Studieren Sie Temperatur und Wärme mit der Liste der Übungen zu: Einstellen von Temperatur und Wärme, Ausdehnung und thermischem Gleichgewicht, Thermometrische Skalen, Wärmeübertragung, latente und fühlbare Wärme. Es gibt mehrere gelöste und kommentierte Übungen, damit Sie lernen und Ihre Zweifel lösen können.
Übungen zum Einstellen von Temperatur und Hitze
Übung 1
Definieren und unterscheiden Sie Temperatur und Wärme.
Die Temperatur ist ein Maß für den thermischen Zustand eines physischen Körpers oder Systems. Es bestimmt den Grad der Bewegung der Partikel, aus denen dieses System besteht.
Temperatur ist daher eine Größe, die gemessen werden kann. Im Internationalen Einheitensystem ist die Maßeinheit für die Temperatur Kelvin (K). Andere gebräuchliche Einheiten sind Celsius (°C) und Fahrenheit (°F).
Wärme ist die Bewegung von Wärmeenergie. Wärmeenergie wird von energiereicheren Körpern mit einer höheren Temperatur auf weniger energiereiche Körper und Systeme mit einer niedrigeren Temperatur übertragen. Diese Energieübertragung erfolgt durch Prozesse wie: Leitung, Konvektion und Bestrahlung.
Da Wärme eine Energieform ist, wird sie im Internationalen Einheitensystem in Joule (J) gemessen. Ein weiteres gängiges Maß für Wärme ist Kalorien (Kalk).
Der Hauptunterschied zwischen Temperatur und Wärme besteht darin, dass die Temperatur ein Maß für den thermischen Zustand ist, während Wärme die Übertragung von Wärmeenergie zwischen Körpern ist.
Übung 2
Definieren Sie, was thermisches Gleichgewicht ist.
Thermisches Gleichgewicht ist der Zustand, in dem verschiedene Körper in derselben Umgebung die gleiche Temperatur haben, das heißt, sie haben den gleichen thermischen Zustand.
Da Wärme die Übertragung von Wärmeenergie von wärmeren Körpern auf kühlere ist, kühlen zuvor heißere Körper ab, wenn sie Wärme abgeben. Andererseits werden Körper, die diese Wärme erhalten, die zuvor kälter waren, warm.
Diese Temperaturschwankung hört auf, wenn zwischen den Körpern keine Wärme mehr vorhanden ist, also keine Wärmeenergieübertragung mehr zwischen ihnen stattfindet. In diesem Zustand sind ihre Temperaturen gleich.
Übung 3
Erklären Sie folgendes Phänomen:
Laura ist gerade aufgewacht und an einem kalten Wintertag aus dem Bett aufgestanden. Nach dem Aufstehen aus ihrem warmen Bett berührt sie mit den Füßen den Teppichboden ihres Schlafzimmers und fühlt sich auch barfuß wohl. Wenn Sie die Küche betreten, spüren Ihre nackten Füße beim Berühren des Fliesenbodens ein kaltes Gefühl.
Die gesamte Umgebung des Hauses war die ganze Nacht hindurch den gleichen Temperaturbedingungen ausgesetzt. Warum empfindet Laura beim Barfußlaufen im Schlafzimmer und in der Küche unterschiedliche Empfindungen?
Die Empfindungen von Hitze und Kälte hängen mit mehreren Faktoren zusammen, einige sogar subjektiv. Unterschiedliche Menschen können die gleiche Temperatur auf unterschiedliche Weise fühlen und wahrnehmen. Im Text hat dieselbe Person jedoch unterschiedliche Empfindungen in einer Umgebung, die im thermischen Gleichgewicht sein soll, dh in der die Körper die gleiche Temperatur haben.
Der einzige Unterschied ist das Material, mit dem es in Kontakt kommt. Der Wärmeleitkoeffizient ist eine Materialeigenschaft und gibt an, wie leicht Wärmeenergie übertragen wird. Je höher der Wert der Wärmeleitfähigkeit, desto einfacher ist die Übertragung der Wärmeenergie.
Da Keramikböden eine höhere Wärmeleitfähigkeit haben als Woll- oder Baumwollteppiche, verliert Lauras Körper viel. mehr Energie beim Laufen durch die Küche als beim Laufen auf dem Teppich, was sie interpretieren lässt, dass der Boden mehr ist kalt.
Übungen zum thermischen Gleichgewicht
Übung 4
(IFF 2016) In der Laboraktivität schlägt der Physiklehrer vor, dass die Schüler 1 Liter Wasser mit einer Temperatur von 100 °C mit 500 ml Wasser mit einer Temperatur von 4 °C mischen. Vor dem Mischen und Messen der Temperatur des thermischen Gleichgewichts müssen die Schüler jedoch die Temperatur des thermischen Gleichgewichts berechnen. Berücksichtigen Sie vernachlässigbare Wärmeverluste und dass das theoretische Ergebnis dem experimentellen Wert entspricht. Es kann gesagt werden, dass diese Gleichgewichtstemperatur gilt:
a) 68 °C.
b) 74 °C.
c) 80°C.
d) 32 °C.
e) 52 °C.
Richtige Antwort: a) 68 °C.
Zielsetzung: Bestimmen Sie die Temperatur des thermischen Gleichgewichts ().
Daten:
1L = 1000 ml Wasser bei 100°C;
500 ml Wasser bei 4°C
Physikalisches und mathematisches Modell
Im thermischen Gleichgewicht findet keine Übertragung von Wärmeenergie mehr statt, daher ist die Summe der Wärmemengen der Wasseranteile bei 100 °C und 4 °C gleich Null.
Da auf beiden Seiten der Gleichung die spezifische Wärme gleich ist, können wir sie aufheben.
Daher beträgt die Gleichgewichtstemperatur 68 °C.
Übungen zu thermometrischen Waagen
Übungen 5
(SENAC - SP 2013) Die Ankunft des Menschen auf dem Mond geschah 1969. Die Struktur des Mondes ist felsig und hat praktisch keine Atmosphäre, was bedeutet, dass die Temperatur tagsüber 105 °C erreicht und nachts auf -155 °C sinkt.
Diese thermische Variation, gemessen auf der Temperaturskala Fahrenheit, ist gültig
a) 50.
b) 90.
c) 292.
d) 468.
e) 472.
Richtige Antwort: d) 468.
Die Beziehung zwischen der Celsius-°C-Skala und der °F-Skala ist gegeben durch:
Wo,
ist die Temperaturschwankung in Grad Celsius und
ist die Variante von Fahrenheit.
Die Temperatur auf der Mondoberfläche schwankt zwischen 105°C und nachts -155°C. Daher beträgt die Gesamtabweichung 260°C.
105 - (-155) = 260
Durch Einsetzen in die Formel erhalten wir:
Übungen 6
(UESPI 2010) Ein Student liest den Science-Fiction-Roman „Fahrenheit 451“ von Ray Bradbury. In einer bestimmten Passage behauptet einer der Charaktere, dass 451 ° F die Temperatur auf der Fahrenheit-Skala ist, bei der das Papier, aus dem Bücher hergestellt werden, verbrennt. Der Schüler weiß, dass die Schmelz- und Siedetemperatur von Wasser auf dieser Skala 32 °F bzw. 212 °F beträgt. Er kommt zu Recht zu dem Schluss, dass 451 ° F ungefähr äquivalent sind zu:
a) 100 °C
b) 205 °C
c) 233 °C
d) 305 °C
e) 316 °C
Richtige Antwort: c) 233 °C.
Die Skalen Celsius und Fahrenheit hängen zusammen durch:
Ersetzen von 451 ° F durch , wir haben:
Von den Antwortmöglichkeiten ist 233°C die nächste.
Übungen 7
(FATEC 2014) Während eines Formel-Indy- oder Formel-1-Rennens sind die Fahrer im Cockpit einer heißen Mikroumgebung ausgesetzt, die es erreicht 50°C, erzeugt durch verschiedene Wärmequellen (von Sonne, Motor, Gelände, Gehirnstoffwechsel, Muskelaktivität) etc.). Diese Temperatur liegt weit über der tolerierbaren durchschnittlichen Körpertemperatur, daher sollten sie immer in guter körperlicher Verfassung sein.
Formel-Indy-Rennen sind in den USA traditioneller, wo die Temperaturmessung auf der Fahrenheit-Skala basiert. Basierend auf den Informationen im Text ist es richtig, dass die Cockpittemperatur, die ein Formula Indy-Auto während des Rennens erreicht, in Grad Fahrenheit beträgt:
Daten:
Eisschmelztemperatur = 32 °F;
Siedewassertemperatur = 212 ° F.
a) 32.
b) 50.
c) 82.
d) 122.
e) 212.
Richtige Antwort: d) 122
Um die beiden Temperaturen in Beziehung zu setzen, verwenden wir die Gleichung:
ersetzen für 50 und auflösen nach
, wir haben:
Daher beträgt die Temperatur im Cockpit in Fahrenheit 122 °F.
Übungen zur Wärmeausbreitung
Übung 8
(Enem 2021) In einer Bedienungsanleitung für einen Kühlschrank gibt es folgende Empfehlungen:
• Lassen Sie die Kühlschranktür nur so lange wie nötig geöffnet;
• Es ist wichtig, die Luftzirkulation nicht durch eine schlechte Verteilung der Lebensmittel in den Regalen zu behindern;
• Lassen Sie einen Abstand von mindestens 5 cm zwischen der Rückseite des Produkts (schlangenförmiger Kühlkörper) und der Wand.
Basierend auf den Prinzipien der Thermodynamik sind die Begründungen für diese Empfehlungen jeweils:
a) Reduzieren Sie die Kälteabgabe des Kühlschranks an die Umgebung, sorgen Sie für die Übertragung von Kälte zwischen den Lebensmitteln im Regal und ermöglichen Sie den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlkörper und der Umgebung.
b) Reduzieren Sie die Kälteleistung des Kühlschranks an die Umgebung, gewährleisten Sie die Konvektion der Innenluft, gewährleisten Sie die Wärmedämmung zwischen den Innen- und Außenteilen.
c) Reduzieren Sie den Wärmefluss von der Umgebung zum Inneren des Kühlschranks, sorgen Sie für die Konvektion der Innenluft und ermöglichen Sie den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlkörper und der Umgebung.
d) Reduzieren Sie den Wärmefluss von der Umgebung zum Inneren des Kühlschranks, sorgen Sie für Übertragung die Kälte zwischen den Speisen im Regal ab und ermöglichen den Wärmeaustausch zwischen Spüle und Umgebung.
e) Reduzieren Sie den Wärmefluss von der Umgebung zum Inneren des Kühlschranks, gewährleisten Sie die Konvektion der Innenluft und gewährleisten Sie die Wärmedämmung zwischen Innen- und Außenteilen.
Richtige Antwort: c) Reduzieren Sie den Wärmefluss vom Raum zum Inneren des Kühlschranks, sorgen Sie für die Konvektion der Innenluft und ermöglichen Sie den Wärmeaustausch zwischen Kühlkörper und Umgebung.
Halten Sie die Kühlschranktür geschlossen und öffnen Sie nur das Notwendige, um das Eindringen von Wärme aus der äußeren Umgebung zu verhindern.
Im Inneren des Kühlschranks erzeugt der Wärmeaustausch zwischen der kalten Raumumgebung und den Lebensmitteln durch Konvektion Luftströmungen. Diese Ströme werden zum Kühlen von Lebensmitteln benötigt.
Die den Lebensmitteln entzogene und mit dem Kältemittel des Kühlschranks ausgetauschte Wärme wird zum rückwärtigen Kühlkörper transportiert. Diese Wärme wird hauptsächlich durch Konvektion mit der Umgebung ausgetauscht, sodass Platz benötigt wird.
Übung 9
(UEPB 2009) Ein Kind, das Brigadeiro mochte, beschloss, dieses Bonbon zu machen, und dafür begann er, die Zutaten und Utensilien zu trennen. Zuerst nahm er die Kondensmilchdose, das Schokoladenpulver und die Margarine, dann eine Stahlpfanne und einen Löffel und einen Dosenöffner. Das Kind bohrte ein Loch in die Dose, um die Kondensmilch in die Pfanne abzulassen. Seine Mutter, die diese Einstellung sah, schlug dem Sohn vor, ein weiteres Loch in die Dose zu bohren, damit er diese Flüssigkeit leichter entfernen kann. Als das Kind den Topf auf das Feuer stellte, um das Brigadeiro zu rühren, spürte das Kind, dass sich der Griff des Löffels nach einigen Minuten erwärmt hatte und beschwerte sich: „Mutter, der Löffel verbrennt meine Hand“. Also bat ihn seine Mutter, einen Holzlöffel zu benutzen, um Verbrennungen zu vermeiden.
Über die Erwärmung des Löffels, die in der Beschwerde des Kindes, dass seine Hand brennt, nachgewiesen wurde, können wir das sagen
a) mit einem Holzlöffel, der ein ausgezeichneter Wärmeisolator ist, erwärmt er sich schneller als ein Stahllöffel.
b) Dies geschieht, weil die Partikel, aus denen der Löffel besteht, Konvektionsströme erzeugen, die ihn vollständig von einem Ende zum anderen erhitzen.
c) Durch die Bestrahlung erwärmt sich der Löffel vollständig von einem Ende zum anderen.
d) mit einem Holzlöffel, der ein ausgezeichneter Wärmeleiter ist, erwärmt er sich schneller als ein Stahllöffel.
e) es geschieht, weil die Partikel, aus denen der Löffel besteht, beginnen, die dort aufgenommene Wärme von einem Ende zum anderen zu leiten.
Richtige Antwort: e) Es passiert, weil die Partikel, aus denen der Löffel besteht, beginnen, die dort aufgenommene Wärme von einem Ende zum anderen zu leiten.
Der Wärmeausbreitungsprozess ist Leitung. Von einem Teilchen wird nur Energie an seine Umgebung übertragen. Metalle sind ausgezeichnete Wärmeübertrager.
Übung 10
(Enem 2016) In einem Experiment lässt ein Lehrer zwei Tabletts gleicher Masse, eines aus Kunststoff und das andere aus Aluminium, auf dem Labortisch liegen. Nach einigen Stunden fordert er die Schüler auf, die Temperatur der beiden Tabletts per Touch zu bewerten. Seine Schüler behaupten kategorisch, dass die Aluminiumschale eine niedrigere Temperatur hat. Fasziniert schlägt er eine zweite Aktivität vor, bei der er auf jedes der Tabletts einen Eiswürfel legt sich im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung befinden und fragt sie, mit welcher Geschwindigkeit die Eisschmelze sein wird größer.
Der Schüler, der die Frage des Lehrers richtig beantwortet, wird sagen, dass das Schmelzen auftreten wird
a) schneller auf der Aluschale, da diese eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als Kunststoff.
b) schneller auf der Kunststoffschale, da diese anfangs eine höhere Temperatur hat als die Aluminiumschale.
c) schneller auf der Kunststoffschale, da sie eine höhere Wärmekapazität hat als die Aluminiumschale.
d) schneller auf der Aluminiumschale, da sie eine geringere spezifische Wärme hat als die Kunststoffschale.
e) mit der gleichen Geschwindigkeit auf beiden Tabletts, da sie die gleiche Temperaturschwankung aufweisen.
Richtige Antwort: a) schneller auf der Aluschale, da diese eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als die Kunststoffschale.
Eis schmilzt schneller in der Schale, die die Wärme schneller, dh schneller, überträgt. Da Metalle eine höhere Wärmeleitfähigkeit haben, überträgt die Aluminiumschale mehr Wärme auf das Eis und es schmilzt schneller.
Übung 11
(Enem 2021) In der Stadt São Paulo sind die Wärmeinseln für die Richtungsänderung der Meeresbrise verantwortlich, die die Frühlingsregion erreichen soll. Doch beim Überqueren der Wärmeinsel trifft die Meeresbrise nun auf einen vertikalen Luftstrom, der sich überträgt für sie die von den heißen Oberflächen der Stadt absorbierte Wärmeenergie, die sie an hohe Orte verlagert Höhen. Auf diese Weise gibt es im Zentrum der Stadt Kondenswasser und Starkregen statt in der Frühlingsregion. Das Bild zeigt die drei Subsysteme, die bei diesem Phänomen Energie austauschen.
Diese Mechanismen sind bzw.
a) Bestrahlung und Konvektion.
b) Bestrahlung und Bestrahlung.
c) Leitung und Bestrahlung.
d) Konvektion und Bestrahlung.
e) Konvektion und Konvektion.
Richtige Antwort: a) Bestrahlung und Konvektion.
Bestrahlung ist der Prozess der Wärmeübertragung zwischen der Sonne und den Städten. Dabei wird Wärme durch elektromagnetische Strahlung übertragen.
Konvektion ist der Prozess der Wärmeübertragung zwischen Wärmeinseln und der Meeresbrise. Dabei wird Wärme von einem flüssigen Medium, in diesem Fall Luft, durch seine Bewegungen übertragen. Bei der Konvektion dehnt sich die heiße Luft aus, wird weniger dicht und steigt auf. Die kühlere Luft in höheren Lagen, dichter, sinkt ab und erzeugt Luftströmungen, die Wärme austauschen.
Übungen zu latenter Wärme und sensibler Wärme
Übung 12
(Enem 2015) Die hohen Verbrennungstemperaturen und die Reibung zwischen den beweglichen Teilen sind einige der Faktoren, die zur Erwärmung von Verbrennungsmotoren führen. Um eine Überhitzung und daraus resultierende Schäden an diesen Motoren zu vermeiden, wurden aktuelle Kühlsysteme entwickelt, bei denen eine Flüssigkeit Kühler mit besonderen Eigenschaften zirkuliert durch das Innere des Motors und nimmt die Wärme auf, die beim Durchgang durch den Kühler an den Atmosphäre.
Welche Eigenschaft muss das Kühlmittel haben, um seinen Zweck möglichst effizient zu erfüllen?
a) Hohe spezifische Wärme.
b) Hohe latente Schmelzwärme.
c) Niedrige Wärmeleitfähigkeit.
d) Niedrige Siedetemperatur.
e) Hoher Wärmeausdehnungskoeffizient.
Richtige Antwort: a) Hohe spezifische Wärme.
Spezifische Wärme ist eine Eigenschaft des Materials, in diesem Fall des Kühlmittels. Es gibt die Wärmemenge an, die es für eine Masseneinheit aufnehmen oder abgeben muss, um eine Temperatureinheit zu variieren.
Mit anderen Worten, je höher die spezifische Wärme, desto mehr Wärme kann sie aufnehmen, ohne ihre Temperatur zu stark zu erhöhen. Stoffe mit hoher spezifischer Wärme sind weniger empfindlich gegenüber Temperaturänderungen.
Auf diese Weise kann das Kühlmittel mit hoher spezifischer Wärme eine größere Menge an Wärmeenergie aus dem Motor "sammeln", ohne zu sieden.
Übung 13
(FATEC 2014) In einer Klasse im Fach Physik im Lehrgang Schweißen der Fatec greift die zuständige Lehrkraft mit den Schülern ein Thema auf, das sie in der Oberstufe gesehen haben. Erklärt, wie die Analyse eines Zustandsänderungsgraphen eines gegebenen hypothetischen Reinstoffs durchgeführt wird. Dazu müssen wir nur die auf den Achsen dargestellten physikalischen Größen und den durch die Beziehung zwischen diesen Größen gebildeten Graphen auswerten. In diesem Diagramm zeigt der Abschnitt, der eine Neigung aufweist, eine Temperaturänderung aufgrund von Energieabsorption an, und der Abschnitt, der ein Plateau (horizontaler Abschnitt) darstellt, zeigt eine Zustandsänderung aufgrund von Energieabsorption an.
Nach dieser Erklärung fragt er die Schüler, wie viel Energie insgesamt von dem aufgenommen wurde Substanz zwischen dem Ende der Zustandsänderung für die Flüssigkeit, bis zum Ende der Zustandsänderung für die gasförmig.
Die richtige Antwort auf diese Frage in Kalorien ist
a) 2000.
b) 4000.
c) 6.000.
d) 10.000.
e) 14 000.
Richtige Antwort: d) 10 000.
Diese Veränderung findet zwischen 4000 und 14000 Kalorien statt. Die Substanz ist vollständig flüssig, wenn die Rampe nach dem ersten Plateau beginnt. Auf dem zweiten Plateau findet die Umwandlung von der flüssigen in die gasförmige Phase statt.
Übungen zur thermischen Dilatation
Übung 14
(URCA 2012) Der Basisradius eines metallischen Kegels, dessen Dichte 10 g/cm3 beträgt, hat bei 0°C eine Anfangslänge Ro = 2 cm. Durch Erhitzen dieses Kegels auf eine Temperatur von 100°C verändert sich seine Höhe Δh = 0,015 cm. Bei einer Kegelmasse von 100 g beträgt der mittlere Längenausdehnungskoeffizient des Materials:
Richtige Antwort:
Zielsetzung: Bestimmen Sie den linearen Ausdehnungskoeffizienten ().
Daten = 0,015 cm
Anfangsradius, = 2 cm = 100°C
Masse, m = 100 g
Dichte, d = 10 g/cm3
Mathematisches und physikalisches Modell der linearen Wärmeausdehnung
Wo, ist der lineare Ausdehnungskoeffizient.
ist der Höhenunterschied.
ist die Starthöhe.
ist die Temperaturschwankung.
Isolieren ,
und
Sie werden bereitgestellt. Auf diese Weise bestimmen Sie
, es ist notwendig zu bestimmen
.
Bestimmen verwenden wir das Volumen- und Dichteverhältnis.
Kegelvolumen
Dichte
Isolieren V,
Den Wert von V und r in die Volumengleichung einsetzen und = 3,
Jetzt können wir ersetzen in der Gleichung des Wärmeausdehnungskoeffizienten,
in wissenschaftliche Notation umwandeln
0,0006 =
Lerne mehr über
- Hitze und Temperatur.
- Wärmeausbreitung
- empfindliche Hitze
- Spezifische Wärme
- Wärmeenergie
- Wärmeausdehnung
- Wärmekapazität
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- Thermische Bestrahlung
