Fysiikka 2

LÄMPÖ

Fysiikkaa on vaikea tehdä tai edes kunnolla hahmottaa ilman lämpöopin tuntemusta. Sellaiset lämpöopin suureet kuten lämpötila, energia tai teho ovat läsnä niin monissa ilmiöissä, että niiden sisäistäminen on välttämätöntä.


Lämpöoppi kuvaa aivan erityisesti sellaisia systeemejä, jotka koostuvat monista rakenneosasista. Esimerkiksi kaasulla täytetyssä ilmapallossa on niin paljon kaasumolekyylejä, että sen mallintaminen näiden osasten kautta mikrotasolla on käytännössä lähes mahdotonta. Makroskooppinen kuvaus tilavuuden, lämpötilan ja paineenavulla sen sijaan onnistuu oikein hyvin.


Energiankäsite on lämpöopin ilmiöiden keskiössä. Energiaa muuttuu muodosta toiseen, mutta sen kokonaismäärä säilyy aina. Auringon tai polttoaineiden energiaa käytetään kotien lämmitykseen ja älypuhelinten lataamiseen. Vedenkeitin käyttää sähköenergiaa veden lämmittämiseen ja kytkeytyy pois päältä ennen kuin energiaa tuhlaantuu veden höyrystämiseen.


Energiankäyttömme on jatkuvassa kasvussa ja tästä seuraa monia uhkakuvia, näkyvimpänä niistä ilmastonmuutos. Poltamme ilmastoamme lämmittäviä fossiilisia polttoaineita sellaisella tahdilla, että sekä ihmisellä että muulla luonnolla on vaikeuksia sopeutua muuttuvaan tilanteeseen.


Jotta nykyisillä ja tulevilla sukupolvilla olisi mahdollisimman hyvät edellytykset hyvään elämään, täytyy meidän osata arvioida,kehittää ja mukauttaa sekä energiantuotantotapojamme että energiankulutustamme. Näiden kysymysten käsittely ja niistä keskustelu edellyttää lämpöopin perusperiaatteiden tuntemusta.


Tapio Salminen, FT

Sisällys

Lämpöoppi ja sen suureet

Termodynaamiset systeemit

Aineen olomuodot

Lämpöliike ja lämpötila

Paine

Liike-energia

Potentiaalienergia

Sisäenergia

Energian säilymislaki

Työ

Lämpö

Teho ja hyötysuhde

Lämpöopin I pääsääntö

Lämpöopin II pääsääntö

Lämpölaajeneminen

Pinta-alan ja tilavuuden muutokset lämpölaajenemisessa

Veden lämpölaajeneminen

Kaasujen ominaislämpökapasiteetti ja laajenevan kaasun tekemä työ

Lämpökapasiteetti

Faasikaavio

Olomuodonmuutokset ja energia

Energialähteet ja energiantuotanto

Energiantuotannon perusperiaatteet

Erilaisia energiantuotantotapoja

Energiaa ilman polttoaineita

Polttoaineisiin perustuva energiantuotanto

Energiantuotanto Suomessa ja maailmalla

Energiantuotannon ja -käytön tulevaisuus

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

  • osaa käyttää ja soveltaa lämpöilmiöiden käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä

  • osaa tutkia aineen termodynaamiseen tilaan ja olomuodon muutoksiin liittyviä ilmiöitä

  • syventää ymmärrystään energiasta fysiikan keskeisenä käsitteenä

  • kehittää valmiuksia osallistua ympäristöä ja teknologiaa koskevaan päätöksentekoon.