Temperatura

Istnieje wielkość skalarna zwana temperaturą, która jest właściwością wszystkich układów termodynamicznych (w stanie równowagi). Równość temperatury jest warunkiem koniecznym i wystarczającym równowagi termicznej.

Jeśli ciała A i B są w stanie równowagi termicznej z trzecim ciałem T, to są także w stanie równowagi ze sobą nawzajem. Zerowa zasada termodynamiki

Temperatura empiryczna układu jest taką wielkością, która osiąga tę samą wartość dla wszystkich podukładów będących ze sobą w kontakcie termicznym.

Termometr

Termometr gazowy stałej objętości

ww P

PTT =

temperatura wzorca (np. punkt potrójny wody)

ciśnienie

ciśnienie – pomiar wzorca

ghpp ρ+= 0

Skale temperatury

„0K” oznacza zero absolutne, najniższą teoretycznie możliwą temperaturę, jaką może mieć kryształ doskonały, w którym ustały wszelkie drgania cząsteczek.

1 Kelwin – 1/273,16 różnicy między zerem bezwzględnym a punktem potrójnym wody

Temperatura i ciepło

Przemiana – przejście z jednego stanu równowagi do drugiego pod wpływem czynnika zewnętrznego.

E=EK+EP+UEnergia wewnętrzna

Q [J] - Ciepło jest energią przekazywaną między układem a jego otoczeniem na skutek istniejącej między nimi różnicy temperatur.

Znak: „+” z otoczenia do układu„-” z układu do otoczenia

1 cal (kaloria) = 4,1860 J, ciepło potrzebne do podniesienia temperatury 1 grama wody z 14,5 do 15,5 °C

Pojemność cieplna

Q=C·∆T=C(TK-TP) Pojemność cieplna [J·K-1]

Q=c·m·∆T=c·m(TK-TP) Ciepło właściwe

Q=cmol·n·∆T Ciepło molowe

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

Ciepło przemian

Q=cprzem·m

Stopienie wymaga dostarczenia energii (zerwanie wiązań).Krystalizacja wymaga odebrania energii.

Parowanie wymaga dostarczenia energii, a skraplanie jej odebrania.

Ciepło przemian

Radiator z tzw. kanałem cieplnym (heat pipe)

Przechłodzenie i przegrzanie

Przemiany pierwszego i drugiego rodzaju

Przemiany 1 rodzaju:-ciepło przemiany-nukleacja nowej fazy-możliwość przechłodzenia i przegrzania

Przemiany 2 rodzaju:-brak ciepła przemiany-zachodzą w całej objętości-brak stanów metastabilnych

Kalorymetr

Kalorymetr służy pomiaru ciepła wydzielanego lub pobieranego podczas procesów chemicznych i fizycznych

Krystalizacja (ciepło oddawane)

Kalorymetr różnicowy

Topnienie (ciepło pobierane)

Ciepło i praca

∫ ∫== k

p

V

VpdVdWW

( ) pdVSdlpldFdW =⋅=⋅=rr

I zasada termodynamiki

WQEEE WPWKw −=−=∆

ciepło dostarczone do układu

praca wykonana przez układ

dWdQdU −=

Energia wewnętrzna układu U wzrasta, jeśli układ pobiera energię w postaci ciepła Q i maleje, kiedy układ wykonuje pracę W.

Mechanizmy przekazywania ciepła

Prawo Fouriera

Przypadek jednowymiarowy - opis uproszczony

LTT

SkTQP ZG −

⋅==grubość warstwy

współczynnik przewodności cieplnej

Opór cieplny

SkLR⋅

=

Promieniowanie cieplne

Prawo Stefana - Boltzmana

E~T4

Konwekcja

Zależna od sił wyporu i lepkości ośrodka.

Konwekcja wymuszona

Przykłady – izolacja termiczna

AerożelTermos