Keha siseenergia on keha aineosakeste kineetilise ja potentsiaalse energia summa. Siseenergia sõltub aineosakeste liikumise kiirusest ja aineosakeste vastastikusest asendist.
- Keha soojenemisel selle siseenergia suureneb, jahtumisel aga väheneb.
- Keha siseenergia muutub temperatuuri muutumisel, aine oleku muutumisel ja mehaanilise töö tulemusel.
Soojushulgaks nimetatakse keha siseenergia hulka, mis kandub sellelt teistele kehadele või teistelt kehadelt antud kehale.
- Soojushulka mõõdetakse energiaühikus 1 džaul (1 J).
- Keha soojendamiseks kuluvat soojushulka (keha jahtumisel vabanevat soojushulka) arvutatakse valemiga
Q = cm(t2 – t1) = cmΔt.
Tähised: |
Q – soojushulk |
Aine erisoojus (c) näitab, kui suur soojushulk peab kanduma 1 kg ainele, et see soojeneks 1 °C võrra. Erisoojus ühik on
Siseenergia levimist ühelt kehalt teisele nimetatakse soojusülekandeks.
- Soojusülekandes levib siseenergia soojemalt kehalt külmemale.
- Kahe keha soojusvahetuse korral suureneb ühe keha siseenergia sama palju, kui palju väheneb teise keha siseenergia: soojema keha äraantud soojushulk on võrdne jahedama keha saadud soojushulgaga.
Soojusülekanne võib toimuda kolmel viisil:
- soojusjuhtivuse teel – siseenergia kandub ühelt kehaosalt teisele või ühelt kehalt teisele aineosakeste vastastikmõju tõttu;
- konvektsiooni teel – siseenergia levib vedeliku- või gaasivoolude liikumisega;
- soojuskiirgusena (ultraviolettkiirgus, nähtav valgus ja infrapunakiirgus).
Soojuskiirguse seaduspärasused
Keha kiirgab ajaühikus seda rohkem energiat,
- mida kõrgem on keha temperatuur;
- mida tumedam on kiirgava keha pind;
- mida suurem on keha pindala.
Kütused on ained, mille põlemisel eraldub palju soojust ja mida kasutatakse energiaallikana.
Kütteväärtus on kütust iseloomustav füüsikaline suurus, mis näitab, kui suur soojushulk eraldub kindla kütusekoguse täielikul ärapõlemisel.
Kütuse täielikul ärapõlemisel eralduvat soojushulka arvutatakse valemiga
Q = rm.
Tähised: |
Q – soojushulk |
Arvutusülesandeid
- Arvuta soojushulk, mis kulub 1 liitri vee temperatuuri tõstmiseks 15 °C-st 100 °C-ni.
- Olgu meil kütta 1-tonnise tellisahi. Lahenda selle ahju kütmisega seotud ülesanded.
Tellise erisoojus on Puidu kütteväärtus on750 J kg ·°C . 15 MJ kg . - Ahjus põletati 10 kg puid. Mitme kraadi võrra tõuseks ahju temperatuur keskmiselt, kui kogu soojus kuluks ahju soojendamiseks?
- Kui suur on ahju võimsus, kui kogu salvestatud soojushulk antakse toale 10 h jooksul?
- Kui suur on kolde võimsus, kui kogu kütus põleb ära 50 minuti jooksul?
- Mitme kraadi võrra tõuseks ahju temperatuur, kui ahju kasutegur on 50%?
- Korteri kütmiseks on vaja igas tunnis anda soojushulk 21 MJ. Mitmeks tunniks jätkub korteri kütmiseks 1 m3 vee jahtumisel eralduvast soojushulgast, kui vee temperatuur langeb 80 °C-st 30 °C-ni?
Katseülesanne
Võta kaks anumat, üks külma, teine sooja veega. Pane mõlemasse anumasse tükike kaaliumpermanganaati. Ära seejuures vett loksuta! Jälgi värvilise laigu laialivalgumist.
Kummas anumas laieneb värviline laik kiiremini? Miks?
Probleemülesandeid
- Miks villased rõivad hoiavad keha paremini soojana kui puuvillased?
- Kuuma jooki juues metallkruus kõrvetab huuli, portselankruus aga mitte. Miks?
- Märg puitlaud tundub katsumisel külmemana kui kuiv. Miks?
- Õhk juhib soojust halvasti. Miks õhus olevad kuumad esemed siiski jahtuvad?
- Puidu soojusjuhtivus on mitu korda parem kui sama puidu saepuru soojusjuhtivus. Jää soojusjuhtivus ületab värskelt sadanud lume soojusjuhtivust 22 korda. Mis põhjustab sellise erinevuse?
- Kui katsuda toas seisnud erinevaid materjale – puitu, metalli, riiet, siis tundub, et metall on külm, riie aga soe. Kas nende temperatuur on erinev? Kui katsuda samu materjale kuumas saunas, siis metall lausa kõrvetab, puit on kuum, kuid riie parajalt soe. Milline on selle nähtuse seletus?
- Reasta materjalid soojusjuhtivuse järgi. Antud on: puit, tellis, paber, klaas, vahtplast, kuiv savi. Kuidas lahendada ülesannet praktiliselt, kui kasutada on vaid need materjalid, kusjuures kõikide temperatuur on ühesugune?
- Kohv püsib läikivast metallist kannus kauem kuumana kui portselankannus. Miks?
- Termomeeter paigutatakse nii, et sellele ei langeks otsene päikesevalgus. Miks?
- On kaks ühesuguse kujuga metallkannu, üks tumeda pinnaga, teine heleda läikiva pinnaga. Mõlemas kannus on kuum vesi. Kuidas teha kindlaks, kumma kannu kiirgusvõimsus on suurem (kumb kiirgab ajaühikus rohkem energiat)?
- Peegel soojeneb sellele langeva päikesekiirguse mõjul väga vähe. Miks?
- Kevad- ja sügisööl võib esineda kahte liiki öökülmi: konvektsioonilisi ja radiatsioonilisi (kiirguslikke) öökülmi. Konvektsioonilised öökülmad esinevad, kui põhjapoolsetelt aladelt tuleb külm õhk. Taevas on enamasti pilves ja õhutemperatuur on madalam kui 0 °C. Radiatsiooniline öökülm esineb vaid selge ilmaga. Rohi külmub, autode katused ja aknad on kaetud õhukese jääkihiga, majade katused on härmatisest valged, maapinna lähedal võib õhutemperatuur olla isegi mitu kraadi alla nulli. Samas võib maapinnast näiteks ühe meetri kõrgusel olla õhutemperatuur üle null kraadi. Miks esineb radiatsiooniline öökülm? Miks ei esine radiatsioonilist öökülma pilves ilmaga?
- Tuletikk süttib, kui tõmmata tiku peaga piki tikutoosi karedat pinda. Seleta nähtust.
- Miks autokummid sõidu ajal soojenevad?
- Kui mööda köit laskuda kiirelt nii, et köis libiseb läbi peopesade, võivad kätele tekkida isegi põletushaavad. Miks?
- Miks süttivad Maa tehiskaaslased ja meteoriidid atmosfääri jõudes põlema?
- Ühes õpikus on kirjutatud: „Vesi soojeneb aeglaselt ja jahtub aeglaselt.” Kuidas tõlgendada seda lauset füüsikaterminite abil?
- Tõlgenda järgnevaid lauseid füüsikaliselt.
- Päikese soojus paitab põski.
- Päevane soojus võttis räästad tilkuma.
- Istusime lõkketule soojuses.
- Seinad ei pea soojust.
- Reguleeri radiaatori soojust, keera soojust juurde.
- Katsu, kas vannivee soojus on paras.
- Linnumunad vajavad arenemiseks soojust.
- Ahi levitab soojust.
- Külma vette pandi kaks ühesuurust kuumutatud silindrit – üks rauast, teine puidust. Kumb jahtub kiiremini?
- Laualt võeti ühesuguse massiga alumiiniumist lusikas ja hõbedast lusikas ning asetati keevasse vette. Kas lusikad said võrdse soojushulga?
- 1 kg massiga alumiiniumist, vasest ja rauast kehad jahtuvad 1 °C võrra. Kui suure soojushulga annab ära iga keha?
- Soojushulga arvutamise valemist Q = cm(t2 – t1) järeldub, et soojendamise algul t2 = t1 on soojushulk alati võrdne nulliga. Kuidas seda füüsikaliselt põhjendada?