FY3 käsitteet

Question 1

absoluuttinen nollapiste

Answer 1

Systeemin tila, jossa kaikki liike on pysähtynyt, termodynaaminen lämpötila 0K

Question 2

avoin systeemi

Answer 2

Termodynaaminen systeemi on avoin, jos se vaihtaa ympäristönsä kanssa sekä ainetta että energiaa.

Question 3

eristetty systeemi

Answer 3

Termodynaaminen systeemi on eristetty, jos se ei vaihda ympäristönsä kanssa ainetta eikä energiaa – eristetty systeemi ei siis ole vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa.

Question 4

makrotaso

Answer 4

Makrotasolla tarkastelun kohteena on koko kappale.

Question 5

mikrotaso

Answer 5

Mikrotason malleissa fysiikan ilmiöitä kuvataan aineen rakenneosasten, kuten molekyylien ja atomien avulla. Mikrotason mallit selittävät makrotason ilmiöitä.

Question 6

sisäenergia

Answer 6

Systeemin sisäenergialla tarkoitetaan rakenneosasten lämpöliikkeen liike-energioiden ja rakenneosasten välisiin vuorovaikutuksiin liittyvien potentiaalienergioiden summaa. Sisäenergia voi muuttua työn tai lämmön seurauksena.

Question 7

suljettu systeemi

Answer 7

Termodynaaminen systeemi on suljettu, jos se vaihtaa ympäristönsä kanssa energiaa mutta ei ainetta.

Question 8

termodynaaminen systeemi

Answer 8

Termodynaamiset systeemit jaetaan kolmeen perustyyppiin: systeemi voi olla eristetty, suljettu tai avoin. Perustyypit ovat malleja, joilla kuvataan systeemin ja ympäristön välistä vuorovaikutusta.

Question 9

tilanmuuttujat

Answer 9

Termodynaamisen systeemin tilaa kuvataan tilansuureiden eli tilanmuuttujien avulla.

Question 10

tilanyhtälö

Answer 10

Kaasujen ominaisuuksia kuvaavien tilanmuuttujien, kuten paine, tilavuus ja lämpötila, välinen yhtälö. Ks. yleinen tilanyhtälö, ideaalikaasun tilanyhtälö.

Question 11

energian siirtyminen

Answer 11

Energia siirtyy lämpönä itsestään kuumemmasta systeemistä kylmempään systeemiin johtumalla, säteilemällä tai liikkuvan aineen mukana kuljettumalla.

Question 12

lämpö

Answer 12

Lämmöllä tarkoitetaan lämpötilaerosta johtuvaa energian siirtymistä korkeammassa lämpötilassa olevasta kappaleesta alemmassa lämpötilassa olevaan kappaleeseen.

Question 13

lämpöenergia

Answer 13

Lämpöenergia on aineen mikroskooppisten rakenneosasten järjestymättömän liikkeen eli lämpöliikkeen energiaa.

Question 14

lämpöliike

Answer 14

Lämpöliike voi olla aineen rakennehiukkasen etenemis-, värähtely- ja pyörimisliikettä. Lämpöliike on sitä voimakkaampaa, mitä korkeampi kappaleen lämpötila on.

Question 15

lämpömäärä

Answer 15

Siirtyvän energian määrää kutsutaan lämpömääräksi.

Question 16

lämpölaajeneminen

Answer 16

Aineen laajuuden muuttuminen, eli laajeneminen tai kutistuminen, lämpötilan muuttumisen seurauksena. Kiinteiden aineiden tapauksessa voidaan tarkastella pituuden, pinta-alan ja tilavuuden lämpölaajenemista.

Question 17

pinta-alan lämpölaajeneminen

Answer 17

Kiinteän kappaleen pinta-alan muutos lämpölaajenemisessa on ΔA = βA0ΔT, jossa β on pinta-alan lämpötilakerroin, A0 kappaleen alkuperäinen pinta-ala ja ΔT lämpötilan muutos.

Question 18

pinta-alan lämpötilakerroin

Answer 18

Pinta-alan lämpötilakerroin β on likimain kaksinkertainen pituuden lämpötilakertoimeen α verrattuna.

Question 19

pituuden lämpölaajeneminen

Answer 19

Kiinteän kappaleen pituuden l muutos lämpölaajenemisessa on Δl =αl0ΔT, jossa α on pituuden lämpötilakerroin, l0 kappaleen alkuperäinen pituus ja ΔT lämpötilan muutos.

Question 20

pituuden lämpötilakerroin

Answer 20

Pituuden lämpötilakerroin α on kullekin aineelle ominainen.

Question 21

tilavuuden lämpölaajeneminen

Answer 21

Kiinteän kappaleen tilavuuden muutos lämpölaajenemisessa on ΔV = γV0ΔT, jossa γ on tilavuuden lämpötilakerroin, V0 kappaleen alkuperäinen tilavuus ja ΔT lämpötilan muutos.

Question 22

tilavuuden lämpötilakerroin

Answer 22

Tilavuuden lämpötilakerroin γ on likimain kolminkertainen pituuden lämpötilakertoimeen α verrattuna.

Question 23

lämpöopin nollas pääsääntö

Answer 23

Jos eristetyn termodynaamisen systeemin eri osien välillä on lämpötilaeroja, ne tasoittuvat itsestään ja systeemi päätyy termiseen tasapainoon.

Question 24

lämpökapasiteetti C

Answer 24

Suure, joka kertoo kappaleen luovuttaman tai vastaanottaman energian määrän yhden asteen lämpötilamuutosta kohti. Lämpökapasiteetti on ominainen kullekin kappaleelle tai ainemäärälle. Yksikkö [C] = 1 J/K.

Question 25

ominaislämpökapasiteetti

Answer 25

Suure, joka kuvaa aineen kykyä luovuttaa ja vastaanottaa energiaa ja on ominainen kullekin aineelle.

Question 26

faasi

Answer 26

Faasi on systeemin rakenteeltaan yhtenäinen ja muista osista erottuva osa-alue. Saman aineen eri olomuodot ovat eri faaseja. Ks. faasikaavio.

Question 27

faasikaavio

Answer 27

Faasikaaviossa kuvataan aineen eri olomuotoja T,p-koordinaatistossa eli eri paineissa ja lämpötiloissa.

Question 28

haihtuminen

Answer 28

Haihtuminen tarkoittaa nesteen höyrystymistä nesteen vapaasta pinnasta. Haihtumista tapahtuu kaikissa lämpötiloissa.

Question 29

höyrystymiskäyrä

Answer 29

Höyrystymiskäyrältä voidaan lukea se lämpötila ja paine, jossa höyrystyminen ja tiivistyminen tapahtuvat.

Question 30

ilman absoluuttinen kosteus

Answer 30

Ilman absoluuttisella kosteudella tarkoitetaan ilmassa olevan vesihöyryn massan suhdetta sen ilmamäärän tilavuuteen, jossa vesihöyry on.

Question 31

ilman suhteellinen kosteus

Answer 31

Ilman suhteellisella kosteudella tarkoitetaan sitä, kuinka monta prosenttia ilman absoluuttinen kosteus on suurimmasta mahdollisesta kosteudesta vallitsevassa lämpötilassa.

Question 32

ilmankosteus

Answer 32

Ilmankosteudella tarkoitetaan ilmassa höyrynä olevaa vettä.

Question 33

kastepiste

Answer 33

Kun ilman lämpötila alenee, ilmassa oleva vesihöyry tulee tietyssä lämpötilassa, kastepisteessä, kylläiseksi ja tiivistyy.

Question 34

kiehuminen

Answer 34

Kiehuminen tapahtuu lämpötilassa, jossa nesteen sisäinen höyrynpaine on yhtä suuri tai suurempi kuin ulkoinen paine. Kiehumisen aikana nesteeseen tuotu energia ei nosta nesteen lämpötilaa, vaan energia kuluu olomuodon muutokseen, nesteen höyrystymiseen.

Question 35

kolmoispiste

Answer 35

Kolmoispisteen lämpötilassa ja paineessa aineen kaikki kolme olomuotoa (kiinteä, neste ja kaasu) ovat tasapainossa ja aine voi esiintyä samanaikaisesti kaikissa kolmessa olomuodossaan. Ks. faasikaavio.

Question 36

kriittinen piste

Answer 36

Faasikaavion höyrystymiskäyrä päättyy kriittiseen pisteeseen, joka on kullekin aineelle ominainen lämpötilan (kriittinen lämpötila) ja paineen (kriittinen paine) yhdistelmä. Kriittistä pistettä korkeammissa lämpötiloissa ja paineissa nestemäisen ja kaasumaisen olomuodon raja häviää. Kriittistä pistettä suuremmassa lämpötilassa ainetta ei saada tiivistymään painetta nostamalla.

Question 37

kylläinen höyry

Answer 37

Sellaista höyryä, jossa höyrystymistä ja tiivistymistä tapahtuu yhtä paljon, kutsutaan kylläiseksi höyryksi. Suljetussa astiassa vallitsevaa höyrynpainetta sanotaan silloin kylläisen höyryn paineeksi. Kylläinen höyry on faasikaavion höyrystymiskäyrällä.

Question 38

sublimoitumiskäyrä

Answer 38

Sublimoitumiskäyrältä voidaan lukea se lämpötila ja paine, jossa sublimoituminen ja härmistyminen tapahtuvat. Ks. faasikaavio.

Question 39

sulamiskäyrä

Answer 39

Sulamiskäyrältä voidaan lukea se lämpötila ja paine, jossa sulaminen ja jähmettyminen tapahtuvat. Ks. faasikaavio.

Question 40

ominaishöyrystymislämpö

Answer 40

Ominaishöyrystymislämpö on se energia, joka yhteen kilogrammaan kiehumispisteessä olevaa nestettä on siirryttävä, jotta aineen olomuoto muuttuisi nesteestä höyryksi. Ominaishöyrystymislämmön yksikkö on 1 J/kg.

Question 41

ominaissulamislämpö

Answer 41

Ominaissulamislämpö on se energia, joka yhteen kilogrammaan sulamispisteessä olevaa kiinteää ainetta on siirryttävä, jotta aineen olomuoto muuttuisi kiinteästä nesteeksi. Ominaissulamislämmön yksikkö on 1 J/kg.

Question 42

paine

Answer 42

Paine kuvaa voiman jakautumista vaikutuspinnalle. Keskimääräinen paine p määritellään suureeksi, joka on kohtisuora voima F pinta-alaa A kohti eli p = F/A. Paineen p yksikkö on pascal (Pa).

Question 43

hydrostaattinen paine

Answer 43

Painetta, joka johtuu nesteeseen kohdistuvasta painosta, kutsutaan hydrostaattiseksi paineeksi. Se riippuu nesteen tiheydestä ρ, syvyydestä h ja putoamiskiihtyvyydestä g: p = ρgh.

Question 44

ilmanpaine

Answer 44

Ilmanpaine aiheutuu ilmakehässä olevan ilman omasta painosta. Ilmakehässä merenpinnan tasolla vallitsevaa painetta kutsutaan ilmanpaineeksi. Ilmanpaine on noin 100 kPa.

Question 45

kokonaispaine

Answer 45

Kokonaispaine nesteessä syvyydellä h on p = p0 + ρgh, jossa p0 on vapaaseen nestepintaan kohdistuva ulkoinen paine ja ρgh hydrostaattinen paine.

Question 46

normaali ilmanpaine

Answer 46

Normaalilla ilmanpaineella tarkoitetaan ilmakehän keskimääräistä painetta mitattuna merenpinnan tasolla 0 °C:n lämpötilassa. Normaali ilmanpaine on 101 325 Pa ≈ 101,3 kPa.

Question 47

mekaaninen energia

Answer 47

Gravitaatiokenttään liittyvän kappaleen potentiaalienergian ja liike-energian summaa kutsutaan kappaleen mekaaniseksi energiaksi.

Question 48

potentiaalienergia

Answer 48

Maan gravitaatiokentässä lähellä Maan pintaa kappaleella on potentiaalienergiaa, jonka suuruus valittuun nollatasoon nähden on Ep = mgh. Kappaleen massa on m, ja h kappaleen painopisteen kohtisuora etäisyys valitusta potentiaalienergian nollatasosta.

Question 49

työ

Answer 49

Työ on voiman välityksellä tapahtuvaa energian siirtoa kappaleen ja sen ympäristön välillä. Jos kappale liikkuu koko ajan samaan suuntaan, voidaan liikkeen suuntaisen vakiovoiman kappaleeseen tekemä työ W ilmaista voiman suuruuden F ja kappaleen kulkeman matkan s tulona eli W = Fs.

Question 50

energian säilyminen

Answer 50

Energia voi luonnonilmiöissä siirtyä tai muuntua muodosta toiseen. Energian kokonaismäärä kuitenkin säilyy muuttumattomana.

Question 51

kaasun laajetessaan tekemä työ

Answer 51

Laajetessaan vakiopaineessa kaasun tekemä työ on pΔV, jossa p on kaasun paine ja ΔV tilavuuden muutos.

Question 52

lämpöopin 1. pääsääntö

Answer 52

Systeemin sisäenergian muutos on systeemin ja ympäristön välillä lämpönä siirtyneen energian ja tehdyn työn summa.

Question 53

lämpövoimakone

Answer 53

Lämpövoimakone on kone, joka ottaa kiertoprosessissa ulkoisesta lähteestä energiaa, käyttää osan energiasta työn tekemiseen ja palauttaa lopun energian ympäristöön. Lopuksi kone palaa alkutilaansa. Lämpövoimakoneen toiminta perustuu siinä olevien lämpösäiliöiden lämpötilaeroon. Lämpövoimakoneen hyötysuhde on tehdyn työn W = Q1 – Q2 ja koneen ottaman lämpömäärän Q1 suhde eli η = W/Q1.

Question 54

entropia

Answer 54

Entropia kuvaa epäjärjestyksen määrää. Mitä suurempi epäjärjestys on, sitä suurempi on entropia. Tasapainotilassa systeemin entropia on suurin.

Question 55

lämpöopin 2. pääsääntö

Answer 55

1. Kaikki termodynaamiset prosessit suuntautuvat kohti tasapainoa. 2. Eristetyn termodynaamisen systeemin entropia kasvaa, kunnes systeemi saavuttaa tasapainotilan. 3. Ei ole olemassa lämpövoimakonetta, joka muuntaisi kaiken lämpönä ottamansa energian mekaaniseksi työksi. Lämpövoimakoneen hyötysuhde on pienempi kuin yksi. Eristetyn termodynaamisen systeemin entropia kasvaa, kunnes systeemi saavuttaa tasapainotilan.

Question 56

lämpöopin 3. pääsääntö

Answer 56

Absoluuttista nollapistettä ei voida koskaan saavuttaa.

Question 57

termodynaaminen tasapainotila

Answer 57

Termodynaamisessa tasapainotilassa vallitsee terminen tasapaino eli systeemissä ei ole lämpötilaeroja, mekaaninen tasapaino eli systeemiin vaikuttavien voimien summa on nolla ja kemiallinen tasapaino eli kemialliset reaktiot tapahtuvat molempiin suuntiin samalla nopeudella.

Question 58

Avogadron laki

Answer 58

Samassa lämpötilassa ja paineessa yhtä suuret tilavuudet eri kaasuja sisältävät yhtä monta rakenneosaa (molekyyliä).

Question 59

painelämpötilalaki

Answer 59

Kaasun vakiotilavuudessa noudattama laki p/T = vakio. Sama kuin Gay-Lussacin laki.

Question 60

painetilavuuslaki

Answer 60

Kaasun vakiolämpötilassa noudattama laki pV = vakio. Sama kuin Boylen laki.

Question 61

tilavuuslämpötilalaki

Answer 61

Kaasun vakiopaineessa noudattama laki V/T = vakio. Sama kuin Charlesin laki.

Question 62

yleinen tilanyhtälö

Answer 62

Kaasun lämpötilan T, paineen p ja tilavuuden V välillä on voimassa yhtälö pV/T = vakio, jos kaasun määrä ei muutu.

Question 63

ainemäärä

Answer 63

Ainemäärä ilmaisee, kuinka monta moolia ainetta on. Ainemäärä lasketaan yhtälöstä n = m/M, jossa m on aineen massa ja M moolimassa. Ks. mooli.

Question 64

ideaalikaasu

Answer 64

Kaasujen yksinkertaistettu mikroskooppinen malli, jossa molekyylit oletetaan pistemäisiksi ja molekyylien ainoat vuorovaikutukset ovat niiden törmäykset toisiinsa ja astian seinämiin. Ideaalikaasu on useimmissa tilanteissa hyvä malli reaalikaasuille.

Question 65

ideaalikaasun tilanyhtälö

Answer 65

Ideaalikaasun tilanyhtälö on pV = nRT.

Question 66

kaasun normaaliolosuhteet

Answer 66

Olosuhteet, joissa paine on p0 = 101 325 Pa ja lämpötila T0 = 273,15 K.

Question 67

mooli

Answer 67

Ainemäärän yksikkö on mooli (mol). Yhdessä moolissa on 6,022 140 76 ∙ 1023 molekyyliä (atomia). Ks. Avogadron vakio.

Question 68

moolinen kaasuvakio

Answer 68

Moolinen kaasuvakio R liittyy ideaalikaasun tilanyhtälöön. R = 8,314463 Pa · m3/(mol · K).

Question 69

reaalikaasu

Answer 69

Todellinen luonnossa esiintyvä kaasu, jossa molekyyleillä on tietty koko ja voimina ilmeneviä vuorovaikutuksia toistensa kanssa. Vrt. ideaalikaasu.

Question 70

albedo

Answer 70

Pinnan heijastuskykyä kutsutaan albedoksi.

Question 71

energiatasapaino

Answer 71

Energiatasapainossa kappaleeseen siirtyy yhtä paljon lämpöenergiaa kuin siitä poistuu.

Question 72

ideaalinen pinta

Answer 72

Ideaalisella pinnalla tarkoitetaan pintaa, jota tehokkaammin minkään kappaleen pinta ei voi lähettää lämpösäteilyä tietyssä lämpötilassa. Ideaalinen pinta myös absorboi (imee) kaiken siihen osuvan säteilyn heijastamatta mitään takaisin. Ks. musta kappale.

Question 73

musta kappale

Answer 73

Musta kappale on ideaalinen pinta, joka voi vastaanottaa ja lähettää sähkömagneettista säteilyä kaikilla aallonpituuksilla.

Question 74

Stefanin-Boltzmannin yhtälö

Answer 74

Stefanin-Boltzmannin yhtälö kuvaa kappaleen säteilytehon riippuvuutta kappaleen kelvinlämpötilasta: S = σT4, jossa S on kappaleen pinnalta poistuvan säteilyn teho neliömetriä kohden (W/m2), σ on Stefanin-Boltzmannin vakio 5,67·10–8 (W/(m2 · K4)) ja T on kappaleen lämpötila (K).

Question 75

säteilytase

Answer 75

Maan säteilytase on S1 − S2, missä S1 on Maahan sitoutuvan, ja S2 Maasta poistuvan säteilyn teho pinta-alayksikköä kohti (W/m2).