Termisk energi og faseovergangsvarme Termisk energi/indre energi (ringeste form for energi): Vedrr atomers, molekylers kinetiske energi og indbyrdes potentielle energi. Alts p atomart niveau. Den kinetiske energi af molekylet hnger sammen med stofmngdens temperatur.Hvis molekylets gennemsnits hastighed ges, stiger temperaturen og hvis den falder, falder temperaturen. Den samlede potentielle energi ndres kun vsentligt, nr stoffet overgr fra en tilstandsform til en anden). Indre energi afhnger af temperature og faseovergang. - Fast: Molekylerne/ atomerne vibrerer omrking faste positioner - Flydende: Molekylerne/atomerne befinder sig tt p hinanden, men nu er de i stand til at skifte position. - Gas: Molekylerne/atomerne bevger sig frit rundt. Varmeteoriens frste hovedstning: ndring i termisk energi: A+Q Vi kan ndre p et systems energi ved at tilfre varme eller arbejde. Varme, Q, kan tilfres p to mder -varmeledning: hvor varmen transporteres ved at molekylebevgelsen ved sammenstd forplanter sig gennem stoffet. Det foregr gennem stof. Eksempel: kedel p en kogeplade. -varmestrling (luft absorbere ikke strling): hndflader mod ben ild. Det krver ikke et stof for at kunne foreg. Infrard strling 800 nm. Alle genstande, der er over 0K udsender varmestrling. Sker ved elektromagnetisk strling fra systemet, der afgiver energi. Strling kan s absorberes af af andre systemer s dette systems termiske energi stiger. Arbejde tilfres i forbindelse med bevgelse. Varmekapacitet: Strrelsen 4,18kJ/C kaldes varmekapaciteten for 1 kg vand. Sammenhngen mellem den tilfrte varme Q, varmekapaciteten C og temperaturtilvksten At.Cer en konstant, da Q er proportinal med At dvs. Qtilfrt=konstant - At.Nr stoffet er i en bestemt tilstandform, stiger temperaturen jvnt med den tilfrte varme. Varmekapacitet: kapacitet(evnen til at rumme).Har forskellige evner til at optage og afgive varme. Tilfrte varmemngde pr grads opvarmning. Q=C t A - C kaldes for stofmngdens varmekapacitet. Enhed= CJ. S varmekpacitet er givet ved: C=tQA C er alts varme pr. temperaturstigning. Varmekapaciteten fortller hvor mange Joule, der skal tilfres for at f en grads opvarmning. Varmekapaciteten af et stofmngde afhnger af hvor stor en stofmngde, vi tilfrer varme. Derfor indfrer vi nu begrebet specifik varmekapacitet c=) (masse mC Kaldes ogs varmefylde eller c-vrdi, en stofkonstant. Den angiver hvor meget energi, der skal bruges til at opvarme et kg med en C. Enhed J/C kg - C= m c - Q= t m c A - - Temperaturen stiger ikke ved faseovergangen, men energien bruges til at delgge bindingerne.(brugt til at g fra isfasen til vandfasen) Den konstante temperatur kaldes smeltepunktet, nr der er tale om overgangen fra fast til flydende form. Men kaldes kogepunktet, nr det er overgangen fra flydende til dampform. Ved smeltning af en stofmngde ved smeltepunktet skal der tilfres varmemngden Q, hvor: Q=m L -s Varmemngde der skal tilfres pr. masse for at smelte et stof ved smeltepunktet kaldes den specifikke smeltevarme. Ved fordampning af en stofmngde ved kogepunktet skal der tilfres varmemngden Q hvor: Q=m L -f SI-enheden er J/kg. Smeltevarmen: Mngde energi, der skal til for at f den til at g fra fast fase til flydende. Vands er 334kJ/kg. Vands specifikke fordampningsvarme er 2257kJ/kg. Skal faktisk bruges meget energi til at opvarme og nedkle vand. Varme gr altid fra hj til lav temperatur. (vanddamp bliver ved med at afgive varme, til det har samme varme som huden. Kan ud fra bilaget fortlle om konstanterne for is og vand. Hvor der skal meget energi til. Krfter og krfters arbejde I fysik anvendes ordet kraft udelukkende som et begreb til at beskrive pvirkningen fra en genstand til en anden. Bruger symbolet F. Mles i N. For at beskrive en kraft skal man kende strrelsen og retningen. En kraft p 1N kan give et lod p et kg en acceleration p 1m/s2. Sammenhngen mellem krfter p en genstand og genstandens bevgelse er beskrevet af Newtons 3 love. 1) Hvis den resulterende kraft (samlede kraft) p en partikel er 0, vil partiklen enten ligge stille eller bevge sig med konstant hastighed p en ret linie. (puk p is-hockeybane) 2) Hvis en partikel er pvirket af en resulterende kraft, Fres, som er forskellig fra 0, vil partiklen ndre fart, bevgelsesretning, eller begge dele. (bel, der falder ned fra tret, acceleres) Fres =m- a 3) Loven om aktion og reaktion. To genstande pvirker hinanden med lige store, men modsatrettede krfter. (nikke en skalle, raket skyder noget mod jorden og bliver skudt op med lige stor kraft.) En kraft symboliseres med en kraftpil, hvor pilens orientering viser kraftens retning. Lngden skal vre proportinal med kraftens strrelse og pilen skal udg fra angrebspunktet. Ved kontaktkrfter er det kontaktfladen og ved fjernkrfter (tyngdekraften) er det massemidtpunktet. Tyngdekraften: En genstand med massen, m, er pvirket af en nedadrettet tyngdekraft Ft, hvis strrelse er givet ved formlen: Ft=g- m. g= 9,82N/kg og massen er kg, s [Ft]=N. Gnidningskraft: Fgnid=- Ft. Gnidningskoefficienten er en konstant. Den statiske er punktet inden den begynder at bevge sig og er strst. Sammenstning af krfter: 1) Parelle krfter. Ensrettede krfter. Resulterende krft har samme retning. Fres=F1+F2 2) Modsatrettede krfter. Fres har samme retning som den strste krft. Fres=F1-F2 3) Ikke parallele krfter. Laver krftens parllelogram. Fres er diagonalen i parallelogrammet. Hvis F1 og F2 er vinkelrette p hinanden, s er Fres= 2212F F + 4) Oplse en krft efter 2 retninger. Se tegning. Det er krfter, der kan udfre arbejde. En krafts arbejde definerets som: A=F s A - -cos() o Fr enheden J, da N- m, er det samme. - Hvis kraften er ensrettet med bevgelsesretningen: A=F s A - . Da cos(0) er1. - Hvis kraften er modsatrettet bevgelsesretningen: A = -F s A - . Da cos(180) er -1. - Hvis kraften er vinkelret p bevgelsesretningen: A=0. Da cos(90) er 0. Potentiel energi i tyngdefeltet: h g m - -. Her er h, genstandens hjde over nulhjden. Se tegningen. Kinetisk energi: Den kinetiske energi af en genstand er givet ved formlen: Ekn= m v - -212 Enhed= kg22sm-= J Bevarelse af den mekanske energi: Emek af en genstand i tyngdefeltet er summen af genstandens Ekin og Epot. Hvis genstanden ikke er pvirket af andre krfter end tyngdekraften, er det fysiske system isoleret.Den mekaniske energi kan ogs vre bevaret selvom genstanden er pvirket af andre krfter end tyngdekraften. Hvis det samlede arbejde udfrt af de ydre krfter er lig med 0. Hvis den mekaniske energi er bevaret: AEmek = 0 Ekin1+Epot1=Ekin2+Epot2 ndring af den mekaniske energi: Emek2=Emek1+Aydre E Amek=Aydre Aydre=Fydre -s. Den ydre krafts arbejde kan bde vre positiv og negativ. Lyd Blger er udbredelse af energi uden stoftransport. En harmonisk blge kan beskrives som en sinuskurve. Der er elektromagnetiske blger, som kan udrede sig i vakum. Mekaniske blger: krver et medium at udbrede sig i. (Hvis den var luftom vil, der ikke vre noget at udbrede sig i) Lyd er svingninger af luftens molekyler, der udbreder sig. , blgelngden og mles i m. [T]=s, perioden er den tid det tager, at lave en blgelngde. Frekvensen, f antal blger der passerer p et sekund. f=T1 Fr enheden s-1, samme som Hz. Amplitude maximale udsving, enheden variere, gr an p hvilken type blge man har med at gre. Blgeligningen: Blgeligningen: tidstrkning. v=T. Det samme som v= T1- . S det er det samme som c= f - Stende blger: Opstr fx nr to blger med samme frekvens og amplitude mder hinanden. Opstr i musikinstrumenter guitar, harpe, blseinstrumenter. Den resulterende resonansblge kaldes en stende blge. Se tegning. Resonansblger, viden. Lydintensitet: I=aP Lydintensitet= effekt pr. areal (for et areal, der str vinkeltret p lydens bevgelsesretning). Joule pr. sekund, der passerer en flade p 1 m2 vinkelret p lydens retning. Lydinstensitet er et objektivt ml, men passer ikke ret godt medden mde mennekser opfatter lyd p. Enheden bliver derfor: 2mW Lydstyrke: Symbol L. L=log(oII) I= det man aktuelt hrer Ioer en konstant= 10-12 2mW Det er den skaldte hrtrskel, som angiver den mindste lydintensitet, som mennsker kan opfatte. Et spring p en Bel svarer til en 10-dobling af lydintensiteten. 10dBel=1Bel Hregrnse og smertegrnse: Det laveste lydtryk som kan hres af mennesket kaldes for hregrnsen. Omkring 120 dB er smertegrnsen, hvor hregrnsen er p 0 dB. Hvis to lige strke lydkilder lgge sammen fordobles det kombinerede lydtryk ikke men ges med 3 decibel. Det menneskelige re kan opfatte lyde i frekvensintervallet fra ca. 20 Hz til 20 kHz. Med alderen aftager evnen til at hre de hjeste frekvenser. Lyd med frekvenser under 20 Hz kaldes infralyd. Lyd med frekvenser over 20kHz kaldes ultralyd. Det elektromagnetiske spektrum Blger er udbredelse af energi uden stoftransport. En harmonisk blge kan beskrives som en sinuskurve. Elektromagnetiske blger: krver ikke et medium at udbrede sig i. Kan udbrede sig vakum. , blgelngden og mles i m. [T]=s, perioden er den tid det tager, at lave en blgelngde. Frekvensen, f antal blger der passerer p et sekund. f=T1 Fr enheden s-1, samme som Hz. Amplitude maximale udsving, enheden variere, gr an p hvilken type blge man har med at gre. Blgeligningen: Blgeligningen: tidstrkning. v=T. Det samme som v= T1- . S det er det samme som c= f - Elektromagnetiske spektrum Efoton=h f -. Fra blgeligningen ved vi, at f er det samme som c. S hvis er kort er der emere energi. Derfor har kortblgede strler strre energi. Se tegning. Elektromagnetiske blger klan beskrives som et blgefnomen ved udbredelse, men som partikler ved reaktioner med stoffer. Varmestrling: Alle varme legemer udsender elektromagnetisk strling. Lyset fra en gldelampe er f.eks. varmestrling, der opstr nr gldetraden opvarmes. Varmestrlingen fra et legeme med temperaturen har maksimal intensitet ved blgelngden max, som er givet ved Wiens forskydningslov. max=TK m--310 90 , 2 Optisk gitter: Stykke glas med ridser (lige stor afstand mellem ridserne). d= gitterkonstanten (afstanden mellem to nabospalter). n= antal ordner. Gitterligningen: sin(theta)=dn -. Max vrdi for antal af orden= n