Soojusõpetus
.... on füüsika osa, mis selgitab erinevate soojusnähtuste toimumist aine siseehitust silmas pidades (molekulaarfüüsika) ja välistest parameetritest lähtudes (termodünaamika)
Soojusõpetuses käsitletakse seoseid aine osakeste liikumise ja energia vahel, energia ja temperatuuri vahel. Tutvustatakse erinevaid temperatuuri skaalasid (Kelvin & Celsius), uuritakse kuluva ja vabaneva energia arvutamise viise erinevate soojusülekannete korral.
Soojusõpetuses käsitletakse seoseid aine osakeste liikumise ja energia vahel, energia ja temperatuuri vahel. Tutvustatakse erinevaid temperatuuri skaalasid (Kelvin & Celsius), uuritakse kuluva ja vabaneva energia arvutamise viise erinevate soojusülekannete korral.
Vedelike ja gaaside vastastikune muundumine.
Lahtises anumas vedelik aurustub. Mõni vedeliku molekul omandab liikumisel nii suure energia, et ületab teiste molekulide tõmbejõu ja lahkub vedelikust. Toimub aurustumine - kuivavad veelombid tänaval ja pesu nööril.
Üheaegselt aurustumisega toimub ka tema pöördprotsess kondenseerumine. Aeglasemalt liikuvad veemolekulid tõmmatakse tagasi vedelikku.
Kui mõlemad protsessid on tasakaalus, ehk sama palju osakesi kui lahkub vedelikust tuleb sinna ka tagasi, siis nimetatakse veeauru küllastunud auruks. Küllastunud aur on oma vedelikuga tasakaalus olev aur.
Küllastunud auru rõhk sõltub ainult temperatuurist. Temperatuuri suurenemisel aurustumine intensiivistub kuni vedelik hakkab lõpuks keema. Keemisel tekivad kogu vedeliku ulatuses aurumullid. Keemine algab siis kui küllastunud auru rõhk mullides saab võrdseks välise õhurõhuga. Mida kõrgem on õhurõhk, seda kõrgemal temperatuuril vedelik keeb. Aurukatlas võib vee keemistemperatuur olla kuni 200 C.
Mõnikord võib vedelik olla kõrgemal temperatuuril kui on tema keemistemperatuur sellel rõhul, aga vedelik ei kee. Sellist vedelikku nimetatakse küllastunud vedelik. Sellise vedeliku saamiseks tuleb sellest eraldada kõik lisaained, vedelik peab olema väga puhas. Ülimalt hästi destilleeritud vesi näiteks.
Veeauru olemasolu õhus on üks teguritest, mis kujundab meie ilma. Veeauru sisaldus õhus on õhuniiskus ja seda mõõdetakse protsentides. Kui niiskus on 100 %, siis on aurustumine ja kondenseerumine tasakaalus ning pesu õue kuivama viia on mõttetu. Sama palju vett kui sokkidest välja läheb, tuleb ka tagasi.
Aurustuda võib ka tahke aine, ehk siis toimub pesu kuivamine õues ka talvel. Jäätunud vesi riietel muutub veeauruks, toimub sublimeerumine. Talvel veeaur võib jätta vahele kondenseerumise ja muutuda tahkeks (jääks). Tekib härmatis ja protsessi nimetatakse härmatumine.
Rõhk, mida avaldaks veeaur teiste gaaside puudumisel kannab nimetust veeauru osarõhk.
Veeauru jahtumisel õhus algab kondenseerumine - tekib kaste, udu, vihmapilved. Temperatuuri, mille juures kondenseerumine algab nimetatakse kastepunkt.
Vedelike pinnakihisl esineb nähtus nimega pindpinevus. Vedeliku pinnakihis on vedeliku molekulide vahelised tõmbejõud suuremad kui vedelikus sees ja seetõttu käitub pinnakiht kui pingule tõmmatud kile: veepinnal püsib tikk, sääsk, on võimalik puhuda seebimulle ja kallata pitsile "kuhi" peale. Tänu pinnas tekkivale pindpinevusjõule üritab vedeliku vaba pind võtta alati kerakuju - kõik väiksemad veepiisad ja tilgad on kerakujulised.
Vedelikud võivad olla märgavad (kui jõud vedeliku osakeste vahel on väiksem kui vedeliku ja ümbritseva materjali vahel)ja mittemärgavad (kui jõud vedeliku osakeste vahel on suurem kui vedeliku ja ümbritseva materjali vahel).
Vedelike omadus on ka kapillaarsus, mis seisneb selles, et märgav vedelik liigub mööda kapillaare ülespoole ja mittemärgav allapoole. Sellel nähtusel põhineb käterätikuga kuivatamine, lillede kastmine, puude kasvamine. Vesi tõuseb mööda puu tüve ja oksi ülespoole.
Tahked kehad.
Tahke keha võib olla kristalliline (kindel korrapärane siseehitus kristallvõrena, kindel sulamistemperatuur) või amorfne ( kristallvõres on defektid, puudub kindel sulamistemperatuur).
Kõik kristallilised kehad on ka anisotroopsed. Anisotroopsus seisneb selles, et keha füüsikalised omadused sõltuvad suunast. Ühes suunas võib juhtida soojust ja elektrit paremini kui teises, samuti võib olla võimalik ühes suunas deformeerida keha lihtsam kui teises suunas.
Vastavalt sellele, kuidas käituvad tahked materjalid deformatsioonidel jagatakse neid:
1. elastsed - hea deformeerida, võtavad peale deformeerimist esialgse kuju tagasi
2. plastsed - hea deformeerida, esialgset kuju ei taasta
3. rabedad - purunevad deformeerimisel.
Kõik kristallilised kehad on ka anisotroopsed. Anisotroopsus seisneb selles, et keha füüsikalised omadused sõltuvad suunast. Ühes suunas võib juhtida soojust ja elektrit paremini kui teises, samuti võib olla võimalik ühes suunas deformeerida keha lihtsam kui teises suunas.
Vastavalt sellele, kuidas käituvad tahked materjalid deformatsioonidel jagatakse neid:
1. elastsed - hea deformeerida, võtavad peale deformeerimist esialgse kuju tagasi
2. plastsed - hea deformeerida, esialgset kuju ei taasta
3. rabedad - purunevad deformeerimisel.
Soojusmasin ja soojuspump.
Soojusmasinaks nimetatakse seadet, mis muundab soojusenergia mehaaniliseks energiaks.
Tüüpilisel soojusmasinal on 3 osa: soojendi, töötav osa ja jahuti.
Soojendi annab töötavale osale (gaas) soojushulga, mille arvelt gaas teeb tööd ja ülejäänud soojus liigub jahutisse. Soojusmasina töötamise tingimus on see, et soojendi temperatuur peab olema kõrgem kui jahuti oma.
Soojusmasina tootlikkust iseloomustab kasutegur, mis näitab, kui suure osa saadud soojushulgast kulutab gaas töö tegemiseks. Kasutegurit määratakse protsentides. Soojusmasina igapäevane rakendus on auto bensiinimootor, mille kasutegur jääb vahemikku 20 - 40 %.
Soojuspump on seade, mis mehaanilise töö arvel viib soojuse madalama temperatuuriga kehalt kõrgema temperatuuriga kehale. Näide soojuspumbast on igapäevaselt kasutatav külmkapp. Soojuspump võtab külmikus olevatelt asjadelt soojusenergiat ja viib selle kapi tagaküljel oleva radiaatori kaudu tuppa. Kapis madala temperatuuri hoidmiseks teeb tööd seadme mootor. Soojuspumpasid kasutatakse ka eluruumide kütmisel, mis siis pumpavad väljast soojust tuppa.
Tüüpilisel soojusmasinal on 3 osa: soojendi, töötav osa ja jahuti.
Soojendi annab töötavale osale (gaas) soojushulga, mille arvelt gaas teeb tööd ja ülejäänud soojus liigub jahutisse. Soojusmasina töötamise tingimus on see, et soojendi temperatuur peab olema kõrgem kui jahuti oma.
Soojusmasina tootlikkust iseloomustab kasutegur, mis näitab, kui suure osa saadud soojushulgast kulutab gaas töö tegemiseks. Kasutegurit määratakse protsentides. Soojusmasina igapäevane rakendus on auto bensiinimootor, mille kasutegur jääb vahemikku 20 - 40 %.
Soojuspump on seade, mis mehaanilise töö arvel viib soojuse madalama temperatuuriga kehalt kõrgema temperatuuriga kehale. Näide soojuspumbast on igapäevaselt kasutatav külmkapp. Soojuspump võtab külmikus olevatelt asjadelt soojusenergiat ja viib selle kapi tagaküljel oleva radiaatori kaudu tuppa. Kapis madala temperatuuri hoidmiseks teeb tööd seadme mootor. Soojuspumpasid kasutatakse ka eluruumide kütmisel, mis siis pumpavad väljast soojust tuppa.