x
Učitavanje

4.1 Unutarnja energija, toplina i temperatura

Europska unija, Zajedno do fondova EU
Sadržaj jedinice
Povećanje slova
Smanjenje slova
Početna veličina slova Početna veličina slova
Visoki kontrast
a Promjena slova
  • Verdana
  • Georgia
  • Dyslexic
  • Početni
Upute za korištenje

Na početku...

Što se događa kada zagrijavamo led?

Mijenja li se ledu zagrijavanjem agregacijsko stanje?

Led se nalazi u čvrstom stanju. Zagrijavanjem led se topi i mijenja agregacijsko stanje u tekuće.

Daljnjim zagrijavanjem tekućina prelazi u plinovito stanje.

Agregacijska stanja su stanja u kojima tvari nalazimo u prirodi. Najčešće ih nalazimo u jednom od triju stanja: čvrstom, tekućem ili plinovitom.

Tijela mogu prelaziti iz jednoga agregacijskog stanja u drugo. Većina tvari iz čvrstog stanja zagrijavanjem prelazi u tekuće stanje, a daljnjim zagrijavanjem iz tekućeg stanja prelazi u plinovito. No, postoje i tvari koje iz čvrstog stanja izravno prelaze u plinovito.

Od čega su tvari građene?

Sve tvari građene su od vrlo sitnih čestica koje su ljudskom oku nevidljive i između kojih se nalazi prazan prostor koji nazivamo međuprostor ili vakuum. U čvrstim tijelima kemijske veze među česticama tvari jake su i teško se raskidaju. U tekućinama su te veze slabije nego u čvrstim tvarima, a u plinovima su čestice povezane veoma slabim vezama pa se zato one raspršuju po prostoru. Čestice tvari su u neprestanom gibanju.

Utječe li zagrijavanje tijela na gibanje čestica unutar tijela?

Što uočavamo? Razmislite zbog čega nam za čaj treba topla voda. Što se dogodilo?

U vrućoj vodi čestice se gibaju brže nego u hladnoj vodi. Zbog bržeg gibanja čestica u vrućoj vodi one imaju i veću kinetičku energiju od onih u hladnoj vodi. Čestice vode prilikom gibanja predaju dio svoje kinetičke energije česticama čaja, pa se čestice čaja u vrućoj vodi brže prošire nego u hladnoj. Čestice vode unutar šalice nalaze se na različitim udaljenostima jedne od drugih te zbog međusobnog položaja imaju potencijalnu energiju.

Čestice imaju kinetičku i potencijalnu energiju i to je energija čestica unutar tvari koju nazivamo unutarnja energija tijela.

Unutarnja energija tijela zbroj je kinetičkih i potencijalnih energija svih čestica tijela.

Pokus

Balon na boci koja se nalazi u hladnoj vodi je ispuhan, dok se  u toploj vodi napuše.

Topli hladni balon

Potrebno:

Postupak:

Napunite jednu posudu toplom, a drugu hladnom vodom. Balon navucite na grlo boce. Uronite vodu s balonom u posudu s hladnom vodom.

Što uočavate? Premjestite bocu s balonom u posudu s vrućom vodom. Hoće li se išta dogoditi? Zašto se balon napuhao? Što će se dogoditi ako balon vratite u hladnu vodu?

Topla voda zagrije zrak u balonu pa se čestice zraka počnu brže gibati i udaljavati jedna od druge. Unutarnja energija zraka unutar balona je veća. Na taj način povećava se obujam zraka u balonu i balon se napuše. Ako ponovno vratimo bocu u posudu s hladnom vodom, unutarnja energija zraka će se smanjiti, čestice će se približiti jedna drugoj, sporije će se gibati i obujam će se smanjiti. Balon će se ispuhati.


Kako povećati unutarnju energiju hladne vode?

Primjer 1.

Lončić s vodom na električnom štednjaku

Što će se dogoditi kada lončić s hladnom vodom stavimo na električni štednjak koji je uključen? 


Električna energija pretvara se u unutarnju energiju vode i voda se zagrijava.


Primjer 2.

Što će se dogoditi kada u šalicu vrućeg čaja stavimo metalnu žličicu kako bi promiješali čaj?

Žličica će se zagrijati i unutarnja energija će joj se povećati, a čaj će se ohladiti i unutarnja energija će mu se smanjiti. Čaj je predao dio svoje unutarnje energije žličici te joj se unutarnja energija povećala.


Dio unutarnje energije tijela koji prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo naziva se toplina.

Toplina prelazi s toplijeg čaja na hladniju žličicu

Toplinu označavamo oznakom Q . Toplina je energija pa ju iskazujemo mjernom jedinicom J (džul). ​

Zanimljivost

Mjerna jedinica topline je džul ( J ), međutim stara mjerna jedinica bila je kalorija.

1 cal= 4,186 J

Kalorija je mjerna jedinica koja se u prehrani koristi kao mjera energetskog sastava hrane.

Energija koju dobivamo iz raznih namirnica izražava se uglavnom u kilokalorijama ( kcal ). Tablice s energetskim sastavom hrane najčešće se koriste u planiranju zdrave prehrane ili prehrane sportaša.

Energija sama od sebe prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo kada su ona u dodiru. Sve dok postoji razlika u unutarnjim energijama, energija prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo. Nakon nekog vremena tijela će biti u toplinskoj ravnoteži i imat će jednake temperature.

Zagrijanost tijela

Temperatura je mjera zagrijanosti tijela.

Temperaturu označavamo oznakom T i iskazujemo mjernom jedinicom kelvin ( K ), ali i oznakom t kada je iskazana mjernom jedinicom Celzijev stupanj C) .

Što tijelo ima veću unutarnju energiju, veća mu je temperatura.

Meteorološka postaja na Zrinjevcu
„Meteorološki stup, Zrinjevac“ , autor fotografije Suradnik13, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Meteoroloski_stup,_Zrinjevac.jpg, Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International, 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic. Fotografija je umanjena (Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International, 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic).

Kako znamo da je tijelo toplije ili hladnije?

Kutak za znatiželjne

Potrebno: 

Postupak:

Napunite čaše redom toplom, hladnom i mlakom vodom. Uronite jednu ruku u toplu vodu, a drugu u hladnu vodu. Nakon nekog vremena uronite obje ruke u mlaku vodu.

Što osjećate? Kakva je voda, topla ili hladna? Što zamjećujete? Jesu li naša osjetila dovoljno dobar pokazatelj zagrijanosti tijela? ​

Naš osjet nije pouzdano mjerilo i često nas vara. Da bismo točnije odredili koliko su tijela zagrijana, koristimo se fizičkom veličinom temperaturom.


...i na kraju

Unutarnja energija tijela zbroj je kinetičkih i potencijalnih energija svih čestica tijela. Dio unutarnje energije tijela koji prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo naziva se toplina. Sve dok postoji razlika u unutarnjim energijama, energija prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo. Temperatura je mjera zagrijanosti tijela.

  1. Zbroj kinetičkih i potencijalnih energija svih čestica tijela naziva se  energija.
    null
    null
  2. Energija koja prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo kada su ona u dodiru naziva se  .
    null
    null
  3. Mjera za zagrijanost tijela naziva se  .
    null
    null
  4. Poveži mjerne jedinice:

    Temperatura
     Kelvin ( K )
    Toplina
     Džul ( J )
    null
    null
  5. Poveži oznake fizičkih veličina:

    Toplina
    Q
    Temperatura
    T
    null
    null
  6. Toplina će prelaziti s tijela na tijelo sve dok se ne uspostavi toplinska ravnoteža.

    null
    null
  7. Temperatura je energija koju iskazujemo u džulima.

    null
    null
  8. Ako pri dodiru dvaju tijela nema prijelaza topline, kažemo da tijela imaju jednake temperature.

    null
    null
  9. Toplina prelazi s hladnijeg tijela na toplije tijelo.

    null
    null
  10. Što tijelo ima veću unutarnju energiju, veća mu je temperatura.

    null
    null
  11. Na ovo pitanje moguće je izabrati više točnih odgovora.

    Kada tijelo zagrijavamo, poveća mu se:

    null
    null

Idemo na sljedeću jedinicu

4.2 Toplinsko širenje tijela