energia kursus

Millal võib keha käsitleda punktmassina?

Kui keha liikumisel teepikkus on väga palju suurem keha mõõtmetest.

Milliseid kahte omadust on vaja kehade liikumise kirjeldamiseks?

Keha mõõtmeid ja keha massi.

Atomistlik printsiip

Keha ei saa jaotada lõpmatult väiksemateks osadeks selliselt, et selle algsed omadused jääksid samaks.

Aine ehitus

Aine koosneb lõplikust arvust väiksematest osadest, mida nimetame aine ehituseks.

Miks on aine pidevuse ettekujutus vastuolus mõnede nähtustega?

Näiteks keha soojendamisel (jahutamisel) selle ruumala suureneb (väheneb), mida on raske seletada, kui aine täidaks kogu keha ruumi pidevalt.

Kuidas seletatakse ruumala muutust molekulaarse mudeli abil?

Ruumala muutumist võib seletada osakeste vahekauguse muutusega.

Kuidas nimetatakse aine väikseid osakesi?

Molekulideks

Molekulide soojusliikumine

Molekulide korrapäratu, kaootiline liikumine, millel puudub eelistatud suund.

Millistes olekutes esineb molekulide soojusliikumine?

See ei ole omane mitte ainult gaasidele vaid ka vedelikele ja tahkistele.

Mis on molekul molekulaarkineetilise teooria järgi?

Molekulid on aine väiksemad osakesed, mis säilitavad selle aine keemilised omadused.

Miks ei saa CO₂ molekuli jagada “poolikuks?”

Molekule saab küll jagada väiksemateks osadeks (aatomiteks), kuid need osad ei ole enam esialgse aine osakesed.

Mida näitab õlitilga katse?

Et molekulide tegelikud mõõtmed on väga väiksed ja nende hulk isegi väikses tilgas on hiigelsuur.

Browni liikumine

Vees olevate osakeste pidev ja korrapäratu liikumine, mille põhjuseks on vedeliku molekulide lakkamatu liikumine.

Difusioon

Aine difusioon kujutab endast kokkupuutesse viidud erinevate ainete tungimist teineteisesse.

Molekulaarkineetilise teooria põhiseisukohad

1. Kõik kehad koosnevad väga suurest arvust kaduvväikestest osakestest-molekulidest.
2. Molekulid on pidevas korrapäratus (kaootilises) liikumises.
3. Kõikide kehade molekulid on seotud vastastikmõjuga.

Miks võib molekule käsitleda ainepunktidena?

Kuna nad on kaduvväikesed ja säilitavad antud keha keemilisi omadusi.

Millest tekib gaasirõhk anuma seinale?

Gaasi molekulide põrgetest seina vastu ja nende liikumishulga muutumisest.

Ideaalne gaas

Ideaalne gaas kujutab endast üksteisega mitteseotud kaootiliselt liikuvate ainepunktide süsteemi.

Kuidas liiguvad ideaalse gaasi molekulid?

Põrgete vahel liiguvad nad ühtlaselt ja sirgjooneliselt.

Gaaside kineetilise teooria põhivõrrand

Valem, mis seob rõhu molekulide keskmise kineetilise energiaga.

Rõhk

Rõhk kujutab endast jõu ja pindala suhet.

Soojuslik tasakaal

Seisund, kus mõlema keha molekulide keskmine kineetiline energia on ühesugune.

Absoluutne temperatuur

Väljendab molekulide kaootilise liikumise ehk soojusliikumise intensiivsust.

Mille poolest erinevad keskmine kiirus ja ruutkeskmine kiirus? Miks on viimane parem?

Keskmine kiirus arvestab suunda ja võib olla null. Ruutkeskmine kiirus ei arvesta suunda ning näitab molekulide tegelikku liikumiskiirust. Ruutkeskmine kiirus on parem, sest rõhk ja kineetiline energia sõltuvad sellest.

Mis on molekulaarfüüsika uurimisobjekt?

Kehade omadused, mis tulenevad nende molekulaarsest ehitusest ja molekulide liikumisest.

Mis on molekulide vahelised jõud?

Molekulide vahel mõjuvad nii tõmbe- kui tõukejõud.

Miks säilitavad tahkised ja vedelikud oma ruumala?

Molekulidevahelised tõmbejõud on piisavalt suured.

Miks täidab gaas kogu anuma ruumala?

Molekulidevahelised tõmbejõud on gaasis väga nõrgad ning molekulid liiguvad vabalt.

Miks on gaasi molekulide keskmine kiirus 0?

Molekulid liiguvad kõikides suunades võrdselt.

Mis on molekulide konsentratsioon?

Molekulide arv ruumalaühikus. n = N/V

Millest sõltub ideaalse gaasi rõhk?

Molekulide konsentratsioonist ja keskmisest kineetilisest energiast.

Mis on manomeeter ja baromeeter?

Manomeeter on seade rõhu mõõtmiseks ja baromeeter on atmosfäärirõhu mõõtmise seade.

Ideaalse gaasi olekut kirjeldavad suurused:

Olekuparameetrid: rõhk p, temperatuur T ja ruumala V.

Need ei ole üksteisest sõltumatud

Kui me muudame ühte (näiteks ruumala), siis muutuvad ka teised (võivad muutuda nii temperatuur kui ka rõhk või ainult üks neist).

Olekuvõrrand

Võrrandit, mis antud gaasikoguse jaoks seob nimetatud kolme parameetrit, nimetatakse olekuvõrrandiks.

Ideaalse gaasi olekuvõrrand

See seos kujutabki endast ideaalse gaasi olekuvõrrandit, kuna see seob omavahel kõiki kolme ideaalse gaasi oleku parameetrit. Võrrand näitab, et antud koguse ideaalse gaasi (N=const) jaoks olekuparameetrite suhe: 𝑝𝑉 = 𝑁𝑘𝑇

Avogadro seadus

Ühesuguste rõhkude ja temperatuuride juures sama suure ruumalaga anumates sisaldub võrdne arv suvalise gaasi molekule.

p=𝑁1/𝑉 x 𝑘𝑇 + 𝑁2/𝑉 x 𝑘𝑇 + 𝑁3/𝑉 x 𝑘𝑇 + …

avaldis näitab, et iga gaasi molekulid avaldavad anuma seintele rõhku sõltumatult teistest gaasidest. See on tingitud sellest, et ideaalse gaasi molekulide vastastikmõju puudub ning iga gaasi molekulid justkui eksisteerivad omaette, sõltumatult teistest gaasidest.

Komponendi osarõhk

See on rõhk, mida gaas avaldaks anuma seintele, kui ta üksinda hõlmaks kogu segu poolt haaratud ruumala.

Daltoni seadus

Seisnebki väites, et gaasisegu rõhk anuma seintele on võrdne segu komponentide osarõhkude summaga.

Avogadro arv

Iga aine ühes moolis sisaldub üks ja seesama arv molekule.

Universaalne gaasikonstant R

Kuna NA ja k mõlemad on universaalsed konstandid, siis on ka nende korrutis NAk universaalne.

(𝑅 = 𝑁𝐴𝑘 = 6,02 ∙ 1023 ∙ 1,38 ∙ 10−23 = 8,31 (𝐽 ∙ 𝑚𝑜𝑙−1 ∙ 𝐾−1))

Clapeyroni võrrand

𝑝𝑉 =m/𝜇𝑅𝑇

(ν (kreeka nu) - tavaliselt 1)

Füüsikaline suurus ainehulk

Füüsikaline suurus, mis iseloomustab aineosakeste (aatomite või molekulide) hulka. Kahes kehas on ainehulgad võrdsed, kui neis on võrdne arv osakesi; ν (kreeka nu)

Isoprotsess

Ühest olekust teise ülemineku protsessid, kus üks parameetristest on jääv. (Näiteks kuumutamine jääval ruumalal, säilitamine kindlal temperatuuril või hoiame autokummis õhku kindlal rõhul).

Isoprotsesse kolm

1. Isotermiline- protsess, kus temperatuur ei muutu (T=const).

2. Isobaariline- protsess, kus rõhk ei muutu (p=const).

3. Isohooriline- protsess, kus ruumala ei muutu (V=const).

Boyle-Mariotte’i seadus

Jääval temperatuuril on antud gaasikoguse rõhu ja ruumala korrutis jääv suurus (𝑝𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡)

Isotermid

Isotermilisi protsesse kujutavaid kõveraid antud graafikul

Et gaasi (või keha) temperatuur saaks olla konstantne

Peab ta olema soojuslikus kontaktis mingi suure süsteemiga, mille temperatuur on jääv ning millele antud kehas toimuvad soojusprotsessid mõju ei avalda.

Rõhk ei muutu võib täita

kui paigutada gaas silindrisse, mis on suletud vabalt liikuva kolviga. Sellises silindris kutsub gaasi temperatuuri muutmine esile kolvi liikumise ehk ruumala muutumise. Rõhk jääb samaks

Gay-Lussaci seadus

Jääval rõhul on antud gaasikoguse ruumala ja temperatuuri suhe jääv.

Isobaarid

Isobaarilise protsessi graafikud
(Mida suurem on algne rõhk, seda väiksem on isobaari joone tõus)

Charles’i seadus

Jääval ruumalal on antud gaasikoguse ja temperatuuri suhe jääv.

Isohoorid

isohooriliste protsesside graafikud
(Mida suurem on algne ruumala, seda väiksem on isohoori joone tõus).

B. Rumford katse - soojus on liikumine

Märkas kahuritorusid puurides, et metalli temperatuur puurimisel kõvasti tõuseb, kui tükist võtta väike laast ära, siis peab soojusollust jääma rohkem tervik tükki. Nüri puur, siis on laaste vähem ja metallitüki temperatuur peaks tõusma vähem, aga katse näitas vastupidist.

Soojus

Soojus on aine omadus ja mingi väljastpoolt lisatud ollus.

J. Joule - soojus on seotud

Soojus on seotud molekulide liikumisega. Soojuslik olek on põhjustatud molekulide liikumise intensiivsusest.

Molekulaarkineetilise teooria seisukohalt

kujutab gaas endast korrapäratult liikuvate molekulide süsteemi.

Gaasi koguenergia e gaasi siseenergia U

on võrdne kõikide molekulide energiate summaga. See ongi energiahulk, mida gaas endas sisaldab.

Keha energia suureneb

välisjõudude poolt tehtud töö arvel ning vastupidi: kui keha teeb tööd, siis selle energia väheneb.

Katsed näitavad, et ka keha temperatuuri ja seega siseenergiat võib muuta

mehaanilise töö arvel. Näiteks keha hõõrumisel see soojeneb ja gaasi kokkusurumisel selle temperatuur tõuseb.

Gaasid võivad samuti teha tööd, kuna nende paisumisel

nende ruumala muutub ning anuma sein nihkub uude asendisse.

Gaasi poolt tehtud töö on

võrdne tema rõhu ja ruumala muudu korrutisega.

Kui gaas paisumisel tegi tööd, siis kaotas ta energiat ning järelikult tema temperatuur langes

See tähendab, et kolvi liikuma panemisel molekuli kiirus väheneb, seega peab vähenema ka molekuli kineetiline energia. Kuna ruumalaühikus on molekule väga palju, siis isegi molekulide kineetiline energia väga vähene vähenemine avaldub kogu gaasi suhtes märgatavas kineetilise energia vähenemises ning seega ka gaasi temperatuuri langemises.

Kui gaasi kokkusurumisel tegid töö välisjõud, siis gaasi energia suurenes ning tema temperatuur tõusis

põrkuva molekuli kiiruse absoluutväärtus suureneb ning seega suureneb ka kogu gaasi molekulide kineetiline energia. Kuna see on seotud temperatuuriga, siis kineetilise energia suurenemine toob kaasa temperatuuri kasvu.

Mis on mool?

Ainehulk, mis sisaldab Avogadro arv osakesi.

Millest sõltub ideaalse gaasi siseenergia?

Ainult temperatuurist, ei sõltu rõhust ega ruumalast.

Millised on kaks peamist viisi gaasi siseenergia muutmiseks?

Mehaaniline töö ja soojusenergia vahetuse abil (viies gaasi soojusvahetusse teise kehaga)

Soojusjuhtivus

Soojuse ülekanne vahetu kontaki korral.

Kuidas toimub soojusülekanne juhul, kui kehad on eraldatud tühjusega?

Kiirguse abil

Milline on energiaülekande mehhanism molekulaarsel tasandil kehade kontakti korral?

Kokkupuutuvate kehade molekulid vahetavad vastastikustel kokkupõrgetel energiat, kusjuures kuumema keha molekulid kaotavad energiat ning jahedama keha molekulid saavad seda juurde.

Kuidas muutub molekulide keskmine kineetiline energia soojusvahetuse käigus?

See kandub kuumema keha molekulidelt vahetult üle jahedama keha molekulidele.

Soojushulk

Energia, mida keha saab või annab ära soojusvahetuse teel.

Mida nimetatakse keha soojusmahtuvuseks? (C)

Soojushulka, mida on vaja kehale anda, et tõsta tema temperatuuri ühe kraadi võrra.

Kuidas nimetatakse aine massiühiku (1kg) soojusmahtuvust?

Erisoojus

Defineeri aine erisoojus (C)

Soojushulk, mis on vajalik 1kg aine temperatuuri tõstmiseks 1K võrra.

Mis on soojushulga põhiühik SI - süsteemis?

Džaul (1J)

Kuidas on defineeritud 1cal soojushulk?

Mõõtühiku 1 cal defineerimisel on lähtutud vee erisoojusest. 1 cal on soosjushulk, mis kulub 1g vee temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. ühik: 1cal/(g · K)

Mida nimetatakse aine sulamissoojuseks?

Soojushulka, mida on vaja 1kg tahke aine muutmiseks vedelikuks sulamistemperatuuril.

Mida nimetatakse aine aurustusmissoojuseks?

Soojushulka, mida on vaja 1kg vedeliku aurustamiseks jääval temperatuuril.

Miks kasutatakse sulamise ja aurustumise kirjeldamisel soojushulga mõistet?

Sest neis protsessides toimub energiaülekanne vahetu kontakti teel.

Sõnasta termodünaamika I printsiibi olemus

See on energia jäävuse seadus gaaside korral. Gaasi siseenergia muut ∆μ on võrdne gaasile antud soojushulga ∆Q ja välisjõudude poolt gaasi kokkusurumisel tehtud töö ∆A summaga.
∆μ = ∆Q + ∆A

Milleks kulub gaasile antud soojushulk ∆Q paisumisprotsessis?

Siseenergia kasvuks ja gaasi paisumisel tehtavaks tööks

Kuidas muutub gaasi siseenergia isotermiises protsessis (T = const)?

Siseenergia ei muutu, sest siseenergia on võrdeline molekulide keskmise kineetilise energiaga (mis on võrdeline temperatuuriga). ∆μ = 0; ∆Q = ∆μ

Isohoorilises protsessis (V = const)…

gaasi ruumala ei muutu ja seetõttu võrdub gaasitöö nulliga (∆A = 0). Seega kulub gaasile antud soojushulk siseenergia muuduks (või vastupidi).

Kuidas kasutatakse gaasile antud soojushulka isobaarilises protsessis (p = const)?

See kulub nii siseenergia muuduks kui ka töö sooritamiseks jääval rõhul.

Mida tähendab adiabaatiline protsess?

Protsess, mis toimub soojuslikult isoleeritud süsteemis (∆Q = 0).

Mille arvelt teeb gaas tööd adiabaatilisel paisumisel?

Siseenergia kahanemise arvelt.

Mida nimetatakse soojusprotsessideks?

Soojusenergia muundumisi kas keha siseenergiaks või teeb keha selle energia arvelt tööd. Võib juhtuda ka nii, et esmalt läheb soojushulk keha siseenergiaks ja alles hiljem tehakse selle arvelt tööd.

Mis on termodünaamiks I printsiibi peamine puudus protsesside suuna määramisel?

See ei püstita mingeid piiranguid soojusprotsesside tegeliku kulgemise suuna suhtes.

Defineeri pöörduv protsess

Oleku muutus, mille korral süsteem naaseb algolekusse, läbides samad olekud vastupidises järjekorras ja seejuures välistes kehades mingeid muutusi ei toimu. Nt: Maa tiirlemine ümber Päikese või pöörlemine ümber oma telje, pendli võnkumine.

Millise tingimuse korral on mehaanilised liikumised tavaliselt pöörduvad?

Kui hõõrdejõu mõju on välistatud.

Too näide pöördumatust soojusprotsessist.

Gaaside segunemine või temperatuuride ühtlustamine

Miks on soojusprotsessid olemuselt pöördumatud?

Sest soojushulga saamisega kaasnevad keha olekus pöördumatud muutused, mis ei võimalda iseeneselikku energia tagasivoolu kuumemasse kehasse.

Entroopia (S)

iseloomustab energia kvaliteedi muutumist kehale antud soojushulga ∆Q ja keha absoluutse temperatuuri T suhe ∆S = ∆Q/T

Kuidas on entroopia (S) seotud keha olekuga?

Entroopia on üheselt määratud keha olekuga (olekuparameeter).

Kui suur on entroopia muutus täielikult pöörduva protsessi korral?

Null

Milline on entroopia muutus soojusprotsessides nende pöördumatuse tõttu?

Entroopia muut ei võrdu nulliga (see on positiivne).

Energia jäävuse seadus

Energia ei teki ei millestki ega ka hävi, ta võib ainult muunduda ühest liigist teise.

Clausius’e sõnastus TD IIP

Soojust ei saa üle kanda külmemalt kehale soojemale, ilma et sellega kaasneks teisi muutusi nendes kehades või ümbritsevades kehades.