Vsak od vas je verjetno že naletel na fizikalno nalogo tipa:
"V hladno vodo vržemo vroče železo. Na koliko stopinj se segreje voda?" Pri taki nalogi je potrebno vedeti le eno: oddana toplotna energija je enaka sprejeti. Enačba za spremembo toplotne energije ∆Q pri določeni spremembi temperature ∆T se glasi: ∆Q = ∆T · m · c pri čemer je m masa, c pa specifična toplota snovi. Konkretno enačbo za omenjeno nalogo je potrebno nastaviti takole: ∆T1 · m1 · c1 = ∆T2 · m2 · c2 pri čemer indeks 1 pripada prvi snovi (npr. železu), indeks 2 pa drugi snovi (npr. vodi). Vrednosti za specifično toploto najdete na internetu, masi sta pa bodisi podani bodisi iščemo eno izmed njiju. Pomembno: Če sta obe snovi enaki, specifično toploto lahko krajšamo (npr. če v mrzlo vodo nalijemo vročo). Pri nastavljanju enačbe sklepamo, da je tako leva kot desna stran pozitivna. Zato za spremembi temperature velja: ∆T1 = Tvišja - Tnižja ∆T2 = Tvišja - Tnižja Višja temperatura je za vroče telo začetna, za hladno pa končna. Pomni: Sprememba temperature v Kelvinih ∆T je enaka spremembi temperature v stopinjah Celzija! To seveda ne velja za absolutne vrednosti, kjer je za vrednost v °C Kelvinom še vedno potrebno prišteti "famoznih" 273 stopinj. Dodatno: Če nalogo "zakompliciramo" s tem, da se snovem spreminja tudi agregatno stanje (taljenje, zmrzovanje, izparevanje, kondenzacija) ali pa zagorijo (sežig), je potrebno enačbo za spremembo toplotne temperature dopolniti: ∆Q = ∆T · m · c + q · m kjer je q specifična talilna/izparilna/sežigna toplota. Pomni: Pri taljenju, zmrzovanju, izparevanju, kondenzaciji in sežigu je temperatura konstantna (npr. pri taljenju je to 0 °C).
0 Comments
Glede na zakon o ohranitvi energije je vsota energij (potencialna, kinetična, prožnostna, notranja, električna,...) vedno enaka, če ne posegata zraven toplota in delo.
Naloge najlažje rešujemo tako, da si izberemo posamične trenutke v času, kjer naredimo "popis" vrednosti energij. Primer1: V času t1 sankač miruje na klancu. Tedaj ima le potencialno energijo. Med časom t1 in t2 ga mi porinemo (vnesli smo delo in s tem povečali vrednost vsote energij) in ko v času t2 naredimo vnovičen "popis", ugotovimo da je vsota energij (potencialna in kinetična) za vrednost vloženega dela višja. Ko sankač v času t3 pridrvi skozi cilj, ima le še kinetično energijo, ki pa je enaka vsoti potencialne in kinetične energije v času t2 (delo in toplota vmes nista "mešala štren":) Primer2: V času t1 ima krogla le potencialno energijo. Tudi prožnostna energija v vzmeti pod njo je enaka 0, saj je vzmet v mirovnem položaju. V času t2 tik pred udarcem v vzmet ima krogla tako potencialno kot kinetično energijo, a nas stanje ne zanima, raje analiziramo čas t3, ko se celotna potencialna energija iz časa t1 pretvori v prožnostno. Tako je računanje lažje, saj se nam ni potrebno ukvarjati s kinetično energijo. Primer3: V času t1 ima sankač samo kinetično energijo. V času med t1 in t2 le-ta zapelje na pesek, ki ga nekoliko zaustavi. Sila trenja je opravila delo, ki se je v ozračje izločilo kot toplota. V času t2 ima sankač še vedno kinetično energijo, a zmanjšano za vrednost oddane toplote. Primer4: V času t1 imamo neko notranjo energijo. V vmesnem času med t1 in t2 pojemo čokolado, s katero pridobimo energijo. V času t2 je naša notranja energija manjša. V času med t2 in t3 stopimo na mraz in oddamo toploto. V času t3 je naša notranja energija spet manjša in sicer za oddano toploto. Med časom t3 in t4 se peljemo s kolesom in (pedalom) oddamo delo. V času t4 je naša notranja energija spet manjša...in tako naprej... |