Oppimistehtävä 2 – esimerkit ja harjoitustehtävät
Lämpöenergia
Lämpö on energiaa samoin kuin on mekaaninen tai kemiallinen energia. Energia voi muuntua muodosta toiseen, eikä sen kokonaismäärä muutu. Edelliset asiat yhdistämällä voimme kirjoittaa lämpöopin ensimmäisen pääsäännön.
Systeemiin tuotu energia voi muuntua muodosta toiseen, mutta sen kokonaismäärä on vakio.
Energia on kykyä lämmittää. Kokemuksesta tiedämme, että yhden kahvikupillisen kuumentaminen vaatii vähemmän energiaa kuin koko pannullisen kuumentaminen.
Ominaislämpökapasiteetti
Ominaislämpökapasiteetti kuvaa lämmön varastoimiskykyä eli sitä, kuinka paljon jokin aine pystyy varastoimaan lämpöä yhtä kilogrammaa kohden, kun aineen lämpötila nousee yhden celsiusasteen (tai kelvinin). Se lämpömäärä, joka tarvitaan kohottamaan kappaleen lämpötilaa, on siis suoraan verrannollinen kappaleen massaan ja lämpötilan muutokseen.
Vedellä on verrattain suuri lämmön varastoimiskyky. Sen vuoksi veden avulla lämmitetään usein koteja, joissa on vesikiertoinen patteri- tai lattialämmitys. Koska veteen on sitoutunut paljon energiaa huoneen lämmittämiseen, riittää maltillinen kuuman veden kierto järjestelmässä.
Kirjoitetaan lämpöenergian yhtälö, kun termi 
on energian muutos, 
on ominaislämpökapasiteetti, 
on massa ja 
on lämpötilan muutos.
Kirjoitetaan lämpöenergian yksikkö.
![\[ [\Delta Q] = [c][m][\Delta T] = \frac{\text{J}}{\text{kg\textcelsius}} \cdot \text{kg} \cdot \text{\textcelsius} = \text{J} \qquad \text{(joule)} \]](https://blogit.gradia.fi/fykevalinnainen/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-2f25d0f4befe2b9f179816bf6d6c8d51_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Lämpöteho
Teho on määritelmän mukaan aikayksikössä tehty työ. Tehokkaampi lämmitin tekee annetun työn lyhyemmässä ajassa kuin tätä tehottomampi laite.
Kirjoitetaan tehon yhtälö, kun termi 
on teho (W), 
on energia (J) ja 
on aika (s).
Kirjoitetaan lämpötehon yksikkö.
![\[ [P] = \frac{[E]}{[t]} = \frac{\text{J}}{\text{s}} = \text{W} \qquad \text{(watti)} \]](https://blogit.gradia.fi/fykevalinnainen/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-180bfbcdccdb4cc1fed8dd5d500ee7b3_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Hyötysuhde
Hyötysuhde kertoo kuinka suuri osa järjestelmään syötetystä energiasta voidaan hyödyntää varsinaista tarkoitusta varten.
Kirjoitetaan hyötysuhteen yhtälö, kun termi 
on yksikötön hyötysuhde, 
on koneeseen syötetty työ, 
on koneen tekemä työ, 
on koneen ottama teho ja 
on koneen antama teho.
Kirjoitetaan hyötysuhteen yksikötön eli dimensioton yksikkö.
![\[ [\eta] = 1 \]](https://blogit.gradia.fi/fykevalinnainen/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5cf29966ea1f47dcfe9e32dc5a5ee333_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Sähköenergia
Sähköenergia on hyvä tapa siirtää energiaa. Voimalaitoksissa mekaaninen-, lämpö- ja ydinenergia muutetaan sähköenergiaksi.
Jos sytytetään lamput, joiden tehot ovat 60 W ja 100 W, palaa tehokkaampi lamppu kirkkaammin. Tämä johtuu siitä, että 100 W:n lampun hehkulangan resistanssi on pienempi, joten langan läpi kulkee suurempi sähkövirta kuin pienempitehoisen lampun hehkulangan läpi. Lampun valo- ja lämpöenergia on yhtä suuri kuin sähkön avulla siirretty energia.
Sähköenergian yksikköinä käytetään joulea sekä kilowattituntia. Kilowattitunti liittyy erityisesti arkielämän sähkön kulutuksen mittaamiseen.
Kun halutaan määrittää sähköenergia, joka muuttuu hehkulampussa lämpö- ja valoenergiaksi onnistuu se mittaamalla käyttöjännite, lampun läpi kulkeva sähkövirta ja käyttöaika.
Kirjoitetaan kulutetun sähköenergian yhtälö, kun termi on energia, 
on jännite, 
on sähkövirta ja on aika.
Kirjoitetaan sähköenergian yksikkö.
![\[ [E] = [U][I][t] = \text{V} \cdot \text{A} \cdot \text{s} = \frac{\text{J}}{\text{C}} \cdot \frac{\text{C}}{\text{s}} \cdot \text{s} = \text{J} \qquad \text{(joule)} \]](https://blogit.gradia.fi/fykevalinnainen/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-accceba0090d2e65c92ea6edca1693a3_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Suomessa kotitaloudet käyttävät noin viidesosan sähköenergiasta. Sähköyhtiöt laskuttavat kotitalouksien käyttämästä energiasta käyttäen yksikkönä kilowattituntia. Tämä on perusteltua sen vuoksi, että arkielämässä joule on aivan liian pieni yksikkö mitattaessa kotitalouksien sähköenergian kulutusta.
Kirjoitetaan arkielämässä kulutetun sähköenergian yhtälö, kun termi on energia (kWh), on teho (kW) ja on aika (h).
Kirjoitetaan sähköenergian yksikkö.
![\[ [E] = [P][t] = \text{W} \cdot \text{h} = \text{Wh} \qquad \text{(wattitunti)} \]](https://blogit.gradia.fi/fykevalinnainen/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ed769cd515961c4b80f00b773cb9b0cc_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Wattitunnit on helppo muuttaa jouleiksi.
![\[ 1\;\text{Wh} = 3\,600\;\text{J} = 3,6\;\text{kJ} \]](https://blogit.gradia.fi/fykevalinnainen/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-321982078783211f7d2edfa82f618d16_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")