⑦ Varme & termodynamikk 🌡️
Varme er energi i bevegelse – fra varm til kald. Termodynamikkens lover er noen av de mest fundamentale i hele vitenskapen. Og nei, du kan ikke bygge en maskin som gir mer energi ut enn inn!
Hva handler varme om?
Varme er energi som overføres fordi det er temperaturforskjell. Temperatur sier noe om partikkelbevegelsen, mens varme sier noe om energien som flyttes.
Tre måter varme flyttes
- Ledning: partikler dytter energi videre i stoff.
- Konveksjon: væske eller gass flytter varme.
- Stråling: elektromagnetiske bølger, også gjennom vakuum.
Typiske feil
- Å blande varme og temperatur.
- Å bruke °C som absolutt temperatur i gasslover.
- Å glemme faseovergangsenergi ved smelting og koking.
| Størrelse | Formel | Beskrivelse | Enhet |
|---|---|---|---|
| Varmetilførsel | Q = m · c · ΔT | c = spesifikk varmekapasitet | J |
| Smeltevarme | Q = m · L_f | L_f = smeltevarme (J/kg) | J |
| Fordampingsvarme | Q = m · L_v | L_v = fordampingsvarme (J/kg) | J |
| Celsius ↔ Kelvin | T [K] = T [°C] + 273,15 | Absolutt temperatur | K |
| Varmeutveksling | Q_avgi = Q_motta | Varmemengde er bevart ved blanding | J |
| Varmeledning | P = k·A·ΔT / d | k = varmeledningsevne, A = areal, d = tykkelse | W |
| Stoff | c (J/kg·K) | L_f (kJ/kg) | L_v (kJ/kg) |
|---|---|---|---|
| Vann | 4186 | 334 | 2260 |
| Jern | 450 | 247 | 6340 |
| Aluminium | 900 | 397 | 10500 |
| Luft (≈) | 1005 | — | — |
Hvor mye energi trengs for å varme opp 2 kg vann fra 20°C til 100°C og deretter koke det bort? (c_vann = 4186 J/kg·K, L_v = 2 260 000 J/kg)
Energi for temperaturøkning (20→100°C):
Energi for fordampning (100°C → damp):
Total energi:
0,5 kg jern (T=500°C) blandes med 2 kg vann (T=20°C). Hva er likevektstemperaturen? (c_jern=450, c_vann=4186)
Q_jern = Q_vann → 0,5·450·(500−T) = 2·4186·(T−20) → 225(500−T) = 8372(T−20) → T ≈ 31,5°C