Kapittel 5 — Termisk energi

Kapittelet går fra skillet mellom temperatur, varme og indre energi, via kelvinskalaen og de tre måtene varme flytter seg på, til de to arbeidsformlene Q = m·c·ΔT for temperaturendring og Q = m·L for faseovergang, temperatur–tid-grafen med platåer, varmeregnskap der avgitt varme er lik mottatt varme, og termodynamikkens første lov. Alt samles i én arbeidsmåte: identifiser prosessen, velg formel per segment, sett opp energibalansen, og vurder tap og modellgrenser før du kontrollerer enheter.

Faglig kvalitetssikret av lærere og toppstudenter · Følger læreplanen (LK20) · Sist oppdatert 2026-09-15

Hva handler kapittelet om?

Kapittelet går fra skillet mellom temperatur, varme og indre energi, via kelvinskalaen og de tre måtene varme flytter seg på, til de to arbeidsformlene Q = m·c·ΔT for temperaturendring og Q = m·L for faseovergang, temperatur–tid-grafen med platåer, varmeregnskap der avgitt varme er lik mottatt varme, og termodynamikkens første lov. Alt samles i én arbeidsmåte: identifiser prosessen, velg formel per segment, sett opp energibalansen, og vurder tap og modellgrenser før du kontrollerer enheter.

De 21 visualene har hver sin dybdeside med forklaring, leseguide, nøkkelbegreper og eksamenstips.

F5V01 — Kapittelkartet: fra prosess til tap

Kapittelkartet: fra prosess til tap
Én kjede: identifiser prosessen, velg Q = cmΔT eller Q = Lm, sett opp energibalanse, vurder tap og modellgrenser.

Først identifiserer du prosessen: endrer temperaturen seg, skifter stoffet fase, eller blandes to legemer? Så velger du formel, Q = cmΔT for temperaturendring og Q = Lm for faseovergang, setter opp energibalansen og vurderer til slutt varmetap og modellens grenser.

Utforsk visualet

F5V02 — Temperatur, varme og indre energi

Temperatur, varme og indre energi
En stor isklump har mer termisk energi enn en liten glassbit ved 80 °C, men glassbiten har høyere temperatur.

Temperatur T er et mål på den gjennomsnittlige kinetiske energien per atom eller molekyl. Indre energi U er summen av all mikroskopisk energi i systemet, kinetisk og potensiell på atomnivå. Varme Q er energi som overføres mellom systemer på grunn av temperaturforskjell.

Utforsk visualet

F5V03 — Temperatur og partikkelfart: Ekin = (3/2)·kB·T

Temperatur og partikkelfart: Ekin = (3/2)·kB·T
Høyere temperatur gir lengre fartspiler: gjennomsnittlig kinetisk energi per partikkel er ½mv² = (3/2)·kB·T.

All materie består av atomer og molekyler i konstant, uordnet termisk bevegelse. Jo raskere de beveger seg, desto mer kinetisk energi har de og desto høyere er temperaturen. For én partikkel gjelder Ekin, snitt = ½·m·v² = (3/2)·kB·T, der kB = 1,38 × 10⁻²³ J/K er Boltzmanns konstant og T er temperaturen i kelvin.

Utforsk visualet

F5V04 — Celsius og kelvin: T(K) = T(°C) + 273,15

Celsius og kelvin: T(K) = T(°C) + 273,15
Absolutt nullpunkt er 0 K = −273,15 °C; is smelter ved 273,15 K og vann koker ved 373,15 K.

Kelvin er SI-enheten for temperatur og starter i absolutt nullpunkt, 0 K = −273,15 °C, der den termiske bevegelsen er minimal. Omregningen er T(K) = T(°C) + 273,15: is smelter ved 0 °C = 273,15 K, vann koker ved 100 °C = 373,15 K og kroppstemperaturen 37 °C er 310 K.

Utforsk visualet

F5V05 — Varme er energi på vei: fra varmt til kaldt

Varme er energi på vei: fra varmt til kaldt
Varme strømmer fra det varmere til det kaldere objektet til de har samme temperatur; da er netto overføring null.

Varme Q er energi som overføres fra et varmere til et kaldere objekt utelukkende på grunn av temperaturforskjellen. SI-enheten er joule; den eldre enheten kalori er 1 cal = 4,186 J.

Utforsk visualet

F5V06 — Tre måter varme flytter seg: ledning, strømning, stråling

Tre måter varme flytter seg: ledning, strømning, stråling
Ledning gjennom kontakt, strømning ved at varm væske eller gass beveger seg, stråling uten medium.

Konduksjon (varmeledning) er overføring gjennom direkte kontakt mellom partikler; metaller leder godt fordi frie elektroner frakter energien raskt, som en metallstav som blir varm i den ene enden. Konveksjon (varmestrømning) er at varm væske eller gass selv beveger seg, som vann i en kjele eller radiatorvarme i et rom.

Utforsk visualet

F5V07 — Q = m·c·ΔT: energi for å endre temperaturen

Q = m·c·ΔT: energi for å endre temperaturen
Varmen avhenger av masse, stoffets spesifikke varmekapasitet og temperaturendringen; ingen faseovergang underveis.

Q = m·c·ΔT gir varmemengden i J når m er massen i kg, c den spesifikke varmekapasiteten i J/(kg·K) og ΔT temperaturendringen i K eller °C. Spesifikk varmekapasitet er energien som trengs for å varme 1 kg av stoffet 1 K.

Utforsk visualet

F5V08 — Spesifikk varmekapasitet: vann skiller seg ut

Spesifikk varmekapasitet: vann skiller seg ut
Vann har c = 4 186 J/(kg·K), aluminium 900, kobber 385 og bly 128; derfor tar havet lang tid å varme opp.

Søylene viser c i J/(kg·K): vann 4 186, is 2 090, damp 2 010, luft 1 005, aluminium 900, jern og stål 450–500, kobber 385 og bly 128. Is har omtrent halvparten av flytende vann, og metallene ligger langt under.

Utforsk visualet

F5V09 — De seks faseovergangene: fast, væske, gass

De seks faseovergangene: fast, væske, gass
Smelting, fordamping og sublimering tar opp energi; størkning, kondensasjon og deposisjon avgir energi.

I fast stoff vibrerer partiklene rundt faste posisjoner, i væske er de tett pakket men kan gli forbi hverandre, og i gass beveger de seg fritt med stor avstand. Overgangene skjer ved bestemte temperaturer og trykk og krever at energi tilføres eller avgis.

Utforsk visualet

F5V10 — Q = m·L: latent varme ved konstant temperatur

Q = m·L: latent varme ved konstant temperatur
Under en faseovergang går all tilført energi til å bryte bindinger, ikke til å øke farten; temperaturen står stille.

Q = m·L gir energien for en faseovergang, der m er massen i kg og L den latente varmen i J/kg. For vann er smeltevarmen L_f = 3,34 × 10⁵ J/kg ved 0 °C og fordampingsvarmen L_v = 2,26 × 10⁶ J/kg ved 100 °C.

Utforsk visualet

F5V11 — Temperatur–tid-graf med to platåer

Temperatur–tid-graf med to platåer
Vann fra −20 °C til 120 °C: temperaturen stiger i tre skrå segmenter og står stille ved 0 °C og 100 °C.

Grafen viser temperatur mot tid når vann varmes jevnt fra −20 °C til 120 °C. De skrå delene er oppvarming av is, vann og damp, der Q = m·c·ΔT gjelder. De to vannrette platåene ligger ved smeltepunktet 0 °C og kokepunktet 100 °C: her tilføres energi uten at temperaturen stiger.

Utforsk visualet

F5V12 — Fra is til damp: fire trinn i energiregnskapet

Fra is til damp: fire trinn i energiregnskapet
0,20 kg is ved −15 °C til damp ved 100 °C: 6 270 + 66 800 + 83 720 + 452 000 J ≈ 609 kJ.

Trinn 1: varme isen fra −15 til 0 °C, Q₁ = 0,20 × 2090 × 15 = 6 270 J. Trinn 2: smelte isen, Q₂ = 0,20 × 3,34 × 10⁵ = 66 800 J. Trinn 3: varme vannet fra 0 til 100 °C, Q₃ = 0,20 × 4186 × 100 = 83 720 J. Trinn 4: fordampe, Q₄ = 0,20 × 2,26 × 10⁶ = 452 000 J.

Utforsk visualet

F5V13 — Termodynamikkens første lov: ΔU = Q − W

Termodynamikkens første lov: ΔU = Q − W
Endringen i indre energi er tilført varme minus arbeidet systemet utfører; energibevaring for varme og arbeid.

Termodynamikkens første lov er energibevaringsloven anvendt på termodynamiske systemer: ΔU = Q − W, der ΔU er endringen i indre energi i J, Q varmen tilført systemet og W arbeidet systemet utfører på omgivelsene.

Utforsk visualet

F5V14 — Fortegn: ΔU = Q − W eller ΔU = Q + W?

Fortegn: ΔU = Q − W eller ΔU = Q + W?
Samme lov, to skrivemåter: W som arbeid utført av systemet gir minus, W som arbeid gjort på systemet gir pluss.

Med W som arbeidet systemet utfører, er ΔU = Q − W: Q er positiv når varme tilføres, W positiv når systemet gjør arbeid, og ΔU positiv når systemet blir varmere. Med W som arbeidet omgivelsene gjør på systemet, blir loven ΔU = Q + W. Fysikken er den samme; bare definisjonen av W er snudd.

Utforsk visualet

F5V15 — Fire spesielle prosesser: hva er konstant?

Fire spesielle prosesser: hva er konstant?
Isoterm ΔT = 0 gir Q = W; adiabatisk Q = 0 gir ΔU = −W; isokor W = 0 gir ΔU = Q; isobar har konstant trykk.

Isoterm prosess: temperaturen er konstant, ΔU = 0 og Q = W, all tilført varme blir arbeid. Adiabatisk prosess: ingen varmeoverføring, Q = 0 og ΔU = −W, så systemet kjøles ned når det ekspanderer og blir varmt når det presses sammen.

Utforsk visualet

F5V16 — Gjennomregnet: 0,50 kg vann fra 20 °C til 80 °C

Gjennomregnet: 0,50 kg vann fra 20 °C til 80 °C
ΔT = 60 K, og Q = c·m·ΔT = 4181·0,50·60 = 1,25·10⁵ J ≈ 125 kJ.

Oppgaven: hvor mye energi trengs for å varme 0,50 kg vann fra 20 °C til 80 °C når c = 4181 J/(kg·K)? Ingen faseovergang, så Q = c·m·ΔT. Temperaturendringen er ΔT = 80 − 20 = 60 K, lik i celsius og kelvin.

Utforsk visualet

F5V17 — Varmeregnskap: avgitt varme = mottatt varme

Varmeregnskap: avgitt varme = mottatt varme
Kobberlodd på 0,30 kg ved 180 °C i 0,50 kg vann ved 20 °C: sluttemperaturen blir ca. 28,4 °C.

I et isolert system mister det varme legemet nøyaktig like mye energi som det kalde tar opp. Sett opp m·c·ΔT for hvert legeme og sett dem lik hverandre: 0,30 × 385 × (180 − T_f) = 0,50 × 4186 × (T_f − 20).

Utforsk visualet

F5V18 — Smelte mot fordampe: 83,5 kJ mot 904 kJ

Smelte mot fordampe: 83,5 kJ mot 904 kJ
Å smelte 250 g is krever 83,5 kJ; å fordampe 0,40 kg vann krever 904 kJ. Fordampingsvarmen er mye større.

Smelting av 250 g is ved 0 °C: Q = m·L_f = 0,250 × 3,34 × 10⁵ = 83 500 J ≈ 83,5 kJ, og temperaturen holder seg på 0 °C hele tiden. Fordamping av 0,40 kg vann ved 100 °C: Q = m·L_v = 0,40 × 2,26 × 10⁶ = 904 000 J ≈ 904 kJ.

Utforsk visualet

F5V19 — Hvilken formel? Beslutningstre for termisk energi

Hvilken formel? Beslutningstre for termisk energi
Endrer temperaturen seg, eller skifter stoffet fase? Blandes to legemer, eller får en gass varme og arbeid?

Første spørsmål: endrer temperaturen seg uten faseovergang? Da er det Q = m·c·ΔT. Skifter stoffet fase ved konstant temperatur? Da er det Q = m·L. Skjer begge deler, som fra is til damp, deler du prosessen i segmenter og summerer Q_total = Σ(m·c·ΔT + m·L).

Utforsk visualet

F5V20 — Typiske feil: feil mot riktig

Typiske feil: feil mot riktig
De vanligste feilene i kapittelet satt opp mot korreksjonen, par for par.

Feilene går igjen: å bruke «varme» og «temperatur» om hverandre; å tro at temperaturen alltid stiger når energi tilføres, og dermed glemme latent varme ved faseendring; og å glemme massen i Q = c·m·ΔT eller bruke feil enhet for masse og temperaturendring.

Utforsk visualet

F5V21 — Eksamensrekkefølgen: fire steg før du regner

Eksamensrekkefølgen: fire steg før du regner
Del prosessen i segmenter, velg formel per segment, sett opp energibalanse, sjekk enheter og drøft varmetap.

Rekkefølgen er fast: identifiser om det er temperaturendring eller faseovergang og velg Q = m·c·ΔT eller Q = m·L; er det flere faser, del prosessen i segmenter; sett opp energibalansen, Q_avgitt = Q_mottatt når to stoffer blandes; og sjekk enhetene, masse i kg, c i J/(kg·K), ΔT i kelvin eller °C.

Utforsk visualet

Relaterte sider

← Tilbake til ifingo