温度と熱の設定、膨張と熱平衡、温度測定スケール、熱伝達、潜熱と顕熱に関する演習のリストを使用して、温度と熱を研究します。 あなたがあなたの疑問を学びそして解決するためのいくつかの解決されコメントされた演習があります。
温度と熱の設定に関する演習
演習1
温度と熱を定義して区別します。
温度は、物理的なボディまたはシステムの熱状態の尺度です。 これは、このシステムを構成する粒子の攪拌の程度を決定します。
したがって、温度は量であり、測定できるものです。 国際単位系では、温度の測定単位はケルビン（K）です。 他の一般的な単位は摂氏（°C）と華氏（°F）です。
熱は熱エネルギーの動きです。 熱エネルギーは、より高い温度のよりエネルギーの高い物体から、より低い温度のよりエネルギーの低い物体やシステムに伝達されます。 このエネルギー伝達は、伝導、対流、照射などのプロセスを通じて行われます。
熱はエネルギーの一形態であるため、国際単位系ではジュール（J）で測定されます。 熱のもう1つの一般的な尺度は、カロリー（石灰）です。
温度と熱の主な違いは、温度は熱状態の尺度であり、熱は物体間の熱エネルギーの伝達であるということです。
演習2
熱平衡とは何かを定義します。
熱平衡とは、同じ環境内の異なる物体が同じ温度にある状態、つまり同じ熱状態を持っている状態です。
熱は、より暖かい物体からより冷たい物体への熱エネルギーの伝達であるため、以前はより高温であった物体は、熱を放出するときに冷却されます。 一方、以前は寒かったこの熱を受けた体は暖かくなります。
この温度変化は、物体間に熱がなくなると止まります。つまり、物体間で熱エネルギーが伝達されなくなります。 この状態では、それらの温度は同じです。
演習3
次の現象を説明してください。
ローラは、寒い冬の日に起きてベッドから出たところです。 暖かいベッドから出た後、彼女は寝室のカーペット敷きの床に足を触れ、素足でも快適に感じます。 キッチンに入ると、タイル張りの床に触れると素足が冷たく感じます。
家の環境全体が一晩中同じ温度条件にさらされました。 寝室と台所を裸足で歩くと、なぜローラは異なる感覚を感じるのですか？
暑さと寒さの感覚はいくつかの要因に関連しており、主観的なものもあります。 さまざまな人々がさまざまな方法で同じ温度を感じ、知覚することができます。 しかし、本文では、熱平衡にあると思われる環境、つまり体が同じ温度にある環境では、同じ人が異なる感覚を持っています。
唯一の違いは、接触する材料です。 熱伝導係数は材料の特性であり、熱エネルギーがどれだけ簡単に伝達されるかを示します。 熱伝導率の値が大きいほど、熱エネルギーの伝達が容易になります。
セラミックフローリングはウールや綿のカーペットよりも熱伝導率が高いため、ローラの体は大きく失われます。 カーペットの上を歩くときよりもキッチンを歩くときの方がエネルギーが多いため、床がより広いと彼女は解釈します。 寒い。
熱平衡に関する演習
演習4
（IFF 2016）実験室の活動で、物理の先生は、学生が100°Cの温度で1Lの水と4°Cで500mLの水を混合することを提案します。 ただし、熱平衡温度を混合して測定する前に、学生は熱平衡温度を計算する必要があります。 無視できる熱損失を考慮し、理論結果は実験値と等しいことを考慮してください。 この平衡温度は有効であると言えます。
a）68°C。
b）74°C。
c）80°C。
d）32°C。
e）52°C。
正解：a）68°C。
目的： 熱平衡温度を決定します（).
データ：
1L = 100°Cで1000mlの水;
4°Cで500mlの水
物理的および数学的モデル
熱平衡では、熱エネルギーの伝達がなくなるため、100°Cと4°Cでの水の部分の熱の合計はゼロに等しくなります。
方程式の両側で比熱が同じであるため、それらをキャンセルすることができます。
したがって、平衡温度は68°Cになります。
温度測定スケールの演習
演習5
（SENAC-SP 2013）月への人間の到着は1969年に起こりました。 月の構造は岩だらけで、大気はほとんどありません。つまり、日中は気温が105°Cに達し、夜は-155°Cに下がります。
華氏温度スケールで測定されたこの熱変化は有効です
a）50。
b）90。
c）292。
d）468。
e）472。
正解：d）468。
摂氏°Cスケールと°Fスケールの関係は次の式で与えられます。
どこ、
は摂氏での温度変化であり、
華氏のバリエーションです。
月面の温度は105°Cと夜の-155°Cの間で変化します。 したがって、全変動は260°Cです。
105 - (-155) = 260
式に代入すると、次のようになります。
演習6
（UESPI 2010）ある学生が、レイ・ブラッドベリの空想科学小説「華氏451度」を読んでいます。 ある箇所で、登場人物の1人は、451°Fは本を作る紙が燃える華氏スケールの温度であると主張しています。 学生は、このスケールで、水の融解温度と沸騰温度がそれぞれ32°Fと212°Fであることを知っています。 彼は、451°Fはおおよそ次のものと同等であると正しく結論付けています。
a）100°C
b）205°C
c）233°C
d）305°C
e）316°C
正解：c）233°C。
摂氏と華氏のスケールは、次のように関連しています。
451°Fを 、 我々は持っています：
応答オプションの中で233°Cが最も近いです。
演習7
（FATEC 2014）フォーミュラインディまたはフォーミュラ1レース中、ドライバーはコックピット内の高温の微小環境にさらされます。 さまざまな熱源（太陽、エンジン、地形、脳の代謝、筋肉の活動など）によって生成され、50°Cに達します 等。）。 この温度は、許容できる平均体温をはるかに上回っているため、常に良好な体調にある必要があります。
フォーミュラインディレースは、華氏スケールで温度測定値が採用されている米国ではより伝統的です。 テキストに示されている情報に基づいて、フォーミュラインディの車がレース中に到達するコックピットの温度は華氏であると述べるのは正しいです。
データ：
氷の融解温度= 32°F;
沸騰水温度= 212°F。
a）32。
b）50。
c）82。
d）122。
e）212。
正解：d）122
2つの温度を関連付けるために、次の式を使用します。
交換 50のためにそして解決するために
、 我々は持っています：
したがって、華氏のコックピット内の温度は122°Fです。
熱伝播に関する演習
演習8
（Enem 2021）冷蔵庫の取扱説明書には、次の推奨事項があります。
•冷蔵庫のドアは必要な間だけ開いたままにしておきます。
•棚に食べ物が行き届かない状態で空気の循環を妨げないことが重要です。
•製品の背面（曲がりくねったヒートシンク）と壁の間に少なくとも5cmのスペースを残してください。
熱力学の法則に基づいて、これらの推奨事項の正当性はそれぞれ次のとおりです。
a）冷蔵庫から環境への冷気出力を減らし、棚の食品間で冷気が確実に伝わるようにし、ヒートシンクと環境の間で熱交換を可能にします。
b）冷蔵庫の環境への冷気出力を減らし、内部空気の対流を保証し、内部部品と外部部品の間の断熱を保証します。
c）環境から冷蔵庫の内部への熱の流れを減らし、内部の空気の対流を確保し、ヒートシンクと環境の間で熱を交換できるようにします。
d）環境から冷蔵庫の内部への熱の流れを減らし、伝達を確実にする 棚の上の食品の間の寒さは、流しと環境の間の熱の交換を可能にします。
e）環境から冷蔵庫の内部への熱の流れを減らし、内部の空気の対流を保証し、内部と外部の部品間の断熱を保証します。
正解：c）部屋から冷蔵庫の内部への熱の流れを減らし、内部の空気の対流を確保し、ヒートシンクと環境の間の熱交換を可能にします。
冷蔵庫のドアを閉めておき、必要なものだけを開けることで、外部環境からの熱の侵入を防ぎます。
冷蔵庫の内部では、寒い室内環境と食品の間の熱交換により、対流によって気流が発生します。 これらの電流は、食品を冷却するために必要です。
食品から取り出されて冷蔵庫の冷媒と交換された熱は、背面のヒートシンクに運ばれます。 この熱は主に対流によって環境と交換されるため、スペースが必要です。
演習9
（UEPB 2009）ブリガデイロが好きな子供がこのキャンディーを作ることに決め、そのために材料と道具を分け始めました。 最初に彼はコンデンスミルク缶、粉末チョコレートとマーガリンを取り、次にスチールパンとスプーンと缶切りを取りました。 子供はコンデンスミルクを鍋に排出するために缶に穴を開けました。 彼の母親は、その態度を見て、息子が缶に別の穴を開けて、その液体をより簡単に取り除くことができるようにすることを提案しました。 鍋を火にかけてブリガデイロをかき混ぜると、数分後、スプーンの取っ手が温まり、「お母さん、スプーンが私の手を燃やしている」と不平を言った。 それで、彼の母親は彼に火傷を防ぐために木のスプーンを使うように頼みました。
子供の手が燃えているという苦情で証明されたスプーンの温まりについて、私たちはそれを言うことができます
a）優れた断熱材である木のスプーンを使用すると、鋼のスプーンよりも速く加熱されます。
b）スプーンを構成する粒子が対流を生成し、一方の端からもう一方の端まで完全に加熱するために発生します。
c）照射により、スプーンは一方の端からもう一方の端まで完全に熱くなります。
d）優れた熱伝導率である木のスプーンを使用すると、鋼のスプーンよりも速く加熱されます。
e）スプーンを構成する粒子が、そこで吸収された熱を一方の端からもう一方の端に伝導し始めるために発生します。
正解：e）スプーンを構成する粒子が、スプーンの一方の端からもう一方の端に吸収された熱を伝導し始めるために発生します。
熱伝播プロセスは伝導です。 エネルギーだけが粒子からその周囲に移動します。 金属は優れた熱伝達物質です。
演習10
（Enem 2016）実験では、教師が同じ質量の2つのトレイ（1つはプラスチック、もう1つはアルミニウム）を実験台に置きます。 数時間後、彼は生徒にタッチを使用して2つのトレイの温度を評価するように依頼します。 彼の生徒たちは、アルミトレイの温度が低いと断定的に主張しています。 興味をそそられて、彼は2番目のアクティビティを提案します。このアクティビティでは、各トレイに角氷を置きます。 は環境と熱平衡にあり、氷が溶ける速度を尋ねます 大きい。
先生の質問に正解した生徒は、とろけると言うでしょう
a）プラスチックよりも熱伝導率が高いため、アルミニウムトレイの方が速くなります。
b）プラスチック製のトレイは、最初はアルミニウム製のトレイよりも温度が高いため、高速です。
c）プラスチック製のトレイは、アルミニウム製のトレイよりも熱容量が大きいため、高速です。
d）プラスチック製のトレイよりも比熱が低いため、アルミニウム製のトレイの方が速くなります。
e）温度変化が同じであるため、両方のトレイで同じ速度で。
正解：a）プラスチック製のトレイよりも熱伝導率が高いため、アルミニウム製のトレイの方が速くなります。
氷はトレイ内でより速く溶け、より高い速度、つまりより速く熱を伝達します。 金属は熱伝導率が高いため、アルミニウムトレイはより多くの熱を氷に伝達し、より速く溶けます。
演習11
（Enem 2021）サンパウロ市では、ヒートアイランドが春の地域に到達するはずの海風の流れの方向を変える責任があります。 しかし、ヒートアイランドを横切るとき、海風は今や垂直方向の気流に遭遇し、それが移動します 彼女にとって、都市の高温の表面から吸収された熱エネルギーは、それを高い場所に移動させます 高度。 このように、春の地域ではなく、街の中心部で凝縮と大雨があります。 この画像は、この現象でエネルギーを交換する3つのサブシステムを示しています。
これらのメカニズムは、それぞれ、
a）照射と対流。
b）照射および照射。
c）伝導と照射。
d）対流と照射。
e）対流と対流。
正解：a）照射と対流。
照射は、太陽と都市の間で熱を伝達するプロセスです。 このプロセスでは、熱は電磁放射によって伝達されます。
対流は、ヒートアイランドと海風の間で熱を伝達するプロセスです。 このプロセスでは、熱は流体媒体（この場合は空気）によってその動きを介して伝達されます。 対流では、膨張し、密度が低くなり、上昇する熱風が発生します。 より高い高度、より密度の高い、より冷たい空気は下降し、熱を交換する気流を作り出します。
潜熱と顕熱に関する演習
演習12
（Enem 2015）高い燃焼温度とその可動部品間の摩擦は、内燃機関を加熱させる要因の一部です。 これらのエンジンの過熱とその結果としての損傷を防ぐために、現在の冷却システムが開発されました。 特殊な特性を備えたクーラーがエンジン内部を循環し、ラジエーターを通過するときに熱を吸収して、 雰囲気。
クーラントがその目的を最も効率的に果たすために必要な特性は何ですか？
a）高い比熱。
b）高い融解潜熱。
c）熱伝導率が低い。
d）低沸点。
e）高い熱膨張係数。
正解：a）比熱が高い。
比熱は材料、この場合は冷却剤の特性です。 これは、1単位の温度を変化させるために、1単位の質量に対して受け取るまたは与える必要のある熱の量を示します。
言い換えれば、比熱が高いほど、温度を上げすぎずに受けることができる熱が多くなります。 比熱の高い物質は、温度変化に対する感度が低くなります。
このようにして、比熱の高いクーラントは、沸騰することなく、エンジンからより多くの熱エネルギーを「収集」することができます。
演習13
（FATEC 2014）Fatecの溶接コースの物理学のクラスでは、責任ある教師が高校で見たトピックを生徒と一緒に取り上げます。 与えられた仮想の純粋な物質の状態変化グラフの分析を実行する方法を説明します。 このためには、軸に表された物理量と、これらの量の関係によって形成されたグラフを評価する必要があります。 このグラフでは、傾きを示す部分がエネルギー吸収による温度変化を示し、プラトーを示す部分（水平部分）がエネルギー吸収による状態変化を示しています。
この説明の後、彼は生徒たちに、吸収されたエネルギーの総量を尋ねます。 液体の状態変化の終わりから、液体の状態変化の終わりまでの物質 ガス状。
この質問に対する正解は、カロリーで次のとおりです。
a）2000。
b）4000。
c）6,000。
d）10000。
e）14000。
正解：d）10000。
この変化は4000から14000カロリーの間で起こります。 最初のプラトーの後にランプが開始すると、物質は完全に液体状態になります。 液相から気相への変換は、2番目のプラトーで行われます。
熱膨張に関する演習
演習14
（URCA 2012）密度が10 g / cm3に等しい金属コーンのベースの半径は、0°Cで初期の長さRo = 2cmです。 この円錐を100°Cの温度まで加熱することにより、その高さはΔh= 0.015cm変化します。 コーンの質量が100gの場合、材料の平均線膨張係数は次のようになります。
正しい答え：
目的： 線膨張係数を決定します（).
データ = 0.015 cm
初期半径= 2 cm = 100°C
質量、m = 100 g
密度、d = 10 g / cm3
線形熱膨張の数学的および物理的モデル
どこ、 は線膨張係数です。
高さの変化です。
開始時の高さです。
は温度の変化です。
隔離 ,
と
それらが提供されます。 このように、決定する
、決定する必要があります
.
決定する 体積と密度の比率を使用してみましょう。
コーンボリューム
密度
Vを分離し、
体積方程式にVとrの値を代入して、 = 3,
今、私たちは置き換えることができます 熱膨張係数の方程式では、
科学的記数法に変わる
0,0006 =
詳細については
- 熱と温度.
- 熱伝播
- 顕熱
- 比熱
- 熱エネルギー
- 熱膨張
- 熱容量
- 熱伝導
- 熱対流
- 熱照射
