Grunnkennsla í eðlisfræði

Grein um hitamæla og hitakvarða

1. Hitamælar

Hitamælir er tæki sem er hannað til að mæla hitastig. Það eru til margar gerðir af hitamælum, en virkni þeirra er sú sama. Venjulega notum við hitamælahluti, þar sem eðli efnisins breytist með hitastigi. Ef hitastig hlutarins breytist breytist lögun og stærð hans einnig. Flestir hitamælar nota hluti sem geta þanist út eða minnkað þegar hitastigið breytist. Hitamælar sem eru oft notaðir eru úr glerrörum þar sem alkóhól eða kvikasilfur er í miðju rörsins. Þegar hitastigið hækkar þenst alkóhólinn eða kvikasilfrið í ílátinu út þannig að lengd alkóhól- eða kvikasilfursdálksins eykst. Aftur á móti, þegar hitastigið lækkar, minnkar lengd alkóhól- eða kvikasilfursdálksins. Á ytra byrði glerrörsins eru tölur sem tákna kvarða hitamælisins. Talan sem sýnd er við efri enda alkóhól- eða kvikasilfursdálksins gefur til kynna hitastig hlutarins sem verið er að mæla.

Lesa meira

Grein um núlllögmál varmafræðinnar

Hingað til höfum við aðeins fylgst með hitajafnvægi tveggja hluta sem eru í snertingu við hvor annan.

Til að skilja hugtakið varmajafnvægi nánar skulum við skoða þrjá hluti (t.d. hluti A, hlut B og hluti C). Til dæmis snerta hlutur B og hlutur C ekki hvor annan, en hlutur A er í snertingu við hlut B og hlutur A er í snertingu við hlut C. Skoðið myndina hér að neðan. Þar sem hlutur A og hlutur B eru í varmajafnvægi hvor við annan, fyrir utan hlutinn B, eru þeir í varmajafnvægi, þá eru hlutur A og hlutur C einnig í varmajafnvægi. Eru hlutir B og C sem snerta ekki hvor annan einnig í varmajafnvægi? Ef við notum aðeins rökfræði getum við sagt að hlutur B og hlutur C séu einnig í varmajafnvægi, jafnvel þótt þeir séu ekki í snertingu. Hlutur A og hlutur B eru í varmajafnvægi, sem þýðir að hitastig hlutar A = hitastig hlutar B.

Lesa meira

Grein um skilgreiningu á hitastigi og varmajafnvægi

Skilgreining á hitastigi

Hefur þú einhvern tíma snert ís? Hvað finnst þér þegar hendurnar snerta ís? Hvað ef það sem þú snertir er eldur? Þegar þú snertir ís verða hendurnar kaldar, þegar þú snertir eldinn verða hendurnar heitar. Hvað segir heitt, hlýtt, kalt og hvað?

Hugtakið hitastig á rætur að rekja til hita og kulda sem snertiskyn okkar upplifir. Byggt á því sem snertiskynið skynjar segjum við að hlutur sé heitari en annar hlutur eða að hlutur sé kaldari en annar. Heitir hlutir hafa hærra hitastig en kaldir hlutir hafa lægra hitastig. Því kaldari sem hlutur er, því lægra er hitastigið. Aftur á móti, því heitari sem hlutur er, því hærra er hitastigið. Mælikvarði á hita eða kulda hlutar kallast hitastig. Í gasfræðikenningu muntu skilja betur skilgreiningu hitastigs; hvað gerist við sameindir hlutar svo að hann geti fundið fyrir heitu, hlýju, köldu eða köldu.

Lesa meira

Grein um efnisfasa (byggt á smásjáreiginleikum)

Í daglegu lífi rekumst við oft á þrjár mismunandi fasa efnis. Það eru föst efni (t.d. steinar, járn o.s.frv.), vökvar (vatn, bensín o.s.frv.) og gasefni (loft o.s.frv.). Hægt er að greina á milli þriggja fasa þessara efna út frá getu þeirra til að viðhalda lögun sinni og stærð.

Föst efni halda venjulega fastri lögun og rúmmáli. Vökvinn heldur ekki föstu formi heldur aðlagast ílátinu sem hann er í. Til dæmis, ef við setjum vatn í glas, breytist lögunin eins og glas. Ef vatn er sett í baðkar breytist lögunin eins og baðkar. Rúmmál vökvans er venjulega alltaf fast. Ef glas af vatni er sett í baðkar, helst magn vatns í glasinu. Lögun vatnsins getur breyst, en stærðin breytist aldrei. Hafðu í huga að fjöldi fastra efna og vökva getur breyst ef nægilegt afl er beitt.

Lesa meira

Grein um atómfræði og hreyfifræði

Atómkenningin

Í þúsundir ára trúðu Forn-Grikkir að öll hrein efni (eins og gull, járn o.s.frv.) væru samsett úr atómum. Samkvæmt þeim, ef hreint efni er skorið í smáa bita, þá eru smáu hlutar skornir aftur, síðan skornir til baka ... og svo framvegis, þá verða til minnstu bitarnir sem ekki er hægt að skera aftur. Minnstu bitarnir sem ekki er hægt að skera aftur eru kallaðir atóm. Atóm þýðir „ekki hægt að skipta“ (gríska).

Á þeim tíma var talið að atómið væri ekki lengur klofið. En síðar uppgötvuðu sumir vísindamenn rafeindir og kjarna (róteindir og nifteindir) þannig að sú forsenda að ekki væri hægt að skipta atómum niður var röng. Þannig eru atóm samansett úr rafeindum (neikvætt hlaðnum) og kjarna. Rafeindir hringsóla umhverfis kjarnann. Inni í kjarnanum eru róteindir (jákvætt hlaðnar) og nifteindir (hlutlausar eða óhlaðnar).

Lesa meira

Grein um breytingar á fasa á gagnrýninni hitastigsþrefalda punkti

Í umræðu um lögmál kjörgassins hefur verið útskýrt að lögmál kjörgassins lýsi hegðun raunverulegs gass nákvæmlega aðeins þegar þrýstingur og eðlisþyngd þess eru ekki of mikil. Ef þrýstingur og eðlisþyngd þess eru nógu mikil gefur lögmál kjörgassins ónákvæmar niðurstöður, á sama hátt þegar hitastig raunverulegs gass nálgast suðumark. Þetta tengist víxlverkunum sem eiga sér stað milli raunverulegra gassameinda. Gasþrýstingur er í öfugu hlutfalli við rúmmál gassins. Þegar gasþrýstingurinn er nógu mikill minnkar rúmmál gassins. Vegna þess að rúmmál gassins er lítið minnkar fjarlægðin milli gassameindanna. Þegar fjarlægðin milli sameindanna minnkar draga sameindirnar hver að annarri. Það er eins og þegar þú setur járnbút á segul. Ef fjarlægðin milli segulsins og járnsins er nógu mikil getur segullinn ekki dregið járn. En ef fjarlægðin milli segulsins og járnsins er lítil, þá dregurst járnið nær.

Lesa meira

Van der Walls er nafn hollenska eðlisfræðingsins J.D. van der Waals (1837-1923). Van der Waals ástandsjafna er ástandsjafna lofttegundar, svipuð ástandsjöfnu kjörgass. Munurinn er sá að ástandsjafna kjörgass getur ekki gefið nákvæmar niðurstöður ef þrýstingur og eðlisþyngd raunverulegs gass eru nógu mikil. Van der Waals ástandsjafna getur hins vegar gefið nákvæmari niðurstöður.

Tilvist þessarar jöfnu á rætur að rekja til Van der Waals, sem gerði sér grein fyrir takmörkunum jöfnu um hugsjónarástand. Waals breytir ástandsjöfnu hugsjónargassins með því að bæta við nokkrum þáttum sem einnig hafa áhrif á raunverulegt gasástand, þegar þrýstingur og eðlisþyngd raunverulegs gass eru mikil.

Lesa meira

Uppgufunarferlið má útskýra með hreyfifræði. Eins og gassameindir hreyfast vatnssameindir einnig. Munurinn er sá að vatnssameindir geta ekki dreift sér vegna þess að aðdráttaraflið milli sameindanna getur samt haldið þeim saman. Aftur á móti er aðdráttaraflið milli gassameindanna brothætt, þannig að gassameindirnar geta ekki runnið saman. Þegar vatnssameindir hreyfast hafa þær hraða. Það eru vatnssameindir sem hafa mikinn hraða; það eru líka vatnssameindir sem hafa lítinn hraða. Dreifing hraða vatnssameindarinnar líkist Maxwell-dreifingunni.

Uppgufun á sér stað þegar hraði vatnssameindanna er nógu mikill til að aðdráttaraflið milli þeirra geti ekki haldið þeim saman. Líkt og eldflaugar sem fara út í geiminn, er hraði eldflaugar nógu mikill til að þyngdarkraftur jarðar geti ekki haldið henni á jörðinni. Athugið að aðeins sameindir með mikinn hraða komast undan aðdráttaraflið milli sameindanna. Sameindir með lítinn hraða haldast saman eins og vatn.

Lesa meira

Suða er ferli þar sem vökva breytist í gas. Suða á sér stað þegar mettaður gufuþrýstingur er jafn loftþrýstingnum (loftþrýstingur = andrúmsloftsþrýstingur). Við ræðum aðeins um sjóðandi vatn. Mettaður gufuþrýstingur vatns er í beinu hlutfalli við hitastig vatnsins, því hærra sem vatnshitinn er, því hærri er þrýstingur mettaðrar gufu. Þegar við hitum vatn birtast venjulega litlar loftbólur á botni ílátsins. Tilvist loftbóla gefur til kynna breytingu vökva í gas. Ef mettaður gufuþrýstingur í loftbólunni er minni en loftþrýstingurinn að utan, mun loftbólan skreppa saman og sundrast áður en hún nær yfirborðinu. Loftbólur eyðileggjast vegna þess að þrýstikraftur ytra loftsins er hærri en þrýstikraftur gufunnar inni í loftbólunni. Ytra loftþrýstingurinn er hærri en gufuþrýstingurinn í loftbólunni þannig að ytra loftið hefur meiri kraft (P = F / A).

Lesa meira

Rakastig segir til um magn vatnsgufu í loftinu. Þegar rignir er andrúmsloftið mjög rakt vegna þess að það er mikið af vatnsgufu í loftinu. Aftur á móti, ef vatnsgufan í loftinu er mjög lítil, er loftið þurrt. Magn vatnsgufu í loftinu er gefið upp með rakastigi.

Hlutfallslegur raki er hlutfallið milli hlutaþrýstings gufu og þrýstings mettaðrar vatnsgufu við ákveðið hitastig (gufa er vatnsgufa). Hlutfallslegur raki er tjáður í prósentum, stærðfræðilega formúleraður:

Lesa meira