice 0,1 mm3. Madež je velik 10 dm2.Izračunamo, da je premermolekule kvečjemu 10–6 mm.

Izračunajmo še prostorninoene molekule. Privzemimo, daima obliko kocke. Kolikomolekul je v 1 mm3 olja?

Prostornina molekule olja je 10–18 mm3. V 1 mm3 olja je 1018 molekul.


9 8

Luža na cesti se posuši. Hitreje se bo posušila v toplem in vetrovnem vre-menu. Kinetična energija molekul se zaradi segrevanja poveča innekatere molekule se iztrgajo iz kapljevine. Kapljevina se spreminja vplin.

Molekule plina se prosto in neurejeno gibljejo v vseh smereh s hitrostjoveč sto metrov na sekundo. Tako je pri temperaturi 25° C povprečnahitrost proste molekule vodika 2000 ms , proste molekule kisika pa 500 ms .Molekule med gibanjem trkajo z drugimi molekulami ali ob stenoposode. Skupna kinetična energija molekul se pri tem ohranja.

Privlačne sile med oddaljenimi molekulami so zelo majhne v primerjavis silami med bližnjimi molekulami v trdnih snoveh in kapljevinah.Razdalje med molekulami so velike, zato so plini tako stisljivi.

Z gibanjem molekul lahko pojasnimo pojav, ki ga imenujemo difuzija.

V čašo nalijemo gost sadni sirup. Na sirup previdno nalijemo vodo. Medvodo in sirupom nastane ostra meja. Počasi se meja med sirupom invodo zabriše, ker se molekule sirupa in vode samodejno pomešajo.Difuzija je mešanje dveh ali več vrst kapljevin ali plinov zaradi gibanjamolekul.

Model za prikazovanje delcev v trdnini, kapljevini in plinu

Molekule in atomi so tako majhni, da jih ne vidimo niti z mikro-skopom. Za lažjo predstavo o njihovi razporeditvi in medsebojnihvplivih si pripravimo modele. Dokaj dober ravninski model zaprikazovanje zgradbe snovi naredimo s tekočim detergentom.

Tanko plast malo razredčenega detergenta nalijemo v večjo posodoin ga spenimo. Ko se zračni mehurčki razporedijo v eni plasti pogladini, začnemo posodo rahlo premikati sem in tja. Tudi mehurčkise tako premikajo. Oblika, velikost in lega posameznega mehurčkaglede na sosednje ostaja nespremenjena. Mehurčki se vedejopodobno kakor molekule oziroma atomi v trdninah.

Hitreje premikajmo posodo. Kaj opazimo? Od roba posode protinotranjosti se premikajo skupine mehurčkov, tako da ostane plastmehurčkov nepoškodovana. Gibljejo se neurejeno, podobno kakormolekule v kapljevinah.

V posodo prilijemo toliko vode, da sega razredčena raztopina od 5do 6 cm visoko, in malo počakamo. Veliko mehurčkov poči, drugipa se v majhnih skupinah razmikajo. Skupine mehurčkov ponazarja-jo razporeditev molekul v plinu.


9 9

Gibanje molekul

Botanik Robert Brown (1773–1858) je prvi proučeval gibanjemolekul v kapljevinah in plinih. Z mikroskopom je opazoval gibanje drobnih zrnc cvetnega prahu v vodi. Ugotovil je, da se zrnca neurejeno gibljejo sem ter tja.

Fizik Albert Einstein je skoraj 100 let pozneje ta pojav razložil kottrke vodnih molekul z zrnci.

Tako neurejeno gibanje delcev zaradi trkov z molekulami imenuje-mo Brownovo gibanje.

Zakaj imamo pline v zaprtih posodah in zakaj so posode vedno polne?

V čašo vode stresi nekaj zrnc hipermangana. Kaj opaziš?

Zrak se segreje od 5° C do 20° C. Molekule zraka se pri višji temperaturi gibljejo:a) enako hitro kakor pri nižji temperaturi,b) hitreje kakor pri nižji temperaturi,c) počasneje kakor pri nižji temperaturi.

Katere od naštetih snovi so pri sobni temperaturi in normalnem tlaku trdnine, katere so kapljevine inkatere plini?Železo, bencin, zrak, voda, baker, kisik, les, papir, živo srebro, aceton.

V katerih primerih gre za pojav difuzije?a) Vonj po palačinkah te privabi v kuhinjo.b) Kozarec ostane moker, ko izlijemo iz njega vodo.c) Utekočinjen plin v jeklenki izpareva, ko z njim kuhamo.č) Sladka smetana, okrašena s pisanimi sladkornimi mrvicami,

se v nekaj urah obarva z barvo mrvic.

Rešitev križanke je pojem, značilen za gradnike trdnin, kapljevin in plinov.

1. Šesti element periodnega sistema kemijskih elementov.2. Delci, iz katerih so zgrajeni elementi.3. Priimek botanika, ki je opazoval trke molekul vode z zrnci cvetnega prahu.4. Lastnost, ki je pri diamantu večja kakor pri lesu.5. Snovi, ki so močno stisljive.6. Prehajanje delcev soli v vodo brez mešanja.7. Sestavljene so iz atomov.

1

2

3

4

5

6

7


Preden se poženemo v vodo, nas zanima njena temperatura. Po-datke o temperaturi zraka nam največkrat sporočajo meteorologiali avtomatske meteorološke postaje prek javnih občil. Kadar smobolni, si merimo temperaturo. Ali je temperatura pečice pravšnjaza peko kruha, nam pove signalna lučka, ki ugasne pri izbranitemperaturi.

Včasih moramo oceniti temperaturo. Gospodinja največkrat kar zroko, ki jo pomoli v krušno peč, ugotovi, ali je peč pripravljena zapeko potice. Mama se z ustnicami dotakne otrokovega čela, česumi, da ima otrok povišano temperaturo. S podlahtjo preveriustreznost temperature vode za kopanje dojenčka. Temperaturoteles ocenimo s čutnicami v koži, ki jih je največ na ustnicah, je-ziku in podlahteh.

Temperaturo teles pa lahko tudi izmerimo. Priprava za merjenjeje termometer.

Anders Celsius (1701–1744),švedski astronom

Bil je profesor astronomije inravnatelj observatorija.Preučeval je polarni sij in gapovezal s spremembami vzemeljskem magnetnem polju.S prostim očesom je po sijuposkušal določiti velikostzvezd. Njegov največji dosežekje temperaturna lestvica, kideli razdaljo med lediščem invreliščem vode na termometruna sto enakih delov. Najprej jeledišče označil s 100, vreliščevode pa z 0. Pozneje je lestvicoobrnil.

1 0 0

tališče0° C

vrelišče100° C

podatki o temperaturi vode in zrakana kopališču

preverjanje ustreznosti temperature vode

podatek o temperaturi zraka na digitalnem zaslonu


1 0 1

Vemo že, da so snovi zgrajene iz molekul, ki se neprestano gibljejo. To gibanje je povezano skinetično energijo molekul. Pri segrevanju se hitrost molekul veča, pri ohlajanju pa manjša. Dokatere temperature lahko ohladimo neko snov?

Lord Kelvin je na podlagi izkušenj pri ohlajanju plinov domneval,da lahko snov ohladimo do –273,16° C. Pri tej temperaturi naj bibila kinetična energija plinskih molekul nič. Pozneje so ugotovili,da velja to za vsako snov, zato je predlagal, naj se ta temperaturaprivzame za absolutno ničlo. To je najnižja mogoča temperatura,ki se ji lahko samo približamo. Absolutni ničli so se približali namilijoninko stopinje.

Znak za temperaturo je velika črka T. Enota je en kelvin, K. Vpraksi je pogosto v rabi Celzijeva temperaturna lestvica in enotastopinja Celzija, ° C. Uporabljali bomo obe enoti. Temperaturo Tbomo odčitali v ° C, temperaturno spremembo ΔT pa v K. Tem-peraturna sprememba v ° C je po velikosti enaka temperaturnispremembi v K.

Zgleda

Na pokrovu lončka za jogurt piše: Pri temperaturi pod 8° C uporaben do ... Koliko K je to?

temperatura v kelvinih = temperatura v stopinjah Celzija + 273 stopinj

T = 8° C + 273 K = 281 K

Voda je imela pred segrevanjem temperaturo T1 = 20° C, po segrevanju pa temperaturo T2 = 62° C.Za koliko se je segrela?

ΔT = T2 – T1ΔT = 62° C – 20° C = 42 K

Voda se je segrela za 42 K.

Ocena temperature

Več učencev naj oceni temperaturo vode, ki teče iz vodovodne pipe.Temperaturo vode izmerite s termometrom in primerjajte rezultatmeritve z rezultati ocenjevanja. Kaj ugotovite? Ocenjene vrednostise med seboj zelo razlikujejo. Do razlik pride zaradi pomanjkanjaizkušenj z merjenjem temperature, različni deli telesa so tudirazlično občutljivi za temperaturo. Kako varljivi so naši občutki, ugo-tovimo v kopališču, ko izpod hladnega tuša skočimo v toplo vodo.Čisto drugače oceni temperaturo te vode kopalec, ki skoči vanjo podaljšem sončenju.

Na oceno temperature vpliva tudi snov, iz katere je telo, in še kaj.

William Thomson, lord Kelvin (1824–1907),

škotski matematik in fizik


1 0 2

S katerimi pridevniki lahko izrazimo temperaturno sta-nje neke snovi? Toplo, mehko, tekoče, vroče, zdrizasto, hladno, mlačno,ledeno, svetleče, žareče, strupeno, hladilno, vlažno, vrelo.

Voda, ki priteče iz pipe, ima 18° C. Segrejemo jo do 100° C. Kolikšna je temperaturna sprememba vode?

Izberi kraj z najvišjo in kraj z najnižjo temperaturo zraka.

Slovenj Gradec 15° CCelje 291 KNovo mesto 17° CMurska Sobota 287 K

Zakaj nam je v Postojnski jami pozimi prijetno toplo,poleti pa nas zebe?

Ali je res?a) Vsak kapljevinski termometer pred uporabo stresemo,

da spravimo kapljevino nazaj v bučko.b) Temperatura snovi se spremeni za 25 K, če jo segreje-

mo od 36° C do 61° C, ali od 718° C do 743° C, pa tudi če jo ohladimo od 208° C na 183° C, ali od -97° C na -122° C.

c) Pozimi je v vinskih kleteh mrzlo, poleti pa vroče.č) Temperaturo železa, ki ga segrevamo, lahko ocenimo

po njegovi barvi.

Termometri

Za merjenje temperature lahko izkoristimo katerokoli lastnost snovi,ki se spreminja s temperaturo. Poznamo več vrst termometrov:kapljevinske, plinske, električne, bimetalne in druge. Bimetalni,kapljevinski in plinski termometri izkoriščajo raztezanje in krčenjesnovi. Električnim termometrom se zaradi temperaturnih spremembspreminja električna prevodnost ali pa izkoriščajo termoelektričnelastnosti kovin.

Termometer kaže svojo lastno temperaturo. Da bi pravilno pokazaltemperaturo merjenca, moramo počakati toliko časa, da se tempe-ratura termometra izenači s temperaturo merjenca. Sodobni termo-metri izmerijo temperaturo telesa v trenutku.


1 0 3

Nekatere šolske zgradbe so zelo razpotegnjene. Na določenem mestu je reža, ki omogoča razte-zanje in krčenje zgradbe. Pravimo, da stavba diha. Take reže, ki omogočajo raztezanje teles, so tudimed dvema tirnicama, med betonskima ploščama na cesti, med šipo in okenskim okvirom. Privečjih mostovih leži nosilec cestišča na eni strani na valjih, da se lahko razteza in krči, na drugistrani pa je čvrsto vpet v temelje mostu. Plinovodi, toplovodi, naftovodi in cevi za centralno kurjavoimajo namesto rež zavoje.

V napravo, kakršno vidiš na sliki, vpnemo železno palico. Pod njoprižgemo špirit in opazujemo, kaj se dogaja s palico. Ker spre-membe dolžine palice niso vidne, opazujemo kazalec. Kazalec sepremika, zato sklepamo, da se palica razteza in prek vzvoda pre-mika kazalec. Ko ogenj ugasnemo, se palica krči, mehanizem pazaradi lastne teže potiska kazalec v začetno lego.

Kaj opazimo, če segrevamo še enako dolgo bakreno in alumini-jasto palico? V enakem času je podaljšek bakrene palice večji,aluminijaste pa še večji kakor bakrene in železne.

Železniške tirnice nekoč in danes

Pred nekaj desetletji so vse proge gradili tako, da so med posame-znimi tirnicami puščali do 20 mm široke reže. Tako položene tirniceso se pri temperaturah med -30° C in +65° C prosto krčile in razteza-le. Niso dovoljevale velikih hitrosti in osnih pritiskov. Na progi in napodvozjih vlakov je zaradi tako položenih tirnic nastajala velikaškoda.

Danes gradijo proge za večje hitrosti in večje osne pritiske. Tudi do 300 m dolge kose položenih tirniczvarijo na terenu v neprekinjen zvarjen tir. Zvarjene tirnice čvrsto privijejo na lesene ali betonskeprage. Trenje med tirnico in pragom, ki je večje od 12 kN, preprečuje raztezanje in krčenje tirnic.Vožnja po njih je zato tišja in mirnejša.


Različne snovi se različno raztezajo.

Zgled

Najmanj kolikšno režo morajo pustiti gradbeniki med 100 mdolgo betonsko ploščo mostu in temeljem mostu, če upoštevajotemperaturno razliko 40 K?

Iz preglednice razberemo, da se metrski kos betonske ploščepodaljša za 0,012 mm, če se segreje za 1 K. Torej se 100 m dolgaplošča podaljša za 1,2 mm, če je temperaturna razlika 1 K. Če pa jetemperaturna razlika 40 K, se plošča podaljša za 48 mm. Torej mo-rajo gradbeniki pustiti najmanj 48 mm široko režo za dihanje mostu.

Telesa pa se ne raztezajo samov dolžino, temveč tudi pro-storsko. O tem se lahko prepri-čamo s poskusom z obročem inkroglico. Obroč in kroglica staiz iste kovine, kroglica pa morabiti tako velika, da jo brez težavspustimo skozi obroč, dokler jehladna. Nato kroglico segreje-mo nad svečo in jo poskusimopotisniti skozi obroč. Kroglicase je zaradi raztezanja pove-čala, zato obstane na obroču.Čez nekaj časa se ohladi inskrči ter pade skozi obroč.

Kaj se zgodi, če segrevamokroglico in obroč hkrati? Vročokroglico brez težav potisnemoskozi obroč, saj se tudi obročrazteza, kakor da bi bila nje-gova odprtina zapolnjena ssnovjo.

Kakor se ene snovi pri segrevanju raztezajo, se nekatere druge krčijo. To velja na primer za gumoin nekatere umetne mase.

snov raztezek[mm]

invar* 0,001steklo 0,009beton 0,012jeklo, železo 0,012baker 0,017led 0,05medenina 0,019aluminij 0,023

*Invar je zlitina jekla in približno36 % niklja. Uporabljajo jo za izde-

lovanje znanstvenih instrumen-tov, ker se zelo malo razteza inkrči. Ime invar je izpeljano iz

besede invariabilen, kar pomeninespremenljiv.

1 0 4

Preglednica temperaturnihraztezkov

(raztezki 1m dolgih paliciz različnih snovi,

če jih segrejemo za 1 K)

fizika1 8r_9-5in6pogl.qxd 30/8/12 14:32 4

1 0 5

Uporaba temperaturnega raztezanja in krčenja

Raztezanje kovin uporabimonajvečkrat pri napravah zasamodejno regulacijo tempe-rature. Temperaturni regulator-ji ali termostati so naprave, kiskrbijo za to, da je temperatu-ra stanovanja, likalnika,pečice, vode v bojlerju in radi-atorjih, valilnice za piščanceenaka stalni izbrani vrednosti.Nekateri termostati imajovgrajen bimetal. To je kovinskitrak, narejen iz dveh različnihkovin, zvarjenih po dolžini. Prisegrevanju se ena kovina boljrazteza kakor druga, zato setrak ukrivi. Kovina z večjimraztezkom je na zunanji strani

krivine. Ko se bimetal ukrivi, se prekine električni krog in s tem električni tok skozi grelnik. Trak senato ohladi, zravna in vnovič sklene električni krog.

V stekleno bučko nalijemo obarvano vodo in jo zapremo z gumi-jastim zamaškom, ki ima vstavljeno stekleno cevko. Zamašekpotisnemo v bučko, tako da sega obarvana voda v cevko.Označimo gladino vode v cevki in vodo segrevamo. Kmalu opa-zimo, da se gladina vode v cevki zviša. Voda se je raztegnila,povečala se ji je prostornina.

Bučko nato postavimo na mizo in počakamo, da se voda ohladi.Gladina vode v cevki se zniža, ker se voda pri ohlajanju krči.

Raztezanje kapljevin

Kapljevinam se prostornina pri segrevanju poveča, pri ohlajanju pa zmanjša. To lastnost kapljevinizkoriščajo kapljevinski termometri. Če se alkohol in živo srebro segrejeta za 1 K, se prostornina alkohola poveča za 0,0011, živega srebra pa za 0,00018 celotne prostornine.

Ker se kapljevine raztezajo, posod nikoli ne napolnimo do vrha. Motorno olje nalijemo v motor avtanajveč do oznake »max«.

Raztezna posoda pri centralni kurjavi omogoča raztezanje vode v napeljavi.

grelec

medeninaželezo


Anomalija vode

Graf kaže spreminjanje prostornine živega srebra in vode v odvi-snosti od temperature. Živo srebro se pri segrevanju ves časrazteza. Voda se od 0° C do 4° C krči, od 4° C naprej pa se razteza,zato ima voda pri 4° C največjo gostoto. Ta pojav imenujemo ano-malija vode.

Led ima večjo prostornino kakor voda. Voda napolni razpoke vskalah, v zorani zemlji, v asfaltu na cesti in zamrzne. Zaradi večjeprostornine ledu se razpoke povečajo. Po otoplitvi se krušijo skale,zemlja in asfalt pa se drobita.

Z anomalijo vode je povezanoohranjanje življenja v jezerih inmorjih, ki pozimi zamrznejo.Voda se ob gladini ohlaja, zatose spušča proti dnu. Ta procestraja, dokler nima vsa voda v jezeru temperaturo 4° C. Pri nadaljnjem ohlajanjuzgornje redkejše plasti vodezamrznejo.

Stekleno bučko zapremo zzamaškom, ki ima vstavljenocevko. Cevko potopimo v čašoz vodo, bučko pa objamemo zrokama. Iz cevke se v vodo dvi-gajo mehurčki zraka. Zakaj?

Bučko z rokama segrevamo.Zrak v bučki se zaradi segre-vanja razteza, veča se mu pro-stornina in zato izhaja.

Nato bučko polijemo s hladno vodo. Kaj se zgodi? Voda iz posode se dvigne v cevko. Zrak v bučkise ohladi in skrči. Tlak v njej se zmanjša, zato zunanji zračni tlak potisne vodo v cevko.

Različne snovi se različno raztezajo. Raztezanje snovi je povezano z gibanjem molekul ne pa sspremembo njihove velikosti. Najmanj se raztezajo trdnine, bolj kapljevine in najbolj plini.

1 0 6

-10° C

0° C

4° C


1 0 7

Tlak plina je posledica trkov molekul plina ob stene posode.

Višja temperatura – večja hitrostmolekul, večji tlak.

Večja masa pri isti prostornini – večtrkov molekul ob steno posode,

večji tlak.

Manjša prostornina pri isti masi – večtrkov ob steno posode, večji tlak.

V preveč napolnjeni zračniblazini se na soncu tlak zrakaše poveča in blazina lahkopoči.

Napihnjena blazina se v morju»zmehča« – tlak zraka v njejse zaradi ohladitve zmanjša.

V avtomobilski gumi se tlakpovečuje, ko vanjo tlačimozrak.

Iz avtomobilske gume spusti-mo nekaj zraka – tlak v njej sezmanjša.

V injekcijski brizgi je zrak. Batpotisnemo do sredine brizgein jo zapremo.

Bat potisnemo globlje – tlak vbrizgi se poveča.

Bat izvlečemo – tlak v brizgise zmanjša.


1 0 8

Odgovori na vprašanja.a) Zakaj žice med drogovi visijo ohlapno?b) Zakaj kovinski zamašek na steklenici laže odviješ, če ga prej segreješ v topli vodi?c) Zakaj beton ojačijo z železom in ne s katero drugo kovino?č) Zakaj ležaje segrejejo, preden jih nasadijo na os?d) Zakaj gospodinja ugotovi, da je v ponvi preveč olja, šele takrat, ko je olje že vroče?e) Zakaj na embalaži raznih razpršilcev piše, da je ne smemo vreči v ogenj, niti ko je prazna?

V preglednici z raztezki kovin na str. 104 poišči najustreznejši kovini za izdelavo bimetala.Zakaj si se tako odločil?

Kaj bi se zgodilo, če bi bimetal ohlajali, namesto da ga segrevamo? Na kateri strani krivinebi bila kovina z manjšim raztezkom?

Imamo dva termometra z enako veliko bučko in enako debelino cevke. V enem je živo srebro,v drugem pa alkohol z enako prostornino. Kateri termometer ima daljšo stopinjo in zakaj?

Termometra se razlikujeta le po širini cevke, v kateri se razteza kapljevina. Kako vplivaširina cevke na dolžino stopinje? Ali moraš upoštevati tudi raztezanje stekla?

Včasih so polagali tirnice tako, da so med dvema 24-metrskima kosoma pustili režo. Kakoširoko režo so pustili, če so jih polagali pri temperaturi 20° C in upoštevali, da se v poletnivročini segrejejo največ do 70° C?


1 0 9

Na štedilniku segrevamo vodo za čaj. Vodi se zaradi segrevanjaviša temperatura. Višanje temperature je znak, da se vodi večaenergija. Povečala se ji je notranja energija. Znak za notranjoenergijo je Wn . Merimo jo v joulih, J, tako kakor delo.

Čim višjo temperaturo ima telo, tem več ima notranje energije, innasprotno. Sprememba temperature je največkrat pokazateljspremembe notranje energije.

V nadaljevanju bomo izvedeli, kako telesu spremenimo notranjoenergijo.

O notranji energiji

Spoznali smo že, da se molekule ali atomi izbrane snovi neprestano bolj ali manj gibljejo, v plinu inkapljevinah po prostoru, ki ga zavzemajo, v trdninah pa le okoli svojih ravnovesnih leg. To je termičnogibanje. Pri plinih imamo opravka samo s kinetično energijo molekul, pri kapljevinah in trdninah pazaradi medmolekularnih sil še s prožnostno energijo.

Namesto opisanega govorimo o notranji energiji snovi.

Od mraza premrle roke si lahko ogrejemo ob skodelici vročega čaja. Vodo v loncu segrevamo naplinskem gorilniku. Martinček se greje na soncu. Voda v ribniku se pozimi ohlaja in na površju za-mrzne. Peči temnih barv bolj sevajo kakor peči svetlih barv.


Telesa pri segrevanju prejemajo toploto, pri ohlajanju pa jo od-dajajo. Znak za toploto je črka Q. Merimo jo v joulih, J, tako kakordelo in energijo. Telo z višjo temperaturo oddaja toploto telesu znižjo temperaturo. Zaradi prejemanja ali oddajanja toplote se tele-som spremeni notranja energija.

Naredimo poskus.

V posodo nalijemo vročo vodo in izmerimo njeno temperaturo. Vvodo damo srednje velik hladen kamen, ki smo mu pred temizmerili temperaturo. Počakamo nekaj minut. Kamen vzamemo izvode ter izmerimo temperaturo kamna in temperaturo vode. Pri-merjamo rezultate meritev. Voda se je ohladila, kamen se je se-grel.

Telesu, ki toploto prejme, se zveča notranja energija in z njo na-vadno temperatura. Telesu, ki toploto oddaja, pa se notranja ener-gija zmanjša in z njo navadno temperatura.

Toplota lahko prehaja s telesa na telo na tri načine: s prevaja-njem, z mešanjem snovi ali konvekcijo in s sevanjem.

Naredimo poskus.

K enemu licu prisloni košček stiropora, k drugemu pa porce-lanast krožniček. Kaj občutiš? Stiropor se zdi topel, porcelan pahladen, zato domnevamo, da ima stiropor višjo temperaturo. Če zelektričnim termometrom izmerimo temperaturo obeh teles, paugotovimo, da sta temperaturi enaki. Kljub temu je bil naš ob-čutek drugačen. Kako to razložimo?

Obe snovi imata na začetku nižjo temperaturo kakor lice in se obdotiku z licem segrevata. Porcelan se hitreje segreva, ker je do-ber toplotni prevodnik in hitreje prevaja toploto z lica. Stiropor jeslab toplotni prevodnik. Počasneje prevaja toploto in je zato do-ber toplotni izolator.

Toplota prehaja s telesa na telo s prevajanjem.

Naredimo poskus.

Na vročo kuhalno ploščo postavimo lonec z vodo. Vanj obesimodva enaka termometra. Z enim merimo temperaturo vode pri dnu,z drugim pa malo pod gladino. Čeprav bi pričakovali, da bo ter-mometer ob dnu kazal višjo temperaturo kakor termometer obgladini, pa termometer ob dnu kaže manj. Kako to razložimo?

Voda pri dnu se segreje in se pri tem razteza. Gostota se ji manjšain s tem se poveča vzgon nanjo, zato se vroča voda dviga protigladini, na njeno mesto pa priteka hladna. Voda kroži in se meša.

Kapljevine in plini se segrevajo s kroženjem in mešanjem. Toimenujemo konvekcija.

1 1 0


Naredimo poskus.

Vzemimo dve enaki plastenki, eno pobarvajmo z belo, drugo pa sčrno barvo. Vanju obesimo termometra, tako da bo bučka ter-mometrov pod pobarvano mejo. Plastenki postavimo za nekajčasa na sonce. V obeh večkrat odčitajmo temperaturo zraka.Obenem izmerimo zunanjo temperaturo zraka. Meritve pokažejo,da je temperatura zraka v plastenkah večja kakor zunanja.Plastenki sta se ogreli s toploto, ki jo seva Sonce. Zrak v notra-njosti plastenk se je segrel zaradi konvekcije. Zakaj je temperatu-ra zraka v črni plastenki višja od temperature zraka v beli plastenki? Temna telesa sprejmejo več toplote, bela pa manj.

Segreta temna telesa sevajo toploto v okolico. Telesa, ki sevajo, seohlajajo.

Telesa s posrebreno površino sevajo zelo malo toplote in jo zelomalo vpijajo. Notranja posoda termovke je sestavljena iz dveh pla-sti posrebrenega stekla, med katerima je vakuum. Posrebrena po-vršina in vakuum upočasnjujeta ohlajanje ali segrevanje vsebine.

S prižgano svečo prikaži, da zrak v sobi kroži. Kammoraš postaviti svečo?

Pripravi šest enakih skodelic za čaj ali kavo. Dveskodelici napolni z vročo vodo do iste višine in v obeh

izmeri temperaturo. Nato vodo iz ene skodelice prelij v praznoskodelico in po eni minuti ponovno izmeri temperaturo. Takonadaljuj s prelivanjem, dokler ne porabiš vseh štirih skodelic.Nazadnje izmeri temperaturo vode, ki je nisi prelival, in jo primer-jaj s končno temperaturo štirikrat prelite vode. Kaj opaziš?Rezultate meritev zapisuj v preglednico in nariši graf, ki kažespreminjanje temperature v odvisnosti od števila prelivanj.

1 1 1

Telesa sevajo toploto.

S posebno kamero lahko dobimo posnetke, ki prikazu-jejo razlike v temperaturi napovršini človeškega telesa.

Vsaka barva pomeni določenotemperaturo. Belo, rumeno in

rdeče obarvani deli so najtoplejši.

Peči so navadno temne, da bolje sevajo toploto.

Iz termovke toplota uhaja velikopočasneje, kakor iz navadne

steklenice.

Ohlajanje stanovanja zmanjšamo z dvojnimi stekli, med katerimi je

plin argon.

Ptiček se pozimi našopiri. Zrak med perjem upočasni ohlajanje njegovega telesa.


Kaj bi morali v vašem domu glede ogrevanja spremeniti, da bi privarčevali nekaj energije?

Pojasni!a) Zakaj primemo vroč lonec s krpo, ko ga odstavimo s štedilnika?b) Zakaj je na sedežih sedežnice penasta guma ali pa so sedeži leseni?c) Zakaj so smučarska oblačila napolnjena s puhom?č) Zakaj je potapljaška obleka prepojena z drobnimi mehurčki dušika?d) Zakaj se poleti oblačimo v svetla oblačila?e) Zakaj sladoled, ki ga nesemo domov, zavijemo v več plasti papirja?

Termometer visi tako, da je obsijan od sonca. Temperaturo česa kaže? Pojasni.

Andreju bo topleje v noge, če bo obul dva para volnenih nogavic, saj bodrugi par zmanjšal oddajanje toplote.

Če hočemo vroč lonec odstaviti z grelne plošče štedilnika, ga primemos krpo ali gospodinjsko rokavico. Tkanina namreč slabše prevaja toplo-to in tako preprečuje, da bi se opekli.

Če je čaj prevroč za pitje, ga nekajkrat prelijmo v hladno skodelico.

Za hud mraz so najprimernejša volnena oblačila. Med volnenimi vlaknise namreč zadržuje zrak, ki je dober toplotni izolator.

Pri gradnji stanovanj je vse bolj pomembno načelo “varčujmo z energi-jo”. Okna morajo biti dobro zatesnjena, stene izolirane, gradbeni mate-riali pa taki, skozi katere toplota težje uhaja. Take materiale imenujemotoplotni izolatorji. Graditelji morajo vedeti, koliko toplote se na sekundoizgubi skozi določen material.

Toplota, ki jo telo v eni sekundi odda hladnejši okolici ali pa jo iztoplejše okolice prejme, je toplotni tok. Znak za toplotni tok je črka PEnak znak uporabljamo za moč.

toplotni tok = toplota P=Qt

Enota za toplotni tok je Js = W.

1 1 2

čas


Zgled

Električni radiator odda 2,7 MJ toplote v pol ure. Izračunajmo kolikšen toplotni tok oddaja radiator v okolico.

Q = 2,7 MJ = 2700000 Jt = 0,5 h = 1800 sP = ?

P = Qt

P = 2 700 000 J

P = 1500 Js = 1500 W

Toplotni tok, ki ga oddaja radiator, je 1500 W.

Naštete energijske vire razvrsti glede na količino toplotnega toka, ki ga oddajajo. Začni s tistim, ki oddaja največji toplotni tok.svečaelektrični radiatorsoncepeč v toplarni

Kolikšno toploto odda grelec v 10 minutah, če je njegova moč 500 W?

Radiator ogreva sobo tri ure s stalnim toplotnim tokom 1500 W. Koliko toplote pri tem odda?

Likalnik odda pri polurnem likanju 3,6 MJ toplote. Kolikšen toplotni tok oddaja, če je le ta stalen?

Opravimo nekaj meritev.

Segrevali bomo 0,5 kg vode, 1 kg vode in 0,5 kg suhe mivke.Pripravljenim snovem izmerimo začetno temperaturo. V ustreznihposodah jih postavimo na segrete kuhalnike z oznako 450 W, karpomeni, da oddaja grelnik vodi ali mivki vsako sekundo približno450 J toplote. Vodo v obeh posodah med segrevanjem mešamo invsako minuto odčitamo temperaturo. Vodo segrejemo do približno60° C.

Tudi mivko med segrevanjem stalno mešamo. Po dveh minutah posodo odstavimo s kuhalnika inizmerimo temperaturo. Rezultate merjenj vpisujemo v preglednico in narišemo grafe.

1 1 3

1800 s


Graf kaže, kako se vodi zaradi segrevanja povečuje temperatura.Voda prejme dvakrat več toplote, če jo segrevamo dvakrat dlje,zato je sprememba temperature ΔT dvakrat večja.

Primerjajmo premici, ki kažeta spreminjanje temperature 0,5 kgin 1 kg vode. Kateri vodi moramo dovesti več toplote, da jo segre-jemo za 25 K? Za enako spremembo temperature vode mora 1 kgvode prejeti dvakrat toliko toplote kakor 0,5 kg. Dovedena toplotaje odvisna tudi od mase snovi.

Primerjajmo premici, ki kažeta večanje temperature pri segre-vanju 0,5 kg vode in 0,5 kg mivke. Približno kolikokrat več toploteprejme voda kakor enaka masa mivke, ko se segrejeta za 25 K?Voda prejme približno trikrat več toplote. Pravimo, da ima vodavečjo specifično toploto. To je toplota, ki segreje 1 kg snovi za 1 K.Znak za specifično toploto je mala črka c.

1 1 4

Graf prikazuje odvisnost temperaturevode od časa segrevanja.

čas [min]

0

1

2

3

4

5

6

oddana toplota grelnika [J]

0

27 000

54 000

81 000

108 000

135 000

162 000

0,5 kg vode

20

32

45

57

70

82

1 kg vode

20

27

35

40

46

51

57

temperatura [° C]

Graf prikazuje odvisnost temperaturevode in mivke od časa segrevanja.

čas [min]

0

1

2

3

4

5

oddana toplota grelnika [J]

0

27 000

54 000

81 000

108 000

135 000

0,5 kg vode

20

32

45

57

70

82

0,5 kg mivke

20

90

temperatura [° C]


Podatke o specifični toploti različnih snovi najdemo v fizikalnihpriročnikih. Specifična toplota vode je c = 4200 J

kgK . S 4200 Jtoplote segrejemo 1 kg vode za 1 K.

Množina toplote, ki jo telo pri segrevanju prejme, pri ohlajanju paodda, je odvisna od njegove mase m in specifične toplote c, terrazlike temperatur ΔT = (T2 - T1).

toplota = masa • specifična toplota • razlika temperatur

Q = m c ΔT

Zgled

Izračunajmo, koliko toplote prejme 80 l vode v bojlerju, ko se segre-je z 20° C na 60° C. Za koliko se poveča energija vode?

m = 80 kg ΔWn = Q = m c ΔT ΔT = T2 – T1cvode = 4200 J

kgK Q = m c (T2 – T1) ΔT = 40 KT1 = 20° C Q = 80 kg • 4200 J

kgK• 40 K

T2 = 60° C Q = 13 440 000 JΔWn = ? Q = 13,44 MJ

Voda je prejela 13,44 MJ toplote. Energija vode se je povečala za 13,44 MJ.

Koliko toplote potrebujemo, da segrejemo 10 kg vode za 1 K?

Specifična toplota alkohola je 2430 JkgK . Kaj nam pove ta podatek?

snov specifična toplota [ JkgK]

zrak 1000

alkohol 2430

voda 4200

živo srebro 140

aluminij 880

baker 390

led 2100

medenina 380

svinec 130

zlato 130

železo 460

1 1 5

Preglednica specifičnih toplot nekaterih snovi


En kilogram vode se ohladi s 100° C na 0° C. Za koliko se vodi zmanjša notranja energija?

Graf kaže spreminjanje temperature pri segrevanju enakih mas železa in aluminija.Katera krivulja je za železo in katera za aluminij? Obe kovini sta pri segrevanju prejelienako množino toplote.

Baker in neznana kovina imata enaki masi in enaki začetnitemperaturi. Segrevamo ju na istem grelniku do iste tem-perature. Iz grafa preberi:a) Približno kolikokrat dlje segrevamo baker kakor

neznano kovino?b) Kakšno specifično toploto ima neznana kovina v

primerjavi s specifično toploto bakra? c) Katera bi lahko bila neznana kovina?

Učilnica je dolga 8 m, široka 7 m in visoka 3 m. Koliko toplote bi oddali radiatorji za segre-vanje zraka s 17° C na 20° C? Za koliko bi se povečala energija zraka?

Poglej preglednico, v kateri so podatki za segrevanje 0,5 kg mivke, in odgovori navprašanja.a) Koliko toplote je med segrevanjem prejela mivka?b) Za koliko J se ji je povečala notranja energija? c) Za koliko K se je segrela zaradi prejete toplote?č) Izračunaj specifično toploto mivke.

Spomladi je lahko ob lepem sončnem vremenu temperatura zraka na Štajerskem več kakor30° C, v Piranu pa komaj preseže 20° C. Kaj je vzrok za tako temperaturno razliko?

1 1 6


Kos železa, ki ga brusimo z brusilnim strojem, težko držimo vrokah, saj kmalu postane prevroč. Pri vrtanju jeklenih polizdelkovves čas uporabljajo hladilno tekočino. Žago in granitni blok hla-dijo z vodo. Zobozdravnik hladi z vodo sveder in zob. Tudi prižaganju lesa se žaga in les segrejeta.

Telesa, ki jih obdelujemo, in orodja, ki jih pri tem uporabljamo, sesegrejejo. Poveča se jim notranja energija.

To se zgodi tudi takrat, ko se zmotiš pri pisanju in uporabišradirko. Poskusi. Nekaj časa radiraj šolsko klop na istem mestu,tako da radirko z večjo silo pritiskaš ob klop. Potipaj radirko inklop. Obe sta se segreli.

Vzemi trak aluminijaste pločevine. Na istem mestu ga večkratzapored upogni, da se prelomi. Potipaj mesti preloma. Trak se jesegrel.

Ker nobene količine nismo merili, ne moremo povedati, kolikodela smo opravili. Prav tako ne vemo, kolikšna je spremembanotranje energije. Naredimo poskus, pri katerem bomo lahkoopravili potrebne meritve in račune.

V cevi, ki je narejena iz dvehplastenk, je 0,5 kg šiber. Enaplastenka ima luknjico, da lah-ko vstavimo čutilnik digitalnegatermometra ali zelo občutljivživosrebrni termometer. Izmeri-mo začetno temperaturo šiberT1 = 20,9° C. Nato cev 50-kratobrnemo in izmerimo končnotemperaturo T2 = 22,7° C.

Na koncu poskusa šibre miru-jejo na istem mestu kakor nazačetku poskusa, le da so top-lejše.

Najmanjša sila, s katero šibre dvignemo pri vsakem obratu, je 5 N. Izmerimo še srednjo višino, h = 47 cm, za katero dvignemo šibre in izračunamo opravljeno delo.

Delo pri enem dvigu je 5 N. 0,47 m = 2,35 J. Pri 50 dvigih je delo 117,5 J.

Sprememba notranje energije je enaka opravljenemu delu.

ΔWn = A

Enako spremembo notranje energije lahko dosežemo s toploto. Izračunaj, koliko toplote je po-trebno, da 0,5 kg svinčenih šiber segrejemo za 1,8 K.

Q = ΔWn Q = m c ΔT

1 1 7


Stokrat obrnimo plastenki in izmerimo začetno in končno temperaturo. Sprememba temperatureje v tem primeru 3,6 K. Opravljeno delo je dvakrat večje. Iz temperaturne spremembe lahkonapovemo, kolikšno je opravljeno delo in kolikšna je sprememba notranje energije. Tudi štetjeobratov je sedaj odveč.

Ali lahko napoveš, koliko dela opraviš, če mešaš 0,5 kg šiber v toplotno izolirani posodi in se pri temsegrejejo za 0,6 K? Lahko. Za trikrat manjšo spremembo temperature moramo opraviti 39 J dela.

Telesu lahko spremenimo notranjo energijo z delom ali s toploto.

Poskus s tornim vretenom

Na bakreno vreteno navijemo najlonsko vrvico. Na daljši konec vrvi,ki visi ob mizi, obesimo petkilogramsko utež. Krajši konec vrvipritrdimo z elastiko na nosilec vretena ali pa ga držimo. V notra-njost vretena vstavimo termometer in izmerimo temperaturo.Vreteno 50-krat zavrtimo, tako da navita vrvica drsi po njem. Pokončanem vrtenju vnovič izmerimo temperaturo. Temperaturna raz-lika je 1,9 K.

Koliko dela moramo opraviti, da dosežemo izmerjeno temperaturnorazliko? Na vreteno deluje sila 50 N, pot te sile pa je 50-krat daljša odobsega vretena. Iz sile in poti izračunamo delo, A = 50 N•5 m = 250 J.Izračunajmo še toploto, s katero segrejemo 350 g bakra za 1,9 K.

Q = 0,35 kg • 380 JkgK

• 1,9 K = 239 J

Naše meritve so premalo natančne, da bi se rezultata popolnoma ujemala. Kljub temu lahkosklepamo, da z delom ali s toploto dosežemo enako spremembo notranje energije.

Izberi dogodke, pri katerih gre v glavnem za spremembo notranje energije podčrtanih teles. a) Delavec polira izdelek.b) Viličar dviga težke zaboje.c) Gospodinja valja testo za rezance.č) Tina si v vročini hladi obraz, tako da s pahljačo premika zrak pred obrazom.

Katero opravilo ni povezano s spremembo notranje energije telesa, ki je obdelovanec?Gnetenje, zabijanje, obešanje, pisanje, žaganje, padanje.

V cev, ki smo jo uporabili pri poskusu s šibrami, damo 1 kg šiber s sobno temperaturo in joprav tako 50-krat obrnemo. a) Kolikšna je tokrat temperaturna sprememba?b) Za koliko se je povečala notranja energija šiber?c) Cev s šibrami postavimo na mizo. Kaj se dogaja z notranjo energijo šiber?

1 1 8


Puščica se je zadrla v sredinotarče. Tako tarča kot konicapuščice sta se pri tem segreli.

Testni avto je trčil v oviro in seustavil. Strokovnjaki tako pre-verjajo njegovo varnost. Kine-tična energija se mora pri trkučim bolj enakomerno pretvoritiv notranjo energijo zvite ploče-vine. S tem se poveča varnostpotnikov.

Opisana zgleda pokažeta, da moramo pri energijskih pretvorbah upoštevati tudi notranjo energijo.

Pri energijskih pretvorbah smo opisovali padanje in odboj žogice in končali z opisovanjem poprvem odboju. Zakaj žogica po odboju ne doseže višine, s katere smo jo spustili? Preden odgovo-rimo na vprašanje, spustimo na mizo še kroglico iz plastelina. Kaj opazimo?

Kroglica se deformira in obmiruje na mizi. Pri deformaciji se malosegreje. Ta sprememba temperature je neznatna, občutnejša papostane, ko kroglico večkrat zapored vržemo ob tla.

Sedaj opišimo energijske pretvorbe pri padanju kroglice iz pla-stelina. Med padanjem se potencialna energija kroglice pretvarjav kinetično energijo, ko trči ob tla, pa se kinetična energijapretvori v notranjo. Če izmerimo povečanje notranje energijezaradi povišane temperature, ugotovimo, da je tolikšno, kot jezmanjšanje kinetične energije. Žogica ostane prilepljena na tla,saj se notranja energija ne pretvori v kinetično.

Pri prožnem odboju se žogica prav tako deformira. Večji delkinetične energije se pretvori v prožnostno energijo, manjši delpa v notranjo energijo. Prožnostna energija se ponovno pretvori vkinetično. Ker je kinetične energije manj, žogica ne doseže višine,s katere smo jo spustili.

Energija telesa se lahko pretvarja iz ene oblike v drugo. Pritem se ohranja vsota kinetične, potencialne, prožnostne innotranje energije. Skupna energija telesa se ne spremeni. Vtakšnih primerih velja zakon o ohranitvi energije.

Dve enaki plastenki skoraj do roba napolni s suhomivko. Njuni masi naj bosta enaki. Prostor nad mivko

v eni plastenki zapolni z vato. Obe plastenki zapri in ju istočasnospusti po klancu. Opazuj, kako se kotalita.a) Ali imata ob vznožju klanca enako hitrost?b) Kaj se je dogajalo z mivko pri kotaljenju?c) Opiši, kako se je spreminjala energija posamezne plastenke.

1 1 9


Kroglici, ki se kotali po klancu, se energija pretvarja izene oblike v drugo. V legi A kroglica miruje in ima 1 Jpotencialne energije.a) Kolikšna je energija kroglice v legah B in C? b) Kolikšna je potencialna in kolikšna kinetična energijakroglice v legah B in C?

Kamen zalučajmo v zrak v navpični smeri. Upor zraka zanemarimo. Tik pred padcem na tla ima kamen 15 J kinetične energije. Izračunaj, kolikšna je njegova potencialnaenergija v trenutku, ko doseže najvišjo točko.

Domen, ki tehta 50 kg, ima po odrivu s trampolina 625 J kinetične energije.a) Kolikšno višino lahko doseže, če zanemarimo upor zraka?b) Za koliko se poveča prožnostna energija trampolina, ko Domen pade nanj in ga ponovno napne?

Košarkar pri metanju žoge na koš opravlja delo A. Ko žogo dvigu-je v rokah, ji povečuje tako kinetično kot potencialno energijo.Velja: A = ΔWk + ΔWp.

Žoga prileti v koš in razpira mrežico. Pri tem mrežica zaustavljažogo in opravlja delo. Energija žoge se manjša, A = ΔWk.

Fant obrača cev s šibrami, šibre se segrevajo. Delo, ki ga fant pritem opravi, se porabi za povečanje njihove notranje energiješiber, A = ΔWn, kar kaže sprememba njihove temperature. Enakospremembo notranje energije lahko dosežemo s toploto, ΔWn = Q.

Opazovanim telesom se je med opazovanjem spreminjala energi-ja. Sprememba energije ΔW je vsota sprememb kinetične, poten-cialne, prožnostne in notranje energije. Te spremembe sopovezane z delom A ali s toploto Q.

A + Q = ΔW

Telesu se energija spremeni za toliko, kolikor dela in toploteizmenja z okolico. Zapisali smo energijski zakon.

1 2 0


Nalogo prepiši v zvezek in jo reši.

Tovor so v skladišču dvignili na najvišjo polico.

Sladoled zmrzuje v zamrzovalni skrinji.

Košarkar meče žogo proti košu.

Nogometni vratar je zaustavil žogo.

Opiši energijsko spremembo telesa, ki je podčrtano. Opiši jo najprej v stavku, nato še z enačbo.Zgled: Telovadec raztegne vzmeti.Telovadec opravi delo, vzmetem se poveča prožnostna energija. Enačba: A = ΔWpr .

a) Šolsko torbo dvigneš na klop.b) Vroč kakao se ohladi.c) Telovadec se oprime droga.č) Vžigalico podrgneš po vžigalični škatlici.d) Atlet sune kroglo. Kroglo opazujemo od začetka gibanja do trenutka, ko zapusti roko.e) Krogla podre kegelj.

1 2 1

Spremembaenergije jepovezana

z delom s toploto

Oblika energije,ki se je vglavnem

spremenila


1 2 2

Led v kozarcu se tali in ohlaja pijačo. V termoelektrarnah uparjajo veliko količino vode. Kadar se dežnekapljice oprimejo mrzlih vej in zmrznejo, nastane žled. V hladnih pomladnih jutrih je nevarnost slane. Pri likanjupuha iz likalnika para. Kozarec z ledeno mrzlo pijačo se orosi. Stekla v avtu se v hladnih dneh pogosto orosi-jo. Omenili smo že, da so telesa v naravi v trdnem, kaplje-vinastem in plinastem agregatnem stanju.

Pri dovajanju toplote se trdnina tali, kapljevina izpareva, pri odvajanju toplote se plin zgošča ali kondenzira,kapljevina pa strjuje. Spremembo agregatnega stanja lahko dosežemo z dovajanjem ali odvajanjem toplote.

V fizikalnih priročnikih najdemo za nekatere snovi podatke o tempera-turi tališča in o specifični talilni toploti. Izvemo, da je tališče vode 0° C,specifična talilna toplota pa 335 kJ

kg . Kaj to pomeni?

Opravimo meritev.

V čašo damo 10 dag vode s temperaturo 20° C in 5 dag zdrobljenegaledu. Počakamo, da led ohladi vodo do 0° C, nato začnemo z meritvijo.Mešanica vode in ledu se segreva od okolice. Pridno mešamo in vsakominuto odčitamo temperaturo mešanice. Zapisujemo jo v preglednico.Ko se voda ogreje do 4° C, prenehamo z merjenjem. Po opravljeni mer-itvi narišemo graf s prikazom odvisnosti temperature od časa.


Ves čas taljenja ledu kaže ter-mometer 0° C. To temperaturoimenujemo tališče. Če mešanicoledu in vode zelo počasi segreva-mo in dobro mešamo, začne tem-peratura naraščati šele takrat, kose ves led stali. Med taljenjem sezaradi dovedene toplote povečujenotranja energija ledu. Kolikotoplote smo dovedli 5 dag ledu stemperaturo 0° C, da se je stalil?

Da stalimo 1 kg ledu s temperatu-ro 0° C, potrebujemo 335 kJ toplo-te, za 5 dag pa približno 1,7 kJ.

Pri kateri temperaturi voda zmrzuje? Tudi ta proces poteka pri 0° C. Kadar 1 kg vode zmrzne, odda okolici 335 kJ toplote.

Taljenje in strjevanje sta nasprotna procesa, ki potekata pri isti temperaturi, značilni za vsako snov.

Tališče je odvisno od primesi in tlaka

V čašo damo nekaj koščkov ledu in ga potresemo s soljo. Mešamo, dokler se led ne stali. Če izmeri-mo temperaturo vode, ugotovimo, da je nižja od 0° C. Temperatura tališča slane vode je nižja.Dodatek umetnih gnojil ima nasproten učinek. Kje to izkušnjo s pridom uporabljajo? Tekmovalneproge na smučiščih utrdijo z umetnimi gnojili, da zvišajo tališče. Sneg se zato tudi pri temperaturi nad 0° C ne tali.

Pod žico se led zaradi povečanega tlaka tali, nad njo pa voda sproti zmrzuje.

1 2 3

čas [min]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

temperatura [° C]

0

0

0

0

0

0,5

1

2

3

4


Tudi podatke o temperaturi vrelišča in specifični izparilni toploti najdemo v fizikalnih priročnikih. Vreliščevode je 100° C, specifična izparilna toplota pa 2260 kJ

kg .

Opravimo meritev.

V čašo nalijemo vročo vodo in jo segrevamo. Vsako minuto izmerimo temperaturo. Vodo pustimo vreti vsaj triminute. Podatke vnesemo v preglednico in narišemo graf.

Med vrenjem se temperatura vodene spreminja. Voda prehaja izkapljevinskega stanja v plinasto.Spremembo agregatnega stanjaimenujemo izparevanje. Tempera-turo, pri kateri se odvija ta spre-memba, imenujemo vrelišče. Daizpari 1 kg do vrelišča segretevode, mora prejeti 2260 kJ toplote.Če pari še naprej dovajamo toplo-to, se ji povečuje temperatura. Sparo se zato lahko bolj opečemokakor z vrelo vodo. Pri ohlajanju sevodna para pri temperaturivrelišča zgosti v kapljevino.

Zmanjšanje tlaka zniža vrelišče vode

Pri poskusu z izparevanjem vode smo ugotovili, da lahko voda vre pri temperaturi, ki je manjša odvrelišča vode, navedenega v preglednici. Na Triglavu vre voda že pri 90° C. Vrelišče je odvisno odzračnega tlaka. Podatek v preglednici velja za normalni zračni tlak. Z zmanjšanjem tlaka se vrelišče zniža.

Vakuumsko posodo do polovice napolnimo s toplo vodo. Posodo zapremo in z zračno razredčevalkoali vakuumsko črpalko izsesavamo zrak. S črpanjem zraka se tlak v zraku nad vodo v posodi manjšain voda začne vreti. S termometrom izmerimo temperaturo vode in ugotovimo, da je veliko nižja odvrelišča vode pri normalnem zračnem tlaku.

Zvečanje tlaka zviša vrelišče vode

V loncu na pritisk (ekonom loncu) pripravimo hrano veliko hitrejekakor v navadnih posodah. Pokrov lonca preprečuje izhajanje pare.Tlak v loncu se zato poveča in vodo je mogoče segreti do višje tem-perature kakor v odprti posodi. Hrana se tako v loncu na pritiskkuha pri višji temperaturi, zato je čas kuhanja precej krajši. Vreliščeje odvisno tudi od primesi. Slana voda ima višje vrelišče.

Izhlapevanje

Kapljevine ne prehajajo iz kapljevinastega v plinasto agregatno stanje samo pri temperaturi vrelišča.To se lahko zgodi že pri temperaturi, ki je veliko nižja. Pojav imenujemo izhlapevanje. Tudi za izhlape-vanje je potrebna toplota. Voda lahko izhlapeva, dokler zrak ne postane nasičen. Topel zrak lahkosprejme več vlage kakor hladen. Perilo se najlepše suši v toplem in vetrovnem vremenu. Nasprotnopa lahko nagla ohladitev zraka povzroči meglo ali izločanje odvečne vlage v obliki padavin. Megla jepogostejša v industrijskih krajih, kjer je v zraku veliko prašnih delcev. Ti postanejo kondenzacijskajedra, okrog katerih se hlapi zgostijo v kaplje.

1 2 4

čas [min]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

temperatura [° C]

60

76

86

91

94

96

98

99

99

99

99


Preglednica specifičnih talilnih in izparilnih toplot s podatki za tališče in vrelišče

snov specifična talilna tališče specifična izparilna vreliščetoplota kJ

kg [° C] toplota kJkg [° C]

voda 335 0 2260 100železo 293 1530 3050 6300aluminij 400 659 9220 2300alkohol 105 –114 846 78živo srebro 12 –38,9 285 357

Voda ima veliko toplotno kapaciteto

To pomeni, da za taljenje ledu ali segrevanje vode potrebujemo veliko toplote. Zato je spomladi hlad-no tako dolgo, dokler se v hribih ne stalita led in sneg. Ob morjih in velikih jezerih voda preprečujehitre spremembe temperature, saj se počasi segreva in počasi ohlaja. Toplotno kapaciteto vode izko-riščajo sadjarji in vinogradniki pri obrambi pred spomladanskimi pozebami. Ponoči ali v zgodnjihjutranjih urah, ko pade temperatura pod 0° C, pršijo cvetove in mlade poganjke z vodo. Cvetove inliste obda tanka plast ledu. Pri nastajanju ledu se sprošča toplota, ki ščiti cvetove in poganjke predohlajanjem. Nasad škropijo, dokler obstaja nevarnost pozebe.

Ali je res?a) Kadar perilo zmrzne, se posuši tako, da led preide v plinasto stanje.b) Pri normalnem tlaku se led tali pri 0° C, voda pa zmrzuje pri nekoliko nižji temperaturi.c) Da stalimo 1 kg ledu in nato vodo izparimo, potrebujemo (335 + 2260) kJ toplote.č) V Sibiriji se spusti živo srebro v termometru tudi do –57° C.d) Temperatura vode se spreminja, če ji dovajamo ali odvajamo toploto, pa tudi če izhlapeva.

Nariši graf spreminjanja temperature vode od taljenja do izparevanja. Led se je talil 2 minuti, voda se je segrevala 15 minut, 3 minute pa je vrela.

Grafa kažeta spreminjanje agregatnega stanja alkohola in aluminija.Ugotovi, kateri graf pripada kateri snovi in za katero sprememboagregatnega stanja gre.

Zakaj se mrzla steklenica orosi, ko jo vzamemo iz hladilnika? Ali se v hladnem vremenu okenska stekla orosijo iz istega razloga?

Tuje zveneča imena in priimki so premetanke pojmov iz tegapoglavja. Kateri pojmi se skrivajo v njih?

NJEZŠČOGA REPAPAZINJEVERA ODEVGANTOGERA SANTJE SPEČIFINCA TLOPATOSOTALUNBA LAČNI

[ [ [ [

1 2 5

a)

b)


Notranja energija telesa se spremi-nja zaradi dela ali toplote.

Čaj in skodelica se v hladni vodi oh-lajata. Drejčkova zadnjica in drsnaploskev tobogana se segrejeta.

Opazovanim telesom se spreminjatemperatura.

Snežak se tali. Sneg se segreje do tališča. Zaradi prejete toplote se večanotranja energija snežaka, večanje notranje energije pa se kaže s spremi-njanjem agregatnega stanja snega.

K notranji energiji štejemo tudi kemično energijo. Ta se spreminja prikemičnih reakcijah. Pri gorenju se spreminja kemijska zgradba snovi.Ta se spreminja tudi takrat, ko koncentrirano žvepleno kislino po kapljicahzlivamo v vodo, ko se natrijeve soli v umetnem gnojilu raztapljajo in hla-dijo okolico, pri gnitju, pri presnavljanju hrane ter pri praznjenju baterijin akumulatorjev. Pri jedrskih reakcijah, kot so cepitve težkih jeder v je-drskih elektrarnah, ali pri zlivanju lahkih vodikovih jeder v helijeva v sre-dišču Sonca, se spreminja jedrska energija.

Na primer:• kemična energija akumulatorja se pretvori v električno energijo,• kemična energija smodnika se pretvori v kinetično energijo izstrelka,• notranja energija hrane se pretvori v toploto človeka ali živali ter energijo mišic,• jedrska energija urana se po zapleteni poti pretvori v električno energijo,• notranja energija premoga se pretvori v notranjo energijo pare, ta pa v kinetično energijo lokomotive,• jedrska energija Sonca se po zapleteni poti pretvori v energijo fosilnih goriv, v kinetično energijo

zraka, v potencialno energijo vode ...

Spremembe notranje energije prepoznamo po spremembi temperature, po spremembi agregatnega stanjaali po spremembi kemijske zgradbe snovi.

1 2 6


Temperatura, notranja energija

Documents

Transcript of Temperatura, notranja energija