Elemente de fizică moleculară şi căldură

Energia internă Căldura Temperatura Calorimetrie Valerica Baban

Energia

Forme de energie

mecanică

cinetică potenţială gravitaţională potenţială elastică

termică

electrică şi magnetică

chimică

Nucleară

𝑬 = 𝒎𝒄

𝟐 Valerica Baban

Adevărat sau Fals?

1. Căldura este o formă de energie şi se măsoară în J 2. Puterea exprimă energia care este livrată de un sistem în unitatea de timp.

3. Intr-un articol dintr-un ziar jurnalistul face afirmaţia că „temperatura unui corp măsoară cantitatea de căldură conţinută de acesta” ?

Surse de energie Energie termică Energie electrică Lucru mecanic Propulsia maşinilor

Valerica Baban

Stări de agregare

Solid Lichid

Legături puternice

Gaz

Legături slabe

Plasmă Starea solidă – legături puternice între molecule, volum bine definit, formă proprie Valerica Baban

Fără legături Ionizare

Starea lichidă –curgere , volum bine definit, nu există formă proprie, legături slabe între molecule Starea gazoasă – interacţii slabe între molecule, curgere, nu există volum bine definit, nu există formă proprie , puternic compresibilă

Energia termică – Energia internă

 Energia termică (energia internă) interiorul substanţelor. este o formă de energie a cărei cauză se află în mişcarea moleculor din

Energia internă – U

Valerica Baban energiile cinetice ale moleculelor energiile potenţiale de interacţie dintre molecule energiile potenţiale de interacţie cu câmpuri de forţe externe

Grade de libertate de mişcare ale moleculelor 𝑼 = 𝒊 𝟐 𝝂𝑹𝑻

Energia internă a unui gaz ideal

i = nr de grade de libertate ν = nr de moli , R = 8,31 J/molK constanta universală a gazelor T = temperatura Molecula monoatomică 3 grade de libertate de translaţie Molecula biatomică 3 grade de libertate de translaţie + 2 de rotaţie Molecula poliatomică 3 grade de libertate de translaţie + 3 de rotaţie Valerica Baban

Principiul I al termodinamicii

ΔU = Q – ΣL

Variaţia energie interne a unui sistem este egală cu diferenţa dintre căldura primită de sistem ( considerată pozitivă) şi suma tuturor fluxurilor de energie care părăsesc sistemul ( considerate cu semn minus).

Energie electrică sistem altele Energie radiantă

Valerica Baban

Căldură Energie mecanică

Căldura este o mărime fizică care măsoară transferul de energie dintre două corpuri cu temperaturi diferite aflate în contact . Q (J)

Q

Termometru

Corpul 1

Valerica Baban

Căldura trece de la corpul cu temperatură mai mare la cel cu temperatură mai mică. Acest transfer incetează la atingerea echilibrului termic adică atunci când cele două corpuri vor avea aceeaşi temperatură.

Termometru

Corpul 2 Transferul căldurii Q

Valerica Baban

Căldura este un tip mai special de transfer de energie pentru că afectează mediul/Universul într-un mod mai deosebit.

Atunci când transferăm căldură unui sistem creşte energia de vibraţie a atomilor Creşte dezordinea/ haosul Creşte entropia Dacă entropia scade într-un sistem atunci în mod obligatoriu creşte în altă parte

Transferul căldurii

Transferul căldurii se poate face în 3 moduri :  Prin conducţie  Prin convecţie  Prin radiaţie Convecţie Conducţie Radiaţie Valerica Baban

Nume Radiaţii gama Radiaţii X UV Vizibil Infraroşu Microunde Lungime de undă < 0.02 nm 0.01 nm – 10 nm 10 nm – 400 nm 390nm – 750 nm 750 nm – 1 mm 1 mm – 1 metri 1m– 100,000 km Frecvenţa (Hz) mai puţin 15 EHz 30 EHz – 30 PHz 30 PHz – 750 THz 770 THz – 400 THz 400 THz – 300 GHz 300 GHz – 300 MHz 300 MHz– 3 Hz

Valerica Baban

Radiaţia vizibilă

Dacă creşte energia cinetică a moleculelor creste şi

temperatura Temperatura este o măsură a energiei cinetice a moleculelor substanţelor

Măsurarea temperaturii se face cu termometrul.

Scări de temperatură :  Celsius  Kelvin  Fahrenheit Conversii între diferite scări de temperatură Celsius - Kelvin Fehrenheit - Celsius t[°F] = t[°C] × 9 ⁄ 5 + 32

 Calorimetria este o parte a fizicii moleculare care măsoară căldura care se transferă de la un corp la altul , măsoară coeficienţii calorici .

Căldura specifică

Este o mărime care caracterizează fiecare substanţă din punct de vedere al transferului de căldură .şi a capacităţii de înmagazina energie termică .

c



Q



T

0 ) (

J

) m=1kg apă c= 4180 J/kgK To =10 grade T=60 grade m=1kg aluminiu c = 902 J/kgK To =10 grade T=60 grade

Q

 

T

0 )

Q apă

 1

kg

 4180

J kgK

 50

K

 209000

J Q alu

min

iu

 1

kg

 902

J kgK

 50

K

 45100

J

Lucrare de laborator Determinarea căldurii specifice a unui corp solid.

1

. Dispozitivul experimental

 Calorimetru  Termomentru   Corp cilindric a cărui căldură specifică se determină apă izolator Vas interior aer agitator izolator Vas exterior

2. Modul de lucru

 Se pune apă în calorimetru . Se măsoară temperatura apei.

  Se încălzeşte un alt vas cu apă până la fierbere . Se introduce corpul a cărui căldură specifică se măsoară în acest vas . Se măsoară temperatura de echilibru Se scoate corpul din vasul aflat la temperatură mare şi se introduce în calorimetru.

 Se închide calorimetrul . Se aşteaptă stabilirea echilibrului şi se măsoară temperatura.

Valerica Baban

3. Metoda experimentală

 Principiul echilibrului termic  Principiul egalităţii schimbului de căldură  Principiul egalităţii cantitătilor de căldură care intervin în procesele inverse.

Bilanţul energiilor

Căldura pierdută de corp = Caldură primită de apă + Căldura primită de calorimetru

  

echilibru

)



m c

apă apă

(

T

echilibru



T

apă

)



cal Al echilibru



T

apă

)

c



m

apă



c

apă

 (

T

echilibru



T

apă

) 

m

cal echilibru

)

c c

 ( Valerica Baban

T

echilibru



T

apă echilibru

) (

T

echilibru



m

cal



c

Al

) 

T

apă

)

4.Tabel cu date experimentale m a t a – masa apei din calorimetru – temperatura initială a apei şi a calorimetrului m c – masa calorimetrului mc = 0,120 kg C Al - căldura specifică a materialului calorimetrului 900 J/kgK t – temperatura iniţială a corpului fierbinte te – temperatura de echilibru a sistemului calorimetru+apă+corp Ca – căldura specifică a apei 4180 J/kgK m – masa copului C – căldura specifică a corpului care se determină experimental

Nr m a (kg) t a (C) m c (kg) m (kg) t (C) t e (C) c J/kg K

5. Se vor indica principalele surse de erori experimentale

. Valerica Baban

GPS-Global Positioning System Localizare  Latitudine - sateliţi   (măreşte viteza de localizare)   Longitudine - sateliţi Altitudine ? Timp – sateliţi Viteza si direcţia ei Reţele de sateliţi USA Navstar GPS, 24, 6 orbite, înconjoară Pământul la 12 hours Rusia GLONASS EU - 30 sateliti GPS Galileo Viteza şi direcţia de mişcare –

efect Doppler

( măsurat de sateliţi)  barometru

http://www.xcmag.com/2011/07/gps-versus barometric-altitude-the-definitive-answer/ Valerica Baban

triangulation trilateration Valerica Baban

Valerica Baban