⑦ Varme & termodynamikk 🌡️
Varme er energi i bevegelse – fra varm til kald. Termodynamikkens lover er noen av de mest fundamentale i hele vitenskapen. Og nei, du kan ikke bygge en maskin som gir mer energi ut enn inn!
📐 Formler
| Størrelse | Formel | Beskrivelse | Enhet |
|---|---|---|---|
| Varmetilførsel | Q = m · c · ΔT | c = spesifikk varmekapasitet | J |
| Smeltevarme | Q = m · L_f | L_f = smeltevarme (J/kg) | J |
| Fordampingsvarme | Q = m · L_v | L_v = fordampingsvarme (J/kg) | J |
| Celsius ↔ Kelvin | T [K] = T [°C] + 273,15 | Absolutt temperatur | K |
| Varmeutveksling | Q_avgi = Q_motta | Varmemengde er bevart ved blanding | J |
| Varmeledning | P = k·A·ΔT / d | k = varmeledningsevne, A = areal, d = tykkelse | W |
| Stoff | c (J/kg·K) | L_f (kJ/kg) | L_v (kJ/kg) |
|---|---|---|---|
| Vann | 4186 | 334 | 2260 |
| Jern | 450 | 247 | 6340 |
| Aluminium | 900 | 397 | 10500 |
| Luft (≈) | 1005 | — | — |
💡 Vann har ekstremt høy varmekapasitet (4186 J/kg·K) – det er derfor havet regulerer klimaet og termoser holder kaffen varm!
🃏 Vippekort
Varme vs. temperatur
Klikk for forskjell
Varme (Q) er energi i transport. Temperatur er et mål på kinetisk energi per partikkel.
Varmekapasitet c
Klikk for definisjon
Energi per kg per Kelvin temperaturøkning
Q = m·c·ΔT
Smeltevarme L_f
Klikk for definisjon
Energi som trengs for å smelte 1 kg stoff uten temperaturendring
Q = m·L_f
Kelvin-skala
Klikk for info
Absolutt temperaturskala. 0 K = absolutt nullpunkt (ingen termisk bevegelse)
K = °C + 273,15
Varmeledning
Klikk for forklaring
Varme ledes gjennom fast stoff via partikkelkollisjoner. Metaller leder godt.
Konveksjon
Klikk for forklaring
Varmetransport via bevegelse av væske/gass. Varm luft stiger, kald synker.
Stråling
Klikk for info
Varmetransport via elektromagnetisk stråling. Trenger ikke medium – virker i vakuum (sol → jord).
Termodynamikkens 2. lov
Klikk for innhold
Varme flyter alltid fra varm til kald. Entropi øker alltid i isolerte systemer. Ingen evighetsmaskin!
📝 Eksempel – trinn for trinn
Hvor mye energi trengs for å varme opp 2 kg vann fra 20°C til 100°C og deretter koke det bort? (c_vann = 4186 J/kg·K, L_v = 2 260 000 J/kg)
1
Energi for temperaturøkning (20→100°C):
Q₁ = m·c·ΔT = 2·4186·80 = 669 760 J ≈ 670 kJ
2
Energi for fordampning (100°C → damp):
Q₂ = m·L_v = 2·2 260 000 = 4 520 000 J = 4520 kJ
3
Total energi:
Q_total = Q₁ + Q₂ = 670 + 4520
≈ 5190 kJ = 5,19 MJ
EKSEMPEL 2
0,5 kg jern (T=500°C) blandes med 2 kg vann (T=20°C). Hva er likevektstemperaturen? (c_jern=450, c_vann=4186)
Q_jern = Q_vann → 0,5·450·(500−T) = 2·4186·(T−20) → 225(500−T) = 8372(T−20) → T ≈ 31,5°C
🧮 Varmekalkulator
Beregn varmemengde Q = m·c·ΔT
🎯 Quiz