Fysik 1 – Termodynamik/värme fysik sammanfattning
Värme, eller termodynamik, som det kallas på ”fysikspråk” är ett av områdena i Fysik 1. Nedan följer instuderingsfrågorna till kapitlet som handlar om just Termodynamik. Detta är vår sammanfattning av avsnittet om värme som tar upp de alla begrepp och samband som krävs för att klara Fysik 1. Termodynamiken som även kallas för värmeläran. I fysik 1 under avsnittet värme fördjupar vi oss inom värmets natur och dess omvandling till andra energiformer.
Vi rekommenderar att instuderingsfrågorna används för att plugga inför kommande prov om värme men också för att få kluriga begrepp förklarade för sig. De går också jättebra att använda för att du som inte kommit i kontakt med termodynamik innan ska förstå den, men då gärna i kombination med Youtubeklippen från vår Youtubebank. Söker du efter något specifikt begrepp använd sökrutan till höger eller sökfunktionen i din webbläsare (öppnas genom att trycka på knapparna ctrl + f samtidigt).
TRYCK HÄR: För övningsuppgifter som handlar om termodynamik
Studerar du inför prov och vill förhöra dig själv så finns samma frågor fast utan svar här.
Värme i Fysik 1 handlar mycket om resonemang utifrån diagram på smältning/stelning, uppgifter där något värms upp eller kyls ner men också en del uppgifter som är rena resonemangsuppgifter. Ett sådant exempel är ”Hur lyder termodynamikens första huvudsats?”
Om du ser något som är fel eller en fråga som behöver förklaras så tveka inte utan hör av dig till oss! Det hade uppskattats otroligt mycket, både av oss och alla andra som läser. Tack på förhand!
Instuderingsfrågor
1. Vilka är termodynamikens första och andra huvudsats?
Energiprincipen är termodynamikens första huvudsats. Den säger att energi varken kan skapas eller förstöras utan endast omvandlas samt att värme är en form av energitransport.
Termodynamikens andra huvudsats säger att den totala entropin (oordningen) i universum ökar, vilket gör att naturliga processer endast kan ske spontant i en riktning. Alltså att värme inte kan överföras från ett kallare föremål till ett varmare utan det är alltid det omvända som sker.
Behöver du en riktigt genomgång? Kika då in på Youtubebanken för att se två videos om precis denna frågan.
2. Vad är specifik värmekapacitet? Hur beräknas den specifika värmekapaciteten? Vad används det till?
Den specifika värmekapaciteten beskriver den energimängd som omsätts då temperaturen förändras 1 K (som också är lika mycket som 1 grad Celsius) för 1 kg av ett ämne.
\[
E = c \times m \times \Delta T
\]
där \( E \) är energi (J), \( c \) är specifik värmekapacitet, \( m \) är massa (kg) och \( \Delta T \) är temperaturförändring (K). Symbolen är \( c \) och enheten är \( \frac{kJ}{(kg \times K)} \).
c är den specifika värmekapaciteten och det är en konstant som skiljer sig mellan olika ämnen. Du finner det olika konstanterna i ditt formelblad.
Kom ihåg! Så länge det endast är skillnaden i temperatur som ska beräknas så behöver du inte omvandla Celsius till Kelvin utan då går det bra att räkna med skillnaden i Celsius eftersom en förändring med en grad Kelvin är lika mycket som en förändring i en grad Celsius. Men se upp, är det inte skillnad i temperatur du ska använda dig av så måste du omvandla grader Celsius till Kelvin för annars blir det fel!
Var det lite klurigt? Låt Tomas Sverin förklara begreppet för dig.
3. Vad är värmekapacitet?
Värmekapacitet används för enskilda föremål som till exempel en termos. Den beskriver den energimängd som omsätts då temperaturen förändras 1 k(eller 1 grad Celsius) för 1 kg av ett föremål. Värmekapaciteten beräknas på samma vis som den specifika värmekapaciteten fast utan att ta med den ämnesspecifika konstanten (c).
\[
E = m \times \Delta T
\]
där \( E \) är energi (J), \( m \) är massa (kg), \( \Delta T \) är temperaturförändring (K),
symbolen är \( C \) och enheten är \( \frac{kJ}{K} \).
4. Vilken är skillnaden på specifik värmekapacitet och värmekapacitet?
Specifik värmekapacitet och värmekapacitet är två väldigt lika begrepp men den specifika värmekapaciteten innehåller ytterligare en variabel (c). Värmekapaciteten används för enskilda föremål som en kastrull eller termos medan den specifika värmekapaciteten avser ett specifikt ämne.
5. Vad är ett aggregationstillstånd?
Ett aggregationstillstånd är det olika former ett föremål kan befinna sig i beroende på temperatur och tryck. De tre vanligaste aggregationstillstånden är: fast form, flytande form och gasform.
Vilket aggregationstillstånd ett ämne befinner sig i beror på hur mycket dess molekyler rör sig. Till exempel rör sig molekylerna i gasform mycket mer än de rör sig i fast form. Trycket påverkar också. Ett högt tryck, desto mer packade är molekylerna och desto mindre kan de röra sig vilket gör att temperaturen som krävs för att till exempel vatten ska övergå från flytande form till gasform höjs.
Behöves det en till förklaring? Titta på detta klippet i så fall.
6. Vilka fasövergångar finns?
Bilden beskriver de olika fasövergångarna för vatten men det går att applicera på alla ämne. När ett ämne övergår från flytande form till fast form sker en frysning/stelning. Därifrån kan det antingen sublimeras (från fast- till gasform), eller ske en smältning (från fast- till flytande form). Från flytande form kan ämne även förångas/avdunstas till gasform. I gasform kan ämnet antingen sublimeras till is eller återgå till flytande form genom att kondenseras.
Här är en video som beskriver faserna och de olika övergångarna. (OBS samma video som till fråga 5)
7. Vad är skillnaden mellan temperatur och värme?
Temperatur är ett mått på atomernas och molekylernas rörelseenergi medan värme är den energi som flödar från en varm kropp till en kall kropp utan att något arbete utförs. Värme flödar genom att de snabba molekylerna ”knuffar” på det långsamma molekylerna och på så sätt minskar det sin rörelseenergi och de molekylerna som blir knuffade, deras rörelseenergi ökar.
Behöver du se det för att förstå? Tryck här för att få se en video.
8. Vad händer vid en fasövergång?
För att bryta bindningar krävs energi, på grund av detta är temperaturen vid fasövergångarna konstant eftersom den tillförda energin används för att bryta bindningarna istället för att öka temperaturen. Till exempel vatten som har smältpunkten 0 grader Celsius stiger aldrig över den temperaturen innan all is har smält. Det eftersom energin går åt för att bryta bindningarna.
Vid beräkningar på energi som omsätts vid fasövergångar:
\[
E_s = m \times l_s \]
\[E_s = \text{smältenergi}, \quad l_s = \text{specifik smältentalpi} \]
\[ E_å = m \times l_å \]
\[ E_å = \text{ångbildningsenergi}, \quad l_å = \text{specifik ångbildningsentalpi}
\]
Har du hittat något fel eller någon konstig förklaring? Kontakta oss så rättar vi till det!
Till nästa kapitel – Mekanik