Dane informacyjne

2. Dane informacyjne • Nazwa szkoły: • Gimnazjum nr 1 im. Prymasa Tysiąclecia w Kaliszu • ID grupy: • 98/73_mf_g2 • Kompetencja: • Matematyka, fizyka • Temat projektowy: • Ciepło, Zimno • Semestr/rok szkolny: • rok szkolny 2011/2012 semestr II

3. Jaka jest różnica między: Wrzeniem a parowaniem ?

4. Najpierw, czym jest parowanie, a czym jest wrzenie ? Parowanie (ewaporacja)jest to proces zmiany stanu skupienia. Polega na przejściu z fazy ciekłej danej substancji w fazę gazową (parę), co zachodzi z reguły na powierzchni cieczy. Parowanie występuje wtedy, gdy cząsteczka ma dostatecznie wysoką energię kinetyczną, by wykonać pracę przeciwko siłom przyciągania między cząsteczkami cieczy.

5. Wrzeniem natomiast nazywamy proces przemiany cieczy w gaz, podczas którego na całej objętości powstają pęcherzyki pary, które unoszą się ku górze dzięki sile wyporu. Po wypłynięciu na powierzchnię cieczy pękają a zawarta w nich para przechodzi do przestrzeni nad cieczą.

6. Temperatury wrzenia przykładowych substancji. Z obu definicji można wywnioskować, że oba zjawiska to przejście cieczy w stan lotny. W istocie, wrzenie jest parowaniem.

7. Różnica polega na tym, iż wrzenie zachodzi gwałtownie i w całej objętości cieczy jednocześnie. Jest to możliwe przy odpowiednim ciśnieniu w każdej temperaturze, w której może istnieć ciecz. Przy danym ciśnieniu zewnętrznym wrzenie cieczy zachodzi w określonej temperaturze, zwanej temperaturą wrzenia.

8. Zmiana temperatury wrzenia wody względem ciśnienia

9. Parowanie jest procesem spokojnym i stałym. Zachodzi tylko na powierzchni cieczy, która im jest większa, tym szybciej paruje. W przeciwieństwie do wrzenia, może odbywać się w całym zakresie ciśnień i temperatur, a nie tylko w jednej określonej temperaturze dla danej cieczy.

10. Podsumowanie: Parowanie Wrzenie zachodzi na powierzchni cieczy jest zjawiskiem, stałym, spokojnym może odbywać się w całym zakresie ciśnień i temperatur • zachodzi w całej objętości cieczy • zachodzi gwałtownie • zachodzi w określonej temperaturze dla określonej cieczy

11. I Zasada dynamiki • Pierwsza zasada termodynamiki – jedno z podstawowych praw termodynamiki, jest sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych. Zasada stanowi podsumowanie równoważności ciepła i pracy oraz stałości energii układu izolowanego Można ją sformułować następująco: zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła lub pracy

12. Wzór 1 Zasady Termodynamiki • Gdzie • U - zmiana energii wewnętrznej układu • Q - energia przekazana do układu jako ciepło • W – praca wykonywana w układzie

13. Bilans cieplny Bilans cieplny – w termodynamice to równanie opisujące sumę procesów cieplnych określonego układu termodynamicznego. W pewnym sensie kompletny zapis bilansu cieplnego jest równoważny sformułowaniu I zasady termodynamiki dla szczególnego przypadku analizowanego układu. Zgodnie z I zasadą termodynamiki, różnica energii termicznej dostarczanej i wydzielonej z układu równa się zmianie energii wewnętrznej układu. Gdy w układzie nie zachodzą procesy zmieniające jego energię wewnętrzną lub suma energii tych procesów jest równa 0, ciepło dostarczane do układu musi być równe ciepłu wydzielanemu. Prowadzi to do wniosku, że w układzie zamkniętym, suma procesów cieplnych jaka w nim zachodzi nie może zmienić jego ogólnej energii wewnętrznej. Każdy bilans ciepła można zapisać z "punktu widzenia" układu lub otoczenia. Tradycyjnie, w konwencji termodynamicznej, bilans ciepła pisze się zawsze "z punktu widzenia" analizowanego układu. Stąd, w bilansie tym ciepło dostarczane dla układu jest zapisywane jako wartość dodatnia, a ciepło wydzielane jako wartość ujemna. Dla układów, w których przeważają procesy egzotermiczne (układ generuje energię termiczną) bilans ciepła przyjmuje zatem wartość ujemną, zaś w układach, w których przeważają procesy endotermiczne (układ pochłania ciepło), bilans ciepła przyjmuje wartość dodatnią. W zastosowaniach "inżynierskich", często wygodniej jest przyjąć konwencję pisania bilansu "z punktu widzenia" otoczenia, co powoduje, że znaki dla ciepła dostarczanego i wydzielonego są odwrócone w stosunku do konwencji termodynamicznej.

14. Bilans Cieplny uwzględnia • - Sumę ciepła dostarczanego do układu z otoczenia • - Sumę ciepła, którą układ wydziela na zewnątrz • - Efekt cieplny procesów zachodzących wewnątrz układu

15. Co to są składniki odżywcze? • Składnikami odżywczymi nazywamy substancje, które są niezbędne dla życia, prawidłowego wzrostu i rozwoju oraz dla zapewnienia dobrego zdrowia. Są one zawarte w pożywieniu. Po spożyciu i trawieniu pokarmów w przewodzie pokarmowym, składniki odżywcze mogą być wchłonięte i zmetabolizowane w organizmie. Każdy ze składników odżywczych pełni określoną rolę, której nie jest w stanie spełnić inny składnik. Dieta niedoborowa w poszczególne składniki odżywcze prowadzi z czasem do niezaspokojenia potrzeb ustroju i naruszenia jego rezerw. Efektem tego stanu jest nadmierny rozpad tkanek, postępujące wyniszczenie, niedobory witamin lub minerałów - a w skrajnych przypadkach - zgon. Podstawowymi składnikami odżywczymi niezbędnymi dla życia i dobrego zdrowia są: • -białka • -tłuszcze • -węglowodany • -woda • -składniki mineralne • -witaminy.

16. Białka • Białko jest najważniejszym składnikiem pokarmowym i jest niezbędne do utrzymania życia. Nie może być zastąpione żadnym innym składnikiem. Stanowi zasadniczy element budowy wszystkich tkanek, a odpowiedni jego dowóz decyduje o stanie zdrowia. Białko najlepszej jakości występuje w produktach pochodzenia zwierzęcego (w mięsie zwierząt, ryb, drobiu, w mleku i jego przetworach, w jajach). Białko pochodzenia roślinnego zalicza się do białek niepełnowartościowych. Przy spożywaniu go w zbyt małych ilościach lub o niskiej jakości, czynność komórek ulega upośledzeniu, manifestującym się zwiększeniem podatności na zakażenia i choroby. Stosowanie diety niskobiałkowej przez dłuższy czas hamuje wzrost, powoduje rozpad i zużycie własnych tkanek ustroju bez możliwości ich odnowy. Zastosowanie natomiast zbyt dużej ilości białka w diecie może być przyczyną gromadzenia się w nadmiarze produktów ich rozpadu (np. kwasu moczowego), wzrostu stężenia mocznika, potasu, fosforu we krwi, a jeśli nerki są niewydolne - zakwaszenia ustroju. • Organizm człowieka nie ma możliwości tworzenia rezerw białka. Jego źródłem w stanach niedoboru w diecie są prawie wyłącznie mięśnie.

17. Tłuszcze • Tłuszcze mogą być gromadzone w ustroju pod postacią tkanki tłuszczowej, której ilość waha się znacznie pomiędzy poszczególnymi ludźmi. Wyróżniamy tłuszcze w dwóch postaciach różniących się od siebie budową kwasów tłuszczowych, są to: • - nienasycone kwasy tłuszczowe • -nasycone kwasy tłuszczowe. • Nasycone kwasy tłuszczowe zawarte są przede wszystkim w tłuszczach i produktach zwierzęcych - maśle, smalcu, boczku, mięsach, wędlinach, śmietanie i tłustych serach. • Nienasycone kwasy tłuszczowe zawarte są w tłuszczach roślinnych - w olejach słonecznikowym, sojowym, kukurydzianym, rzepakowym i w oleju rybim. • Uważa się, że tłuszcze nienasycone są zdrowsze i one powinny przeważać w diecie. Niedobór niezbędnych kwasów tłuszczowych w diecie może być przyczyną obniżonej odporności oraz licznych chorób skóry i naczyń krwionośnych. Jednym z podstawowych tłuszczów gromadzonych w ustroju jest cholesterol. Nadmiar cholesterolu w organizmie przyspiesza procesy miażdżycowe.

18. Węglowodory • Węglowodany są źródłem energii i ciepła, i są niezbędne do metabolizowania innych składników odżywczych, takich jak białka i tłuszcze. Z praktycznego punktu widzenia węglowodanami są głównie: • -skrobia (wielocukier) • - glukoza (cukier prosty) • -sacharoza (dwucukier, cukier spożywczy). • Skrobię spotykamy w wielu produktach spożywczych - pieczywie, przetworach mącznych i zbożowych, ryżu, ziemniakach, warzywach okopowych i jarzynach. Produkty skrobiowe zawierają ponadto inne składniki (witaminy, sole mineralne, pierwiastki śladowe) i niewielkie ilości białek. • Cukier (sacharoza) jako źródło energii i ciepła nie jest niezbędny do życia. Wchodzi w skład dżemów, marmolad, cukierków i wielu innych produktów nie zawierających z reguły już żadnych innych składników odżywczych (poza niektórymi witaminami). Owoce są bogatym źródłem cukrów prostych - glukozy i fruktozy.

19. Woda • Woda jest niezbędna do życia, ponieważ każdy proces toczący się w naszym organizmie ma miejsce w środowisku wodnym. Człowiek potrzebuje dziennie około 2 do 3 litrów wody, jakkolwiek ilość ta jest osobniczo bardzo zmienna. Zależy ona ponadto od strat drogą nerek (mocz), strat ze stolcem, poprzez pocenie i parowanie przez skórę, wydychanie przez płuca i od temperatury zewnętrznej, i jest różna w różnych stanach chorobowych.

20. Sole mineralne • W ciele człowieka występuje wiele pierwiastków chemicznych. Są one ważnym składnikiem budulcowym i biorą udział w regulacji procesów zachodzących w komórkach. Najczęściej mają postać związków zwanych solami mineralnymi, które znajdują się niemal w każdym pokarmie. Ich uzupełnianie nie jest trudne pod warunkiem, że nasze pokarmy są urozmaicone.

21. Ciała amorficzne • Ciało amorficzne inaczej ciało bezpostaciowe - stan skupienia materii charakteryzujący się własnościami reologicznymi zbliżonymi do ciała krystalicznego, w którym nie występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu. Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym (tzn. nie może płynąć), ale tworzące je cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach. •  Faza amorficzna rzadko występuje w całej objętości substancji spotykanych w praktyce, lecz zwykle współistnieje z fazą krystaliczną. Amorfizm występuje w wielu substancjach takich jak metale i stopy metali, szkło, opale a także bursztynie.

22. Obsydiant Bursztyn

23. Ciała krystaliczne • Ciało krystaliczne to ciało stałe w którym cząsteczki są ułożone w uporządkowany schemat powtarzający się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. W objętości ciała cząsteczki zajmują ściśle określone miejsca, zwane węzłami sieci krystalicznej, i mogą jedynie drgać wokół tych położeń. •  Ciała krystaliczne dzielimy na: • -polikryształy - składają się z wielu, połączonych ze sobą kryształów-monokryształ- złożony z jednego kryształu, np. cukier

25. Ciepło właściwe Ciepło właściwe, to ciepło potrzebne do zwiększenia temperatury ciała o jednostkowej masie o jedną jednostkę.

26. Wzór Gdzie: ΔQ – dostarczone ciepło; m – masa ciała; ΔT – przyrost temperatury. To samo ciepło właściwe można zdefiniować również dla chłodzenia. W układzie SI jednostką ciepła właściwego jest dżul przez kilogram i przez kelwin:

27. Ciepło właściwe jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji w danej temperaturze (jest stałą materiałową). Może zależeć od temperatury, dlatego precyzyjniejszy jest wzór zapisany w postaci różniczkowej:

28. Ciepła właściwe ciał stałych i cieczy woda 4189,9[1] 76[2] • gliceryna 2386[1] 219[3] • olej hydrauliczny 1885[1] • glin 900[4] 24,4 • węgiel 507[4] 6,11 • miedź 386[4] 5,85 • ołów 128[4] 6,32 • srebro 236[4] 6,09 • wolfram 134[4] 5,92 • ___________________________________ Substancja Ciepło właściwe (warunki standardowe)

29. Ciepło topnienia

30. Wzór • Ciepło topnienia, to ilość energii potrzebnej do stopienia jednostki masy danej substancji. W układzie SI jednostką ciepła topnienia jest J/kg (dżul na kilogram). Zależność ciepła pobranego przez substancję od masy substancji jest wyrażona przybliżonym, doświadczalnym wzorem:

31. Topnienie przeprowadzane jest zazwyczaj przy stałym ciśnieniu, dlatego odpowiada ono entalpii przemiany i jest zwane entalpią topnienia.

32. Wzór Ciepło topnienia wyrażone w dżulach na mol (J/mol) nazywa się molowym ciepłem topnienia. Jest to ciepło pobrane przez 1 mol substancji podczas topnienia, gdy substancja pozostaje w temperaturze topnienia. Pobierane ciepło wyraża wzór: gdzie n – liczba moli substancji, qm – molowe ciepło topnienia.

33. Wzór Zależność pomiędzy oboma ciepłami topnienia ma postać: gdzie μ jest masą molową danej substancji.

34. Ciepło topnienia wybranych substancji: Materiał Ciepło topnienia Materiał Ciepło topnienia Magnez 373 8,48[1] Mangan 264 12,91[1] Sód 113 2,601[2] Nikiel 301 17,04[1] Fosfor 21 0,66[1] Platyna 100 22,17[1] Rtęć 11,3 2,292[2] Tlen 13 0,444[2] Siarka ( 38 1,72[1] Srebro 105 11,30[2] Krzem 142 50,21[1] Wosk 176 Wodór 59 0,117[2] Bizmut 54 11,15[1] Wolfram 193 52,31[1] Cynk 100 7,07[1] Cyna 59 7,17[1] • Aluminium 398 10,79[1] • Antymon 163 19,79[1] • Ołów 25 4,78[1] • Chrom 314 21,0[1] • Woda (lód) 333,7 6,008[2] • Żelazo 268 13,81[1] • Złoto 63 12,72[1] • Kadm 54 6,21[1] • Potas 63 2,35[2] • Kobalt 260 16,06[1] • Dwutlenek węgla 180 8,33[2] • Miedź 205 12,93[1]

35. Trzy stosowane na świecie skale temparatur to: • -skala Celsjusza, • -skala Kelvina, • -skala Fahrenheita.

36. Skala Celsjusza • Została wynaleziona przez szwedzkiego uczonego Andersa Celsiusa. Zaproponowana przez niego skala temperatur była początkowo odwrotna do tej, którą znamy współcześnie. Początkiem skali był punkt wrzenia wody, czyli 0 stopni, a końcem punkt jej zamarzania- 100 stopni. Dopiero później stwierdzono, że bardziej praktycznie będzie odwrócić skalę. Tak zostało do dziś.

37. Skala Kelvina • Jest to skala absolutna, czyli jej początek- 0 stopni wyznacza najniższa teoretycznie możliwa temperatura- zero absolutne, które w stopniach Celsjusza wynosi -273,16. Jeden stopień tej skalijest równy tyle samo, co jedenstopień Celsjusza. Skala taużywana jest przede wszystkimprzez naukowców.

38. Skala Fahrenheita Zaproponował ją Daniel Gabriel Fahrenheit. Według jego skali 100 stopni miało być temperaturą ciała człowieka. Mierzył ją jednak u siebie, gdy miał stan podgorączkowy, i teraz 100 stopni Fahrenheita odpowiada mniej więcej 37,8 stopniom Celsjusza. 0 stopni Fahrenheita to z kolei temperatura zamarzania mieszaniny wody z solą, czyli około 16 stopni Celsjusza. Skala ta jest używana głównie w krajach anglosaskich.

39. Wzory na przeliczanie skal skala Celsjusza na Kelvina TKelvina = TCelsjusza + 273,16o skala Kelvina na Celsjusza TCelsjusza = TKelvina – 273,16o skala Celsjusza na Fahrenheita TFahrenheita = 32o + TCelsjusza skala Fahrenheita na Celsjusza TCelsjusza = (TFahrenheita – 32o)

41. Komfort cieplny - stan, w którym człowiek czuje, że jego organizm znajduje się w stanie zrównoważonego bilansu cieplnego, tzn. nie odczuwa ani uczucia ciepła, ani zimna. Dodatkowo komfort termiczny oznacza, że nie występuje żadne niepożądane nagrzewanie lub chłodzenie poszczególnych części ciała, na przykład chłodzenie karku i szyi przez przeciągi, czy nagrzewanie nóg przez ciepło promieniujące ze zbyt ciepłej podłogi. W przypadku pomieszczeń określenie uczucia komfortu jest problematyczne, gdyż jest ono odczuwane indywidualnie i subiektywnie. Ideałem byłby system gwarantujący jak najmniejszy procent ludzi niezadowolonych z panujących warunków.

42. PMV- (en. Predicted Mean Vote) jest wskaźnikiem, który przewiduje średnią ocenę dużej grupy osób określających swe wrażenia cieplne w siedmiostopniowej skali ocen: • + 3 – gorąco • + 2 – ciepło • + 1 – dość ciepło • 0 - obojętnie • - 1 - dość chłodno • - 2 – chłodno • - 3 – zimno

43. Wskaźnik PMV można określić, gdy zostanie oceniona aktywność fizyczna człowieka, oporność cieplna odzieży i gdy zostaną zmierzone następujące parametry środowiska: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, prędkość ruchu powietrza i cząstkowe ciśnienie pary wodnej. Wskaźnik PMV oparty jest na równowadze cieplnej ciała ludzkiego. • Zaleca się, aby wskaźnik PMV mieścił się w zakresie: -0,5<PMV<+0,5

44. Zakres temperatur dających dobre samopoczucie • Zakres temperatury powietrza, w której człowiek czuje się dobrze, jest bardzo zróżnicowany. Zależy on od preferencji osobistych, ubrania, odżywienia, pory roku, wieku, płci. Na przykład, temperatury zapewniające dobre samopoczucie, są zazwyczaj wyższe dla kobiet i osób starszych niż dla mężczyzn i osób młodszych. Ponadto w wyższych temperaturach człowiek czuje się lepiej latem niż zimą.

45. Temperatura powietrza a temperatura otaczających powierzchni • Badania wzajemnych wpływów temperatury powietrza i otaczających powierzchni (nazywaną temp. promieniowania) wykazały, że odczucie temperatury przez człowieka odpowiada w przybliżeniu średniej pomiędzy wartościami tych obu temperatur. Duże różnice pomiędzy temperaturą powietrza a temperaturą promieniowania odczuwane są przez człowieka jako dyskomfort nawet przy wystarczająco wysokich temperaturach powietrza. Szczególnie nieprzyjemne są duże, zimne powierzchnie ścian lub okien.

46. Optymalne temperatury powietrza • Jeżeli badaną osobę umieści się w komorze klimatycznej i podda ją działaniu różnych temperatur, można ustalić zakres, w którym zachowana zostaje równowaga cieplna organizmu. Zakres ten nazywa się strefą regulacji naczyniowo-ruchowej, gdyż w obrębie tych granic gospodarka cieplna jest utrzymywana w równowadze, głównie w wyniku regulacji rozmieszczenia krwi.

47. Ten zakres temperatur określany jest jako strefa zapewniająca dobre samopoczucie. Zimą, dla osoby ubranej, powinna mieścić się ona przeważnie między 20ºC a 23ºC.

48. Przy podniesieniu temperatury powyżej tego zakresu powstaje najpierw niewielki dodatni bilans cieplny i występuje ogrzanie się ciała. Ten zakres temperatury nazywa się strefą regulacji cieplnej przez wyparowanie wody. Jeżeli rozgrzanie przekroczy określoną wartość (tolerancja upału), wewnętrzna ciepłota ciała gwałtownie rośnie, co w stosunkowo krótkim czasie prowadzi do śmierci z powodu udaru cieplnego.

49. Zakres temperatury leżącej poniżej strefy regulacji naczyniowo-ruchowej charakteryzuje się ujemnym bilansem cieplnym organizmu, gdyż w obrębie tego zakresu cały ubytek ciepła przewyższa jego wytwarzanie we wnętrzu ciała. Ten zakres nazywa się strefą fizycznego oziębienia. Utrata ciepła dotyczy przy tym znowu najpierw obwodowych części ciała, które przez pewien czas mogą wytrzymać deficyt ciepła. Przy skrajnym wyziębieniu organizmu dochodzi do hipotermii.

50. Prawidłowa wentylacja Dobry system wentylacji czy klimatyzacji powinien zagwarantować odpowiedni komfort w pomieszczeniu. Ważne jest zachowanie odpowiedniego rozkładu temperatury, prędkości powietrza, czystości powietrza (mechanicznego i fizykochemicznego) oraz niskiego poziomu hałasu.