Menüü
Kiirviited
Keelevalik

Termodünaamika. Aine ehitus. Faasisiirded.

Kursuse kood F5
Valdkond loodusained
Kursuse nimetus Termodünaamika. Aine ehitus. Faasisiirded.
Eelduskursused PK, F4
Lõimumine geograafia – energeetika, soojuskiirgus ja konvektsioon, kliima, vee ringkäik looduses, madal- ja kõrgrõhkkonnad; pilved; bioloogia: kapillaarsus, vee omaduste seos organismide elutalitlusega
keemia: keemilise sideme energia, materjalide vastastikmõju veega, hüdrofiilsus ja hüdrofoobsus
Õppetöö korraldus
(eeldus 35 tundi)		 kontakttunnid, praktilised tööd, iseseisvad tööd
Õpetamise aeg 11. klass
Kursuse eesmärgid Kursuses tutvustatakse termodünaamika seadusi, aine ehitust ja selle iseloomustamist erinevates agregaatolekutes ning võetakse kasutusele olekumuutusi üldisemalt kirjeldavad mõisted: faas, faasisiire, siirdesoojus.
Kursuse lühikirjeldus Termodünaamika
Ideaalse gaasi siseenergia. Üheaatomilise ideaalse gaasi siseenergia. Siseenergia muutmise viisid. Soojushulk.
Soojusliku tasakaalu olek. Töö termodünaamikas ja selle geomeetriline tõlgendus.
Termodünaamika I seadus. Termodünaamika I seaduse rakendused isoprotsessidele. Adiabaatiline protsess. Ideaalne soojusmasin. Carnot’ tsükkel. Soojusmasina kasutegur.
Termodünaamika II seadus. Suletud, avatud süsteemid. Ringprotsess. Pööratavad ja mittepööratavad protsessid. Reaalne soojusmasin. Ringprotsessid reaalsetes soojusmasinates (erinevad konkreetsed näited). Külmuti ja soojuspump. Sisepõlemismootorid. Reaalsete soojusmasinate kasutegurid.
Entroopia. Entroopiaprintsiibi rakendused igapäevaelus. Soojusmasinad ja keskkonnakaitse.
Aine ehitus
Aine ehituse mudelid: tahkis, vedelik, gaas.
Tahkete ainete klassifikatsioon. Kristalliliste ainete ruumvõre, defektid. Anisotroopia. Legeerimine.
Vedelik. Rõhk vedelikus. Üleslükkejõud. Kehade ujumine. Vedeliku pinnakiht. Pinnaenergia. Pindpinevusjõud. Pindpinevustegur. Märgamine. Kapillaarsus.
Õhuniiskus. Absoluutne ja suhteline niiskus, kastepunkt. Õhuniiskuse osa meie elus, looduses.
Faas. Faasisiirded
Faasisiirded, erinevus agregaatoleku muutusest. Tahkumine ja sulamine. Rekristallisatsioon. Sublimatsioon ja härmatumine. Aurustumine ja kondenseerumine. Keemine.
Soojusliku tasakaalu võrrand. Soojusmahtuvus. Soojustehnilised arvutused.Soovituslike ja kohustuslike praktiliste tööde loetelu:

  • tahke aine erisoojuse määramine;
  • vedeliku pindpinevusteguri määramine tilgameetodil;
  • vedeliku pindpinevusteguri määramine millinjuutonmeetri abil;
  • õhuniiskuse määramine kastepunkti meetodil ja anduriga;
  • jää sulamissoojuse määramine;
  • tutvumine termodünaamika printsiipidega arvutimudeli abil;
  • tutvumine energeetika alustega interaktiivse õppevideo abil;
  • tutvumine aine faaside ja faasisiiretega arvutimudeli abil.
Kursuse õpitulemused Kursuse lõpetaja:

  • teab põhimõisteid: siseenergia, soojushulk, termodünaamika seadused, soojusmasin, soojusmasina kasutegur, pööratav protsess, pöördumatu protsess, difusioon, aurustumine (gaas ja aur), kondensatsioon (udu), agregaatolek, sulamine, tahkestumine, õhuniiskus, pindpinevus ja pindpinevusjõud; soojusülekanne, konvektsioon, adiabaatiline protsess, entroopia, energeetika.
  • oskab kasutada seoseid: 
  • teab mudeleid: ideaalne soojusmasin;
  • mõõteriistu: termomeeter, psühromeeter, hügromeeter;
  • kirjeldada nähtusi ja rakendusi:
    pöörduvaid ja pöördumatuid protsesse (difusioon, soojusjuhtivus, soojuspaisumine), termodünaamika printsiipiide, s.h. entroopia muutuse ilmnemist näidete põhjal avatud ja suletud süsteemides inimtegevuses (tehnikas, loodushoius), globaalsel, universumi tasandil, agregaatolekute muutustega kaasnevaid energiaülekandeid ja nähtusi (udu, härmatumine), soojusmasin;
  • seletab siseenergia muutumist mehaanilise töö või soojusülekande vahendusel ning toob selle kohta näiteid loodusest, eristades soojusülekande liike;
  • sõnastab termodünaamika I printsiibi ja seostab seda valemiga: Q=ΔU+A;
  • oskab arvutada üheaatomilise ideaalse gaasi siseenergiat ja gaasi tööd, kasutades seoseid:
  • sõnastab termodünaamika II printsiibi ja seletab kvalitatiivselt entroopia mõistet;
  • oskab arvutada entroopia muutu isotermilise protsessi korral, rakendades seost:
  • seostab termodünaamika printsiipe soojusmasinatega;
  • leiab ideaalse soojusmasina kasuteguri seosest  ja võrdleb tulemust reaalse soojusmasina kasuteguriga ;
  • teab, et energeetika ülesanne on muundada üks energialiik teiseks;
  • teab, et termodünaamika printsiipidest tulenevalt kaasneb energiakasutusega vältimatult saastumine;
  • kirjeldab olulisemaid taastumatuid ja taastuvaid energiaallikaid, tuues esile nende osatähtsuse Eestis ja maailmas;
  • kirjeldab Eesti ja ülemaailmse energeetika tähtsamaid arengusuundi;
  • kirjeldab mõisteid: gaas, vedelik, kondensaine ja tahkis;
  • nimetab reaalgaasi omaduste erinevusi ideaalgaasi mudelist;
  • kasutab õigesti mõisteid: küllastunud aur, absoluutne niiskus, suhteline niiskus, kastepunkt;
  • seletab nähtusi: märgamine ja kapillaarsus ning oskab tuua näiteid loodusest ja tehnikast;
  • oskab arvutada pindpinevusjõudu ja vedeliku tõusu/langemise kõrgust kapillaarides, kasutades seoseid 
  • kirjeldab aine olekut kasutades õigesti mõisteid: faas ja faasisiire;
  • oskab koostada soojusliku tasakaalu võrrandi ja kasutada valemeid
    ;
  • seletab faaside muutusi erinevatel rõhkudel ja temperatuuridel;
  • oskab kasutada õhuniiskuse määramiseks psühromeetrit.
Hindamisviis Kursuse hinne moodustub kontrolltööde ja praktiliste tööde, tunnikontrollide ning iseseisvate tööde koondhinde alusel või arvestustöö alusel.
Õppematerjalid
Kirjandus (soovituslik kirjandus)		 Ü. Ugaste, J. Saukas “Füüsika gümnaasiumile. Küsimusi ja ülesandeid I”
J. Susi, L. Lubi “Füüsika X klassile. Molekulaarfüüsika”
V. Väinaste “Valikvastustega füüsikaülesanded”
T. Ainsaar ja M. Reemann “Füüsika seeriaülesanded 1. osa”
A. Rõmkevitš ja I. Rõmkevitš “Füüsika ülesannete kogu keskkoolile”
G. Karu “Füüsika redeltestid”
E. Paju, V. Paju “Füüsika ülesannete kogu gümnaasiumile”
e-õpik: http://opik.fyysika.ee/index.php/book/view/40
e-õpik: http://opik.fyysika.ee/index.php/book/view/32
Vastutav õppetool reaalainete õppetool
Kursuse väljund füüsika lõpueksam

 Viimati uuendatud: 26.02.2018