Termofysikk

TERMOFYSIKK
Trykk, temperatur og varme
Camilla Blikstad Halstvedt 26.11.2009

Trykk
Når en kraft F virker vinkelrett og jevnt fordelt på en flate med
areal A, er trykket p lik kraft dividert med areal,
Enheten for trykk er pascal, Pa.
En Pascal er altså 1 Newton/m 2
p= F/A

Gasstrykk
• Gasstrykk oppstår pga gassmolekylene kolliderer med veggen
i beholderen.
• Gasser kan presses sammen
(kompressible)
• Når gasser presses sammen,
øker temperatur og masse-
tettheten

Lufttrykket ved havoverflaten
kalles en atmosfære
1 atm = 101 325 Pa = 1013 hPa =
101,3 kPa
• Et kraftig lavtrykk = 960 hPa
Lufttrykk
• Et kraftig høytrykk = 1040 hPa
Lufttrykk måles med barometer
• bar 1 bar = 100kPa
• hPa hektoPascal
• millibar ekvivalent med hPa

Livet i høyden
Lufttrykket er lavt pga høyden
Vann koker ved 69 o C pga at vannet er utsatt for mindre trykk
(ca en tredjedel av trykket ved havoverflaten).
Matlaging tar derfor lenger tid, siden vannet ikke blir like varmt
før det koker.
Lungene må også jobbe mer for å få tatt opp tilstrekkelig oksygen
i kroppen.

Lufttrykket i vannraketten ga
drivkraften:

Termofysikkens nulte lov
Temperatur
• En gjenstand som ikke selv kan regulere sin temperatur vil
etter hvert få samme temperatur som omgivelsene
absolutt
nullpunkt
veldig kald
vinterdag
vanns
frysepunkt Romtemp. Kroppstemp. vanns kokepunkt
bøker
selvantenner
Celcius
[°C] -273 -40 0 25 37 100 233
Kelvin
[K] 0 233 273 298 310 373 506
Fahrenheit
[°F] -460 -40 32 77 99 212 451

Termometer
• Termometere kan være elektroniske og måler forskjellen i
spenningsfallet over en motstand pga temperaturforskjellen for så å
konvertere til Celcius.
• Eller de kan være laget for å avlese en væske som ikke blir påvirka
av lufttrykk men som utvider seg ved oppvarming.
• Vann fryser ved 0 grader, så vann er uegnet, selv om vann faktisk
utvider seg til en viss grad ved oppvarming.
• Kvikksølv har før blitt brukt men er nå ulovlig pga det er et
miljøfarlig tungmetall.

Absolutt temperatur - Kelvin
Temperaturskala som er uavhengig av egenskapene til bestemte stoffer
IDEALGASS
Gassmodell der Kelvin forestilte seg at gasspartiklene var så små og så langt
fra hverandre at man kunne se bort fra at partiklene påvirket hverandre
med krefter
DET ABSOLUTTE NULLPUNKT – 0 Kelvin (= -273 °C)
Den laveste tenkelige temp. i denne modellen
der all bevegelse opphørte
Sammenheng celsiustemp. t og absolutt temp. T
T = t + T 0,
der T 0 = 273 K

Temperatur i en gass
• Temperaturen i gassen er avhengig av den gjennomsnittlige
kinetiske energien til gassmolekylene
E k = 3 / 2 k T
der k = 1,38 ∙ 10 -23 J/K er Boltzmanns konstant
E k står for et gj.snitt og ikke for kinetisk energi hos ett molekyl,
derfor er det meningsløst å si at ett molekyl har temperatur,
det er hele gassen som har temperatur
• Temperaturen i væsker og faste stoffer er
mer komplisert
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/
6/6d/Translational_motion.gif

Indre energi i et stoff
den indre kinetiske energien +
den indre potensielle energien
Indre energi
• En økning i indre energi fører til at
temperaturen stiger
• Det er den indre kinetiske energien som er
knyttet til temperaturen, vi kaller den termisk
energi
HUSK! Varme er IKKE indre energi. I et system er
det indre energi, men det går varme til eller fra
et system. Et system kan motta/avgi varme,
men ikke inneholde varme

Varme
• I fysikken er varme en form for energioverføring, arbeid er en
annen form for energioverføring
• Varme er energi som blir overført fra et system med høy
temperatur til et system med lavere temperatur pga
temperaturforskjellen
• Symbol: Q, enhet er Joule, J
• Varme kan skje ved stråling,
ledning og strømning.

Termofysikkens første lov
• Ved alle prosesser i et system er forandringen av den indre
energien (ΔU) lik summen av arbeidet (W) som blir utført på
systemet, og varmen (Q) som blir tilført systemet
• ΔU = W + Q
• Størrelsene har fortegn. W er positiv når omgivelsene utfører
et arbeid på systemet. Q er positiv når systemet mottar
varme.

Fra en tilstandsform til en annen
• Ved faseovergangene brukes den tilførte energien til å bryte de kjemiske
bindingene, dette forklarer de rette strekene hvor temperaturen er
konstant :
• Isvann (fast stoff til væske) 334kJ/kg
• Vanndamp (væske til gass) 2272 kJ/kg

Termofysikkens andre lov
• Høyverdig energiform: en stor del av energien kan brukes til
nyttig arbeid. Det er høy grad av orden i systemet
• Lavverdig energiform: bare en liten del av energien kan brukes
til nyttig arbeid. Det er mer uorden i systemet.
Termofysikkens andre lov
• Når vi bruker energi, synker den totale energikvaliteten
(den mikroskopiske orden går over i uorden)
Graden av uorden i universet øker stadig

Varmepumper
• En varmepumpe overfører termisk energi fra et system med
lav temperatur til et system med høy temperatur ved hjelp av
et kjølemiddel.
Samme teknologi som kjøleskap og aircondition, men omvendt
prosess

• Vann i væskeform er innkompressibelt.
Vanntrykk
• Det vil si at i motsetning til luft (som er gasser), så vil ikke vann presses sammen
(nevneverdig) av trykk.
• Massetettheten til vann endres altså nesten ikke ved å utsettes for trykk.

Trykk i havet
• Trykk i havet (og i væsker generelt) øker jo dypere du
kommer ned fordi fordi vekten av væske over deg øker.
(samme prinsipp som med lufttrykket i atmosfæren)
• Vanntrykket øker med 1 atm for ca hver tiende meter.
• Triestes ferd

HYDROSTATISK TRYKK
Hva er trykket på 10 meters dybde i havet?
• p = ρgh ρ saltvann= 1025kg/m 3
p er trykket [Pa]
ρ er massetetthet [kg/m 3 ]
g er tyngdeakselerasjon [m/s 2 ]
h er dybde ned i væsken [m]
På ti meters dyp er trykket 2 atm
(1atm fra lufta og 1atm fra de 10 meter med vann over )

Dypvannsfisk
• En uer som fiskes opp av havet får utstikkende
øyne pga de ikke er tilpasset det lave trykket
ved overflaten.

Vann har forskjellig tetthet
Vanns temperatur
avhengig av temperatur:
• 4 °C
• 20 °C
• 40 °C
• 60 °C
• 80 °C
• 99 °C
massetetthet
1.000kg/dm 3
ca 0.998kg/dm 3
ca 0.992kg/dm 3
ca 0.983kg/dm 3
ca 0.971kg/dm 3
ca 0.950kg/dm 3