Opiskele lämpötilaa ja lämpöä harjoitusluettelon avulla: lämpötilan ja lämmön asettaminen, laajeneminen ja lämpötasapaino, lämpömittarit, lämmönsiirto, piilevä ja aistillinen lämpö. Siellä on useita ratkaistuja ja kommentoituja harjoituksia, joiden avulla voit oppia ja ratkaista epäilyksesi.
Harjoituksia lämpötilan ja lämmön asettamisesta
Harjoitus 1
Määrittele ja erottele lämpötila ja lämpö.
Lämpötila on fyysisen kehon tai järjestelmän lämpötilan mitta. Se määrittää tämän järjestelmän muodostavien hiukkasten sekoitusasteen.
Lämpötila on siis määrä, jotain, jota voidaan mitata. Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä lämpötilan mittayksikkö on Kelvin (K). Muita yleisiä yksiköitä ovat Celsius (°C) ja Fahrenheit (°F).
Lämpö on lämpöenergian liikettä. Lämpöenergia siirtyy energisemmistä kappaleista, joiden lämpötila on korkeampi, vähemmän energisiin kappaleisiin ja järjestelmiin, joiden lämpötila on alhaisempi. Tämä energiansiirto tapahtuu seuraavien prosessien kautta: johtuminen, konvektio ja säteilytys.
Koska lämpö on eräs energiamuoto, kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä se mitataan jouleina (J). Toinen yleinen lämmön mitta on kalori (kalkki).
Suurin ero lämpötilan ja lämmön välillä on, että lämpötila on lämpötilan mitta, kun taas lämpö on lämpöenergian siirtoa kappaleiden välillä.
Harjoitus 2
Määrittele mikä on lämpötasapaino.
Terminen tasapaino on tila, jossa eri kappaleet samassa ympäristössä ovat samassa lämpötilassa, eli niillä on sama lämpötila.
Koska lämpö on lämpöenergian siirtymistä lämpimistä kappaleista viileämpiin, aikaisemmin kuumemmat kappaleet jäähtyvät luovuttaessaan lämpöä. Toisaalta tätä lämpöä vastaanottavat kehot, jotka olivat aikaisemmin kylmempiä, lämpenevät.
Tämä lämpötilan vaihtelu lakkaa, kun lämpöä ei enää ole kappaleiden välillä, mikä tarkoittaa, että lämpöenergiaa ei enää siirry kappaleiden välillä. Tässä tilassa niiden lämpötilat ovat samat.
Harjoitus 3
Selitä seuraava ilmiö:
Laura on juuri herännyt ja noussut sängystä kylmänä talvipäivänä. Noustuaan lämpimästä sängystä hän koskettaa jalkojaan makuuhuoneensa kokolattiamattoa vasten ja tuntee olonsa mukavaksi, jopa paljain jaloin. Kun menet keittiöön, paljaat jalat tuntevat kylmän tunteen, kun kosketat laattalattiaa.
Koko talon ympäristö oli alttiina samoihin lämpötiloihin koko yön. Miksi Laura tuntee erilaisia tuntemuksia kävellessään paljain jaloin makuuhuoneessa ja keittiössä?
Kuuman ja kylmän tuntemukset liittyvät useisiin tekijöihin, joista osa on jopa subjektiivisia. Eri ihmiset voivat tuntea ja havaita saman lämpötilan eri tavoin. Kuitenkin tekstissä samalla henkilöllä on erilaisia tuntemuksia ympäristössä, jonka oletetaan olevan lämpötasapainossa, eli jossa kehot ovat samassa lämpötilassa.
Ainoa ero on materiaali, jonka kanssa se joutuu kosketuksiin. Lämmönjohtavuuskerroin on materiaalien ominaisuus ja kertoo kuinka helposti lämpöenergia siirtyy. Mitä suurempi lämmönjohtavuusarvo on, sitä helpompi lämpöenergian siirto on.
Koska keraamisen lattian lämmönjohtavuus on parempi kuin villa- tai puuvillamatto, Lauran keho menettää paljon. enemmän energiaa keittiön läpi kävellessä kuin matolla kävellessä, mikä saa hänet tulkitsemaan, että lattiaa on enemmän kylmä.
Harjoitukset lämpötasapainosta
Harjoitus 4
(IFF 2016) Laboratoriotoiminnassa fysiikan opettaja ehdottaa, että opiskelijat sekoittavat 1 litran 100 °C: n vettä 500 ml: aan 4 °C: n vettä. Ennen lämpötasapainolämpötilan sekoittamista ja mittaamista opiskelijoiden on kuitenkin laskettava lämpötasapainolämpötila. Ota huomioon mitättömät lämpöhäviöt ja että teoreettinen tulos on yhtä suuri kuin kokeellinen arvo. Voidaan sanoa, että tämä tasapainolämpötila on voimassa:
a) 68 °C.
b) 74 °C.
c) 80 °C.
d) 32 °C.
e) 52 °C.
Oikea vastaus: a) 68°C.
Tavoite: määritä lämpötasapainolämpötila ().
Tiedot:
1 l = 1000 ml vettä 100 °C: ssa;
500 ml vettä 4°C: ssa
Fysikaalinen ja matemaattinen malli
Termisessä tasapainossa lämpöenergiaa ei enää siirretä, joten 100°C: n ja 4°C: n vesiosien lämpöjen summa on yhtä suuri kuin nolla.
Koska yhtälön molemmilla puolilla ominaislämpö on sama, voimme kumota ne.
Siksi tasapainolämpötila on 68 °C.
Harjoituksia termometrisilla vaaoilla
Harjoitukset 5
(SENAC - SP 2013) Ihmisen saapuminen kuuhun tapahtui vuonna 1969. Kuun rakenne on kivinen ja siinä ei ole käytännössä ilmakehää, mikä tarkoittaa, että päivällä lämpötila nousee 105 °C: een ja yöllä laskee -155 °C: seen.
Tämä lämpövaihtelu, mitattuna Fahrenheitin lämpötila-asteikolla, on voimassa
a) 50.
b) 90.
c) 292.
d) 468.
e) 472.
Oikea vastaus: d) 468.
Celsius °C asteikon ja °F asteikon välinen suhde saadaan seuraavasti:
Missä,
on lämpötilan vaihtelu celsiusasteina ja
on Fahrenheitin vaihtelu.
Kuun pinnan lämpötila vaihtelee välillä 105°C ja yöllä -155°C. Siksi kokonaisvaihtelu on 260 °C.
105 - (-155) = 260
Korvaamalla kaavassa meillä on:
Harjoitukset 6
(UESPI 2010) Opiskelija lukee Ray Bradburyn tieteiskirjallisuutta "Fahrenheit 451". Tietyssä kohdassa yksi hahmoista väittää, että 451 °F on Fahrenheit-asteikon lämpötila, jossa paperi, josta kirjoja valmistetaan, palaa. Opiskelija tietää, että tällä asteikolla veden sulamis- ja kiehumislämpötilat ovat 32°F ja 212°F. Hän päättelee perustellusti, että 451 °F vastaa suunnilleen:
a) 100 °C
b) 205 °C
c) 233 °C
d) 305 °C
e) 316 °C
Oikea vastaus: c) 233 °C.
Celsius- ja Fahrenheit-asteikot liittyvät toisiinsa:
Korvaa 451°F: lla , meillä on:
Vastevaihtoehdoista 233°C on lähin.
Harjoitukset 7
(FATEC 2014) Formula Indyn tai Formula 1 -kilpailun aikana kuljettajat altistuvat kuumalle mikroympäristölle ohjaamossa, joka se saavuttaa 50 °C, erilaisten lämmönlähteiden (auringosta, moottorista, maastosta, aivojen aineenvaihdunnasta, lihastoiminnasta) tuottamana jne.). Tämä lämpötila on reilusti siedettävää keskimääräistä ruumiinlämpöä korkeampi, joten heidän tulee aina olla hyvässä fyysisessä kunnossa.
Formula Indy -kilpailut ovat perinteisempiä Yhdysvalloissa, missä lämpötilalukemat hyväksytään Fahrenheit-asteikolla. Tekstissä esitettyjen tietojen perusteella on oikein todeta, että ohjaamon lämpötila, jonka Formula Indy -auto saavuttaa kilpailun aikana, Fahrenheit-asteina, on
Tiedot:
Jään sulamislämpötila = 32°F;
Kiehuvan veden lämpötila = 212°F.
a) 32.
b) 50.
c) 82.
d) 122.
e) 212.
Oikea vastaus: d) 122
Näiden kahden lämpötilan yhdistämiseksi käytämme yhtälöä:
korvaamalla 50 ja ratkaistaan hintaan
, meillä on:
Siksi ohjaamon lämpötila Fahrenheit-asteissa on 122 °F.
Lämmön leviämistä koskevat harjoitukset
Harjoitus 8
(Enem 2021) Jääkaapin käyttöohjeessa on seuraavat suositukset:
• Pidä jääkaapin ovi auki vain niin kauan kuin on tarpeen;
• On tärkeää olla estämättä ilmankiertoa ruuan huonolla jakautumisella hyllyille.
• Jätä vähintään 5 cm tilaa tuotteen takaosan (kiemurteleva jäähdytyselementti) ja seinän väliin.
Termodynamiikan periaatteisiin perustuen näiden suositusten perustelut ovat vastaavasti:
a) Vähennä jääkaapin kylmän tuottoa ympäristöön, varmista kylmän siirtyminen hyllyllä olevien elintarvikkeiden välillä ja salli lämmönvaihto jäähdytyslevyn ja ympäristön välillä.
b) Vähennä jääkaapin kylmätehoa ympäristöön, takaa sisäilman konvektio, takaa lämmöneristyksen sisä- ja ulkoosan välillä.
c) Vähennä lämpövirtausta ympäristöstä jääkaapin sisäpuolelle, varmista sisäilman konvektio ja salli lämmönvaihto jäähdytyselementin ja ympäristön välillä.
d) Vähennä lämpövirtausta ympäristöstä jääkaapin sisäpuolelle, varmista välitys hyllyllä olevien ruokien välistä kylmää ja mahdollistaa lämmönvaihdon pesualtaan ja ympäristön välillä.
e) Vähennä lämpövirtausta ympäristöstä jääkaapin sisäpuolelle, takaa sisäilman konvektio ja takaa lämmöneristyksen sisä- ja ulkoosan välillä.
Oikea vastaus: c) Vähennä lämpövirtausta huoneesta jääkaapin sisäpuolelle, varmista sisäilman konvektio ja salli lämmönvaihto jäähdytyselementin ja ympäristön välillä.
Jääkaapin oven pitäminen suljettuna ja vain tarpeellisen avaaminen estää lämmön pääsyn ulkoilmasta.
Jääkaapin sisällä lämmönvaihto kylmän sisäympäristön ja ruoan välillä tuottaa ilmavirtoja konvektion kautta. Näitä virtoja tarvitaan ruoan jäähdyttämiseen.
Ruoasta otettu ja jääkaapin kylmäaineella vaihdettu lämpö siirretään takaosassa olevaan jäähdytyselementtiin. Tämä lämpö vaihtuu ympäristön kanssa pääasiassa konvektiolla, joten tilaa tarvitaan.
Harjoitus 9
(UEPB 2009) Brigadeirosta tykännyt lapsi päätti tehdä tämän karkin, ja sitä varten hän alkoi erottaa ainekset ja ruokailuvälineet. Aluksi hän otti maitotiivistepurkin, suklaajauheen ja margariinin, sitten teräspannun ja lusikan sekä tölkinavaajan. Lapsi porasi tölkkiin reiän kondensoituneen maidon valuttamiseksi pannulle. Hänen äitinsä, nähdessään tämän asenteen, ehdotti, että poika poraisi toisen reiän tölkkiin, jotta hän voisi poistaa nesteen helpommin. Kun kattilaa laitettiin tuleen sekoittamaan brigadeiroa, lapsi tunsi muutaman minuutin kuluttua, että lusikan varsi oli lämmennyt ja valitti: ”Äiti, lusikka polttaa kättäni”. Joten hänen äitinsä pyysi häntä käyttämään puulusikkaa palovamman estämiseksi.
Lusikan lämpenemisestä, joka ilmeni lapsen valituksessa, että hänen kätensä palasi, voimme sanoa, että
a) puulusikalla, joka on erinomainen lämmöneriste, se lämpenee nopeammin kuin teräslusikka.
b) se tapahtuu, koska lusikan muodostavat hiukkaset luovat konvektiovirtoja, jotka lämmittävät sen kokonaan, päästä toiseen.
c) säteilytyksen takia lusikka lämpenee kokonaan päästä toiseen.
d) puulusikalla, joka on erinomainen lämmönjohdin, se lämpenee nopeammin kuin teräslusikka.
e) se tapahtuu, koska lusikan muodostavat hiukkaset alkavat johtaa sinne imeytyvää lämpöä päästä toiseen.
Oikea vastaus: e) se tapahtuu, koska lusikan muodostavat hiukkaset alkavat johtaa sinne imeytyvää lämpöä päästä toiseen.
Lämmön etenemisprosessi on johtuminen. Vain energia siirtyy hiukkasesta ympäristöönsä. Metallit ovat erinomaisia lämmönsiirtimiä.
Harjoitus 10
(Enem 2016) Kokeessa opettaja jättää laboratorion pöydälle kaksi samanmassaista alustaa, toinen muovia ja toinen alumiinia. Muutaman tunnin kuluttua hän pyytää oppilaita arvioimaan kahden tarjottimen lämpötilan koskettamalla. Hänen oppilaansa väittävät kategorisesti, että alumiinialusta on alhaisemmassa lämpötilassa. Innostuneena hän ehdottaa toista toimintaa, jossa hän asettaa jääkuution jokaiselle tarjottimelle, joka ovat lämpötasapainossa ympäristön kanssa ja kysyy heiltä, millä tasolla jään sulamisnopeus on suurempi.
Oppilas, joka vastaa oikein opettajan kysymykseen, sanoo, että sulaminen tapahtuu
a) nopeammin alumiinialustalla, koska sillä on korkeampi lämmönjohtavuus kuin muovilla.
b) nopeammin muovialustalla, koska sen lämpötila on aluksi korkeampi kuin alumiinisen.
c) nopeammin muovialustalla, koska sen lämpökapasiteetti on korkeampi kuin alumiinilla.
d) nopeammin alumiinialustalla, koska sen ominaislämpö on pienempi kuin muovilla.
e) samalla nopeudella molemmilla alustalla, koska niillä on sama lämpötilavaihtelu.
Oikea vastaus: a) nopeammin alumiinialustalla, koska sen lämmönjohtavuus on korkeampi kuin muovilla.
Jää sulaa nopeammin tarjottimessa, mikä siirtää lämpöä nopeammin eli nopeammin. Koska metallien lämmönjohtavuus on parempi, alumiinikaukalo siirtää enemmän lämpöä jäälle ja se sulaa nopeammin.
Harjoitus 11
(Enem 2021) São Paulon kaupungissa lämpösaaret ovat vastuussa kevätalueelle saavuttavan merituulen virtaussuunnan muuttamisesta. Mutta lämpösaaren ylittäessä merituuli kohtaa nyt pystysuoran ilmavirran, joka siirtyy hänelle lämpöenergia imeytyy kaupungin kuumilta pinnoilta ja syrjäyttää sen korkeille paikoille korkeudet. Näin kondensaatiota ja rankkasadetta on kaupungin keskustassa kevään sijasta. Kuvassa näkyy kolme alijärjestelmää, jotka vaihtavat energiaa tässä ilmiössä.
Nämä mekanismit ovat vastaavasti
a) säteilytys ja konvektio.
b) säteilytys ja säteilytys.
c) johtuminen ja säteilytys.
d) konvektio ja säteilytys.
e) konvektio ja konvektio.
Oikea vastaus: a) säteilytys ja konvektio.
Säteilytys on prosessi, jossa lämpöä siirretään auringon ja kaupunkien välillä. Tässä prosessissa lämpö siirtyy sähkömagneettisen säteilyn avulla.
Konvektio on prosessi, jossa lämpö siirtyy lämpösaarten ja merituulen välillä. Tässä prosessissa lämpöä siirtyy nestemäinen väliaine, tässä tapauksessa ilma, liikkeidensä kautta. Konvektiossa kuuma ilma, joka laajenee, muuttuu vähemmän tiheäksi ja nousee. Viileämpi ilma korkeammissa korkeuksissa, tiheämpi, laskeutuu luoden ilmavirtoja, jotka vaihtavat lämpöä.
Harjoitukset piilevällä lämmöllä ja herkällä lämmöllä
Harjoitus 12
(Enem 2015) Korkeat palamislämpötilat ja sen liikkuvien osien välinen kitka ovat osa polttomoottoreiden lämpenemistä aiheuttavia tekijöitä. Näiden moottoreiden ylikuumenemisen ja siitä aiheutuvien vaurioiden estämiseksi kehitettiin nykyiset jäähdytysjärjestelmät, joissa nestettä jäähdytin, jolla on erityisominaisuudet, kiertää moottorin sisäosien läpi ja imee lämpöä, joka kulkiessaan jäähdyttimen läpi siirtyy tunnelmaa.
Mikä ominaisuus jäähdytysnesteellä tulee olla, jotta se täyttää tarkoituksensa tehokkaimmin?
a) Korkea ominaislämpö.
b) Korkea piilevä sulamislämpö.
c) Alhainen lämmönjohtavuus.
d) Matala kiehumislämpötila.
e) Korkea lämpölaajenemiskerroin.
Oikea vastaus: a) Suuri ominaislämpö.
Ominaislämpö on materiaalin, tässä tapauksessa jäähdytysnesteen, ominaisuus. Se ilmaisee lämmön määrän, jonka se tarvitsee vastaanottaa tai luovuttaa yhtä massayksikköä kohden muuttaakseen yhtä lämpötilayksikköä.
Toisin sanoen mitä korkeampi ominaislämpö, sitä enemmän lämpöä se voi vastaanottaa nostamatta lämpötilaansa liikaa. Aineilla, joilla on korkea ominaislämpö, on vähemmän herkkyyttä lämpötilan muutoksille.
Tällä tavalla jäähdytysneste, jolla on korkea ominaislämpö, voi "kerätä" suuremman määrän lämpöenergiaa moottorista kiehumatta.
Harjoitus 13
(FATEC 2014) Fatecin hitsauskurssin fysiikan alan tunnilla vastuuopettaja ottaa opiskelijoille esille lukiossa näkemän aiheen. Selittää, kuinka tietyn hypoteettisen puhtaan aineen tilanmuutoskaavion analyysi suoritetaan. Tätä varten meidän tarvitsee vain arvioida akseleilla esitetyt fyysiset suureet ja näiden suureiden välisen suhteen muodostama kaavio. Tässä kaaviossa kaltevuutta esittävä leikkaus osoittaa energian absorptiosta johtuvaa lämpötilan muutosta ja tasanne (vaakaleikkaus) osoittaa energian absorptiosta johtuvaa tilan muutosta.
Tämän selityksen jälkeen hän kysyy opiskelijoilta, mikä oli energian kokonaismäärä, jonka se absorboi aine nesteen tilanmuutoksen päättymisen välillä, nesteen tilanmuutoksen loppuun asti kaasumaista.
Oikea vastaus tähän kysymykseen kaloreissa on
a) 2000.
b) 4000.
c) 6 000.
d) 10 000.
e) 14 000.
Oikea vastaus: d) 10 000.
Tämä muutos tapahtuu 4000 ja 14000 kalorin välillä. Aine on täysin nestemäisessä tilassa, kun ramppi alkaa ensimmäisen tasangon jälkeen. Muutos nestefaasista kaasufaasiin tapahtuu toisella tasangolla.
Harjoitukset lämpölaajennuksesta
Harjoitus 14
(URCA 2012) Metallikartion, jonka tiheys on 10 g/cm3, pohjan säteen alkupituus Ro = 2 cm 0°C: ssa. Kuumentamalla tämä kartio 100 °C: n lämpötilaan, sen korkeus vaihtelee Δh = 0,015 cm. 100 g: n kartiomassalla materiaalin keskimääräinen lineaarinen laajenemiskerroin on:
Oikea vastaus:
Tavoite: määritä lineaarilaajenemiskerroin ().
Data = 0,015 cm
Alkusäde = 2 cm = 100 °C
massa, m = 100 g
tiheys, d = 10 g/cm3
Lineaarisen lämpölaajenemisen matemaattinen ja fysikaalinen malli
Missä, on lineaarilaajenemiskerroin.
on korkeuden vaihtelu.
on aloituskorkeus.
on lämpötilan vaihtelu.
Eristävä ,
ja
Ne tarjotaan. Tällä tavalla määrittää
, on tarpeen määrittää
.
Määrittämiseksi käytetään tilavuus- ja tiheyssuhteita.
kartion tilavuus
Tiheys
V: n eristäminen,
V: n ja r: n arvon korvaaminen tilavuusyhtälössä ja tekeminen = 3,
Nyt voimme vaihtaa lämpölaajenemiskertoimen yhtälössä,
muuttumassa tieteelliseksi merkinnöiksi
0,0006 =
oppia lisää
- lämpöä ja lämpötilaa.
- lämmön leviäminen
- herkkä lämpö
- Ominaislämpö
- Lämpöenergia
- Lämpölaajeneminen
- Lämpökapasiteetti
- lämmönjohtavuus
- Terminen konvektio
- Lämpösäteilytys
