KYPSENTÄMINEN - LÄMPÖOPPI
•
Lämpöenergia on aineen rakennehiukkasten liike-energiaa. Mitä kiivaampi liike on,
sitä korkeampi on aineen lämpötila. Lämpöliikkeen voimistuminen voi myös saada
aineen olomuodon muuttumaan kiinteästä nesteeksi tai kaasuksi.
•
Lämpöenergiaa on kaikissa aineissa. Kuuman aineen hiukkaset liikkuvat nopeasti.
Lämpövärähtelyä on kylmissäkin aineissa.
•
Matalin ajateltavissa oleva lämpötila on absoluuttinen nollapiste, Kelvinasteikon
nollapiste (0 K), siinä aineen osasten lämpövärähtely on kokonaan loppunut.
•
Eri energiamuotoja on helppo muuttaa lämmöksi:
– sähköliesi: sähköenergia – lämpö
– takka: kemiallinen energia – lämpö
– kitka: liike-energia – lämpö
=> lämpöenergiaa voidaan muuttaa muiksi energiamuodoiksi
=> auringonsäteily on tärkein energianlähde maapallolla
Kefy s. 155-161
hkl
Mittaaminen – lämpötila (T)
• Lämpötuntemuksemme ja aistimme ovat epätarkkoja, niinpä on
kehitelty lämpöasteikkoja ja mittareita
• Yleisimmin käytössä olevien lämpömittareiden toiminta
perustuu aineen lämpölaajenemiseen, esim.
nestelämpömittarit (alkoholi ja elohopea) ja
kaksoislämpömittarit
• Mittaaminen voi perustua myös aineen kiehumis- ja
sulamispisteisiin, sähkönjohtokykyyn sekä kemiallisiin
reaktioihin
hkl
Mittaaminen - lämpötila-asteikot
Kelvin-asteikko on SI-järjestelmän mukainen yksikkö, käytetään
tutkimuksessa, asteväli on sama kuin celsiusasteikossa
T=273+t (T=kelvineitä K ja t=celsiusasteita C)
esim. +10 celsiusastetta on kelvineinä 273+10=283K
Celsius-asteikko on yleisin lämpötilayksikkö
Farenheit lämpötila-asteikko
• Käytössä USAssa ja muissa englanninkielisissä maissa
• Farenheit-asteet saadaan muutetuksi celsiusasteiksi
vähentämällä 32 ja jakamalla 1,8:lla
• esim. 392 F = celsiusasteina (Tc)
• 392-32 : 1,8 = 200 C
hkl
Mittaaminen - lämpötila-asteikot
Farenheit lämpötila-asteikkomuunnoksissa voidaan myös käyttää
seuraavia kaavoja:
TF = 9/5 TC+32 celsiukset fahrenheiteiksi
TC = 5/9 TF -32 fahrenheitit celsiuksiksi
Esim.
400 fahrenheitastetta on celsiusasteina:
5/9 (400F -32F)=204 celsiusastetta
hkl
Mittaaminen - lämpötila-asteikot
Celsius – Kelvin – Farenheit –asteikot
200
500
392
100
373
212 vesi kiehuu
0
273
32 jää sulaa
-100
-200
-273
0 -459 absoluuttinen nollapiste
hkl
Harjoitellaanpas:
1. Amerikkalaisessa keittokirjassa kakun paistolämpötila on 365
farenheitastetta. Missä celsiusasteessa paistaisit kakun?
2. Elintarvikepakkauksen päällä on merkintä ”Maximum storage
temperature 40F”. Missä lämpötilassa varastoisit
elintarvikkeen?
3. Pikkupullien paistolämpötila on 220 C. Paljonko se on
kelvineinä ja fahrenheitasteina?
1. Keittomakkarat kypsennetään + 80 C:ssa. Paljonko +80C on
kelvineinä ja farenheitasteina?
hkl
Lämpömäärä Q
• Aineen lämpötilan kohottamiseksi tarvitaan tietty määrä lämpöä, ja aineen
jäähtyessä siitä vapautuu lämpöä. Aineen lämpenemiseen vaikuttavat
tuodun energian määrä, aineen määrä ja aine itse.
• Aineen kykyä sitoa lämpöenergiaa sanotaan sen ominaislämpökapasiteetiksi
C (kJ/kg C).
-alhainen: lämpenee ja jäähtyy nopeasti
-korkea: lämpenee ja jäähtyy hitaasti
• Vesi on erityisen hyvä lämmönsitoja, sillä on poikkeuksellisen suuri
ominaislämpökapasiteetti 4,2 kJ/kg C. Tätä ominaisuutta käytetään hyväksi
vesihauteissa, keskuslämmityksessä ja tulipalon sammutuksessa.
• Lämpöenergian mittayksikkö on joule J
• Lämpöarvo on se lämpömäärä, jonka tietty määrä polttoainetta tuottaa
palaessaan (vrt. fossiiliset polttoaineet ja ravintoaineet).
Kefy s. 156-157
hkl
Lämmön siirtyminen
Lämpö siirtyy korkeammasta lämpötilasta matalampaan, kunnes lämpötilaero
on hävinnyt (lämpöopin toinen pääsääntö). Ulkopuolisen energian avulla
voidaan lämpöä siirtää myös kylmemmästä lämpimämpään, esim. jääkaapissa
ja pakastimessa.
Lämpö voi siirtyä aineesta tai paikasta toiseen:
• johtumalla – kattila liedellä, silitysrauta, pesukoneen pesuvesi
• säteilemällä – sähkömagneettinen aaltoliike, etenee parhaiten tyhjiössä,
tummat ja karkeat pinnat imevät ja lähettävät lämpösäteilyä tehokkaasti
• liikkuvan aineen kuljettamana (konvektio) – merivirrat, tuulet,
kiertoilmauuni
• usein kaikilla kolmella tavalla, joskus jokin tapa korostuu enemmän kuin
toiset
Kefy s. 158-159
hkl
Lämpölaajeneminen 1/2
• Aine pyrkii laajenemaan kun siihen tuodaan lämpöä, koska atomien ja
molekyylien liike kasvaa.
• Kiinteiden aineiden ja nesteiden laajeneminen on molekyylia koossapitävien
voimien vaikutuksesta vähäistä. Kaasuilla lämpötilan kohoaminen merkitsee
joko paineen tai tilavuuden tai molempien huomattavaa muutosta.
• Lämpötilakerroin ilmaisee, minkä osan pituudestaan tai tilavuudestaan aine
laajenee lämmetessään yhden asteen.
• Lämpölaajeneminen huomioitava rakennelmia suunniteltaessa, esim sillat,
ratakiskot, sähkölangat
• Tavallinen lasi särkyy helposti, jos siihen kaataa kuumaa nestettä. Lasiin
tulee lämpölaajenemisen vuoksi jännityksiä ja se särkyy.
 Ota lämpölaajenemisvara huomioon pakastaessasi ruoka-aineita /
paistaessasi kakkuja
hkl
Lämpölaajeneminen 2/2
• Lasi- ja keramiikka-astiat eivät kestä nopeita
lämpötilanmuutoksia
• Kuumalle levylle ei pitäisi laittaa kylmää astiaa
(äkillinen
lämpötilanmuutos)
• Jos tiskipöydälle lasketaan kuuma kattila, pöytään syntyy
jännityksiä, joka kuullaan hetken kuluttua pienenä
paukahduksena
• Veden lämpölaajeneminen on poikkeuksellista: kun 0-asteista
vettä lämmitetään, se ei aluksi laajenekaan, päinvastoin tihenee
+4 C –asteeseen saakka. Vesi on siis tiheimmillään neliasteisena.
Tästä syystä vesistöt jäätyvät harvoin pohjiaan myöten.
hkl
Lämpöoppi / kypsentäminen kertauskysymyksiä:
Opiskele kypsentäminen kirjasta (s. 62-75). Valmistaudu vastaamaan seuraaviin kysymyksiin.
Kirjoita muistiinpanot vastauksistasi.
1. Kuinka lämpö siirtyy? Mainitse kolme erilaista lämmön siirtymistapaa ja selosta ne.
2. Kuinka lämmönjohtuminen vaihtelee eri aineilla?
3. Mitä hyötyä / haittaa on hyvästä lämmön johtumisesta?
4. Kuinka sähköenergian muuttumista lämpöenergiaksi hyödynnetään induktiolevyissä ja
mikroaaltouuneissa?
5. Mitä tarkoitetaan lämpölaajenemisella? Kuinka se ilmenee?
6. Mitä poikkeuksellista on veden lämpölaajenemisessa?
7. Mikä on ominaislämpökapasiteetti?
8. Selitä lämpötilan vaikutus aineen olomuotoon.
hkl
Lämpöoppi / kypsentäminen soveltavia kertauskysymyksiä:
9. Mikä on veden suuren ominaislämpökapasiteetin merkitys
-luonnossa
-elintarvikkeiden käsittelyssä
-talojen lämmityksessä
10. Miksi ruoka jäähtyy nopeammin 5-asteisessa vedessä kuin kylmiössä, jonka lämpötila on 5
astetta C ?
11. Miksi mureke jäähtyy nopeammin kuin keittoruoka?
12. Mistä johtuu, että vesi kuumenee hitaammin kuin sama määrä öljyä?
13. Mitkä ovat energiaravintoaineiden lämpöarvot?
14. Pohdi, miksi viineri kuumenee mikroaaltouunissa epätasaisesti: hillo on tulikuumaa , kun
viineri muutoin on sopivan lämmintä.
hkl