Termisk energi
Tilstandsformer
Termisk energi er energi, der frigøres eller oplageres i et stof, uden at stoffets kemiske sammensætning ændres.
Den termiske energi afhænger af den
kinetiske energi ,
som er forbundet med atomers eller molekylers uordnede bevægelse i stoffet. Når
atomernes eller molekylernes fart vokser, vokser temperaturen
og dermed den termiske energi.
Den termiske energi afhænger også af hvor stærkt de enkelte atomer eller
molekyler er bundet til hinanden.
[ Top ]
Al stof kan befinde sig i en af tre forskellige tilstandsformer eller faser: fast form, flydende form (væske) eller gasform (luftart).
[ Top ]
Faste stoffer har et bestemt rumfang og en bestemt form.
I et fast stof er atomerne eller molekylerne i faste positioner i forhold til hinanden. De vibrerer men holder den relative afstand til hinanden. Når det faste stof opvarmes vil atomerne eller molekylerne vibrere hurtigere.
[ Top ]
Væsker har et bestemt rumfang men tager form efter beholderen.
I en væske bevæger atomerne eller molekylerne sig i forhold til hinanden men er stadig tæt forbundne.
[ Top ]
Begrebet "gas" bruges i fysik som en fællesbetegnelse for alle luftarter.
Gasser har ikke fast rumfang eller form. En gas vil fylde hele det tilgængelige rumfang.
Atomerne eller molekylerne i en gas bevæger sig uafhængigt af hinanden.
Enhver gas - også en blanding af forskellige luftarter - opfylder tilstandsligningen for gasser også kaldet idealgasligningen:
p . V = n . R . T R = 0,0821 atm . L/(mol . K) = 8,31 J/(mol . K)
p er luftartens tryk i atm.
V er luftartens rumfang i L
n er gasmængden i mol
T er luftartens temperatur i Kelvin
R er gaskonstanten
For fastholdt gasmængde, n og temperatur, T fås p . V =
konstant.
Denne kaldes Boyle-Mariottes lov. Den kan udforskes
herunder ved at klikke på knappen Vis p - V.
| For fastholdt gasmængde, n og rumfang, V fås | p
T |
= konstant . |
| For fastholdt gasmængde, n og tryk, p fås | V
T |
= konstant . |
[ Top ]
Af idealgasligningen fås, at 1 mol af alle gasarter fylder det samme ved samme tryk og temperatur.
Ved 0°C (T = 273 K) og et tryk på 1 atm. fylder 1 mol 22,4 L.
Indsættes n = 1 mol, p = 1 atm. og T = 293 K (20°C) fås V = 24,1 L. Dette kaldes molarrumfanget.
Ved 20°C og 1 atm. fylder 1 mol gas 24,1 L
[ Top ]
Ved opvarmning af et stof er tilvæksten i termisk energi proportional med temperaturtilvæksten:
DE = C . DT DE = Eslut - Estart i J
DT = Tslut - Tstart i grad, °C eller K
C er legemets varmekapacitet i J/grad, J/°C eller J/K
Et legemes varmekapacitet er den energi, der skal tilføres, for at opvarme legemet 1°C eller K.
Et legemes varmekapacitet er proportional med legemets masse:
C = m . c C er legemets varmekapacitet i J/grad, J/°C eller J/K
m er legemets masse i kg
c er legemets specifikke varmekapacitet i J/(grad . kg) , J/(°C . kg) eller J/(K . kg)
Et stofs specifikke varmekapacitet er den energimængde, der skal tilføres for at opvarme 1 kg af stoffet 1 grad.
Samlet fås
DE = m . c . DT DE = Eslut - Estart i J
m er legemets masse i kg
c er legemets specifikke varmekapacitet i J/(grad . kg) , J/(°C . kg) eller J/(K . kg)
DT = Tslut - Tstart i grad, °C eller K
[ Top ]
Et stofs smeltepunkt eller frysepunkt er den temperatur, hvor stoffet findes i en blanding af fast- og flydende form.
Et stofs smeltevarme, Ls er den energimængde, der skal tilføres pr kg for at smelte stoffet ved dets smeltepunkt.
Ved smeltning af et stof skal der tilføres energien:
DE = m . Ls DE = Eslut - Estart i J
m er legemets masse i kg
Ls er legemets smeltevarme i J/kg
[ Top ]
Et stofs kogepunkt eller fortætningspunkt er den temperatur, hvor stoffet findes i en blanding af flydende- og gasform.
Et stofs fordampningsvarme, Lf er den energimængde, der skal tilføres pr kg for at fordampe stoffet ved dets kogepunkt.
Ved fordampning af et stof skal der tilføres energien:
DE = m . Lf DE = Eslut - Estart i J
m er legemets masse i kg
Lf er legemets fordampningsvarme i J/kg
[ Top ]
I den faste fase er molekylerne bundet til bestemte naboer, mens de i den
flydende fase kan bevæge sig rundt. Ved faseovergangen mellem fast og flydende
tilføres der netop så meget energi at bindingen mellem molekylerne kan brydes.
Når der er tilført tilstrækkeligt energi til at alle bindinger er brudt, kan den
tilførte energi bruges til at øge det enkelte molekyles energi, svarende til at
temperaturen igen stiger.
Tilsvarende gælder for faseovergangen mellem væske og gas. Her bruges den
tilførte energi til at give molekylerne tilstrækkelig fart til at undslippe
væsken. Når alle molekylerne har undsluppet væsken er stoffet på dampform.
Herefter vil yderligere tilført energi gå til at opvarme gassen.
Der kan også ske en direkte faseovergang fra fast form til gasform. Dette kaldes sublimation.
[ Toppen af siden ] [ Ordliste ] [ Tilbage til hovedsiden ]