Izpētiet temperatūru un siltumu ar vingrinājumu sarakstu par: temperatūras un siltuma iestatīšana, izplešanās un termiskais līdzsvars, termometriskās skalas, siltuma pārnese, latentais un jūtīgais siltums. Ir vairāki atrisināti un komentēti vingrinājumi, lai jūs varētu mācīties un atrisināt savas šaubas.
Temperatūras un siltuma iestatīšanas vingrinājumi
1. vingrinājums
Definējiet un atšķiriet temperatūru un siltumu.
Temperatūra ir fiziska ķermeņa vai sistēmas termiskā stāvokļa mērs. Tas nosaka daļiņu, kas veido šo sistēmu, uzbudinājuma pakāpi.
Tāpēc temperatūra ir daudzums, ko var izmērīt. Starptautiskajā mērvienību sistēmā temperatūras mērvienība ir Kelvins (K). Citas izplatītas mērvienības ir Celsijs (°C) un Fārenheits (°F).
Siltums ir siltumenerģijas kustība. Siltumenerģija tiek pārnesta no enerģiskākiem ķermeņiem ar augstāku temperatūru uz mazāk enerģiskiem ķermeņiem un sistēmām ar zemāku temperatūru. Šī enerģijas pārnešana notiek, izmantojot tādus procesus kā vadīšana, konvekcija un apstarošana.
Tā kā siltums ir enerģijas veids, Starptautiskajā mērvienību sistēmā to mēra džoulos (J). Vēl viens izplatīts siltuma mērs ir kaloriju daudzums (kaļķis).
Galvenā atšķirība starp temperatūru un siltumu ir tā, ka temperatūra ir termiskā stāvokļa mērs, savukārt siltums ir siltumenerģijas pārnešana starp ķermeņiem.
2. vingrinājums
Definējiet, kas ir termiskais līdzsvars.
Termiskais līdzsvars ir stāvoklis, kurā dažādi ķermeņi vienā vidē atrodas vienā temperatūrā, tas ir, tiem ir vienāds termiskais stāvoklis.
Tā kā siltums ir siltumenerģijas pārnešana no siltākiem ķermeņiem uz vēsākiem, iepriekš karstākie ķermeņi atdziest, izdalot siltumu. No otras puses, ķermeņi, kas saņem šo siltumu, kas iepriekš bija aukstāki, kļūst silti.
Šīs temperatūras svārstības beidzas, kad starp ķermeņiem vairs nav siltuma, kas nozīmē, ka starp tiem vairs nenotiek siltumenerģijas pārnešana. Šajā stāvoklī to temperatūra ir vienāda.
3. vingrinājums
Izskaidrojiet šādu parādību:
Laura tikko pamodusies un izkāpusi no gultas aukstā ziemas dienā. Izkāpusi no siltās gultas, viņa pieskaras ar kājām savas guļamistabas grīdai ar paklāju un jūtas ērti pat ar basām kājām. Ieejot virtuvē, basās kājas jūt aukstu sajūtu, pieskaroties flīžu grīdai.
Visa mājas vide visu nakti bija pakļauta vienādiem temperatūras apstākļiem. Kāpēc Laura izjūt dažādas sajūtas, basām kājām staigājot guļamistabā un virtuvē?
Karstuma un aukstuma sajūtas ir saistītas ar vairākiem faktoriem, daži pat subjektīvi. Dažādi cilvēki var sajust un uztvert vienu un to pašu temperatūru dažādos veidos. Taču tekstā vienai un tai pašai personai ir dažādas sajūtas vidē, kurai it kā ir jābūt termiskā līdzsvarā, tas ir, kur ķermeņi atrodas vienā temperatūrā.
Vienīgā atšķirība ir materiāls, ar kuru tas saskaras. Siltumvadītspējas koeficients ir materiālu īpašība un norāda, cik viegli tiek pārnesta siltumenerģija. Jo lielāka ir siltumvadītspējas vērtība, jo vieglāka ir siltumenerģijas pārnešana.
Tā kā keramikas grīdas segumam ir lielāka siltumvadītspēja nekā vilnas vai kokvilnas paklājam, Lauras ķermenis daudz zaudē. vairāk enerģijas, ejot pa virtuvi, nekā ejot pa paklāju, kas viņai liek interpretēt, ka grīdas ir vairāk auksts.
Vingrinājumi par termisko līdzsvaru
4. vingrinājums
(IFF 2016) Laboratorijas nodarbībā fizikas skolotājs piedāvā skolēniem sajaukt 1L ūdens 100°C temperatūrā ar 500 ml ūdens 4°C temperatūrā. Taču pirms termiskā līdzsvara temperatūras sajaukšanas un mērīšanas studentiem jāaprēķina termiskā līdzsvara temperatūra. Apsveriet nenozīmīgus siltuma zudumus un to, ka teorētiskais rezultāts ir vienāds ar eksperimentālo vērtību. Var teikt, ka šī līdzsvara temperatūra ir spēkā:
a) 68°C.
b) 74°C.
c) 80°C.
d) 32°C.
e) 52°C.
Pareizā atbilde: a) 68°C.
Mērķis: noteikt termiskā līdzsvara temperatūru ().
Dati:
1L = 1000 ml ūdens 100°C temperatūrā;
500 ml ūdens 4°C temperatūrā
Fizikālais un matemātiskais modelis
Termiskā līdzsvarā vairs nenotiek siltumenerģijas pārnešana, tāpēc ūdens porciju siltumu summa 100°C un 4°C temperatūrā ir vienāda ar nulli.
Tā kā abās vienādojuma pusēs īpatnējais siltums ir vienāds, mēs varam tos izslēgt.
Līdz ar to līdzsvara temperatūra būs 68°C.
Vingrinājumi uz termometriskajiem svariem
Vingrinājumi 5
(SENAC - SP 2013) Cilvēka ierašanās uz Mēness notika 1969. gadā. Mēness uzbūve ir akmeņaina un tajā praktiski nav atmosfēras, kas nozīmē, ka dienā temperatūra sasniedz 105 °C, bet naktī noslīd līdz –155 °C.
Šīs termiskās svārstības, kas mērītas pēc Fārenheita temperatūras skalas, ir derīgas
a) 50.
b) 90.
c) 292.
d) 468.
e) 472.
Pareizā atbilde: d) 468.
Attiecību starp Celsija °C skalu un °F skalu nosaka:
kur,
ir temperatūras svārstības Celsija grādos un,
ir Fārenheita variācija.
Temperatūra uz Mēness virsmas svārstās no 105°C līdz -155°C naktī. Līdz ar to kopējā variācija ir 260°C.
105 - (-155) = 260
Aizstājot formulā, mums ir:
6. vingrinājumi
(UESPI 2010) Students lasa Reja Bredberija zinātniskās fantastikas romānu “Fārenheits 451”. Noteiktā fragmentā viens no varoņiem apgalvo, ka 451 °F ir temperatūra pēc Fārenheita skalas, kurā papīrs, no kura tiek izgatavotas grāmatas, sadeg. Students zina, ka šajā skalā ūdens kušanas un viršanas temperatūra ir attiecīgi 32 ° F un 212 ° F. Viņš pareizi secina, ka 451 ° F ir aptuveni līdzvērtīgs:
a) 100 °C
b) 205 °C
c) 233 °C
d) 305 °C
e) 316 °C
Pareizā atbilde: c) 233 °C.
Celsija un Fārenheita skalas ir saistītas ar:
451°F aizstāšana ar , mums ir:
No reakcijas iespējām 233°C ir tuvākā.
Vingrinājumi 7
(FATEC 2014) Formula Indy vai Formula 1 sacensību laikā braucēji tiek pakļauti karstai mikrovidei kabīnē, kas rada tas sasniedz 50°C, ko rada dažādi siltuma avoti (no saules, dzinēja, reljefa, smadzeņu vielmaiņas, muskuļu aktivitātes utt.). Šī temperatūra ir daudz augstāka par pieļaujamo vidējo ķermeņa temperatūru, tāpēc viņiem vienmēr jābūt labā fiziskā stāvoklī.
Formula Indy sacīkstes ir tradicionālākas ASV, kur temperatūras rādījumi tiek pieņemti pēc Fārenheita skalas. Pamatojoties uz tekstā sniegto informāciju, ir pareizi apgalvot, ka kabīnes temperatūra, ko Formula Indy automašīna sasniedz sacensību laikā Fārenheita grādos, ir
Dati:
Ledus kušanas temperatūra = 32°F;
Verdošā ūdens temperatūra = 212°F.
a) 32.
b) 50.
c) 82.
d) 122.
e) 212.
Pareizā atbilde: d) 122
Lai saistītu abas temperatūras, mēs izmantojam vienādojumu:
aizstājot par 50 un risinot par
, mums ir:
Tāpēc temperatūra kabīnē pēc Fārenheita ir 122 ° F.
Vingrinājumi par siltuma izplatīšanos
8. vingrinājums
(Enem 2021) Ledusskapja lietošanas pamācībā ir šādi ieteikumi:
• Turiet ledusskapja durvis atvērtas tikai tik ilgi, cik nepieciešams;
• Ir svarīgi netraucēt gaisa cirkulāciju ar sliktu pārtikas sadali plauktos;
• Starp izstrādājuma aizmuguri (serpentīna siltuma izlietne) un sienu atstājiet vismaz 5 cm atstarpi.
Pamatojoties uz termodinamikas principiem, šo ieteikumu pamatojums ir attiecīgi:
a) Samaziniet aukstuma izvadi no ledusskapja uz vidi, nodrošiniet aukstuma pārnešanu starp plauktā esošajiem pārtikas produktiem un ļaujiet siltuma apmaiņu starp siltuma izlietni un vidi.
b) Samaziniet ledusskapja aukstuma izvadi uz vidi, garantējiet iekšējā gaisa konvekciju, garantējiet siltumizolāciju starp iekšējo un ārējo daļu.
c) Samazināt siltuma plūsmu no apkārtējās vides uz ledusskapja iekšpusi, nodrošināt iekšējā gaisa konvekciju un nodrošināt siltuma apmaiņu starp radiatoru un vidi.
d) Samaziniet siltuma plūsmu no vides uz ledusskapja iekšpusi, nodrošiniet pārvadi aukstumu starp plauktā esošajiem pārtikas produktiem un ļauj siltumam apmainīties starp izlietni un vidi.
e) Samaziniet siltuma plūsmu no vides uz ledusskapja iekšpusi, garantējiet iekšējā gaisa konvekciju un garantējiet siltumizolāciju starp iekšējo un ārējo daļu.
Pareizā atbilde: c) Samazināt siltuma plūsmu no telpas uz ledusskapja iekšpusi, nodrošināt iekšējā gaisa konvekciju un nodrošināt siltuma apmaiņu starp radiatoru un vidi.
Turot ledusskapja durvis aizvērtas, atverot tikai nepieciešamo, tiek novērsta siltuma iekļūšana no ārējās vides.
Ledusskapja iekšpusē siltuma apmaiņa starp auksto iekštelpu vidi un pārtiku rada gaisa plūsmas konvekcijas ceļā. Šīs strāvas ir nepieciešamas pārtikas atdzesēšanai.
Siltums, kas paņemts no pārtikas un apmainīts ar ledusskapja aukstumaģentu, tiek transportēts uz aizmugurē esošo radiatoru. Šis siltums tiks apmainīts ar vidi, galvenokārt konvekcijas ceļā, tāpēc ir nepieciešama telpa.
9. vingrinājums
(UEPB 2009) Bērns, kuram patika brigadeiro, nolēma pagatavot šo konfekti, un tāpēc viņš sāka atdalīt sastāvdaļas un piederumus. Sākumā viņš paņēma iebiezinātā piena kannu, šokolādes pulveri un margarīnu, pēc tam tērauda pannu un karoti un konservu attaisāmo. Bērns kārbā izurba caurumu, lai iebiezinātais piens notecinātu pannā. Viņa māte, redzot šādu attieksmi, ieteica dēlam izurbt kārbā vēl vienu caurumu, lai viņš varētu vieglāk noņemt šo šķidrumu. Noliekot katlu uz uguns, lai maisītu brigadeiro, bērns sajutis, ka pēc dažām minūtēm karotes kāts ir sasilis un žēlojās: “Mammu, karote man dedzina roku”. Tāpēc viņa māte lūdza viņu izmantot koka karoti, lai novērstu apdegumus.
Par karotes sildīšanu, kas liecināta bērna sūdzībā, ka viņam dega roka, varam teikt, ka
a) ar koka karoti, kas ir lielisks siltumizolators, uzsilst ātrāk nekā tērauda karote.
b) tas notiek tāpēc, ka daļiņas, kas veido karoti, rada konvekcijas strāvas, pilnībā uzsildot to no viena gala līdz otram.
c) apstarošanas dēļ karote pilnībā uzsilst, no viena gala līdz otram.
d) ar koka karoti, kas ir lielisks siltumvadītājs, tā uzsilst ātrāk nekā tērauda karote.
e) tas notiek tāpēc, ka daļiņas, kas veido karoti, sāk vadīt tajā absorbēto siltumu no viena gala uz otru.
Pareizā atbilde: e) tas notiek tāpēc, ka daļiņas, kas veido karoti, sāk vadīt tajā absorbēto siltumu no viena gala uz otru.
Siltuma izplatīšanās process ir vadīšana. No daļiņas uz apkārtējo vidi tiek pārnesta tikai enerģija. Metāli ir lieliski siltuma raidītāji.
10. vingrinājums
(Enem 2016) Eksperimentā skolotājs uz laboratorijas galda atstāj divas vienādas masas paplātes, vienu plastmasas un otru alumīnija. Pēc dažām stundām viņš lūdz studentus novērtēt abu paplāšu temperatūru, izmantojot pieskārienu. Viņa skolēni kategoriski apgalvo, ka alumīnija paplāte ir zemākā temperatūrā. Ieinteresēts, viņš ierosina otru aktivitāti, kurā uz katras paplātes uzliek ledus kubiņu, kas atrodas termiskā līdzsvarā ar vidi, un jautā viņiem, ar kādu būs ledus kušanas ātrums lielāks.
Students, kurš pareizi atbildēs uz skolotāja jautājumu, sacīs, ka kušana notiks
a) ātrāk uz alumīnija paplātes, jo tai ir augstāka siltumvadītspēja nekā plastmasai.
b) ātrāk uz plastmasas paplātes, jo sākotnēji tai ir augstāka temperatūra nekā alumīnija.
c) ātrāk uz plastmasas paplātes, jo tai ir lielāka siltuma jauda nekā alumīnija.
d) ātrāk uz alumīnija paplātes, jo tai ir zemāks īpatnējais siltums nekā plastmasas.
e) ar vienādu ātrumu abās paplātēs, jo tām būs vienādas temperatūras svārstības.
Pareizā atbilde: a) ātrāk uz alumīnija paplātes, jo tai ir augstāka siltumvadītspēja nekā plastmasas.
Ledus kūst ātrāk paplātē, kas pārnes siltumu ar lielāku ātrumu, ti, ātrāk. Tā kā metāliem ir lielāka siltumvadītspēja, alumīnija paplāte nodod ledum vairāk siltuma, un tas ātrāk izkusīs.
11. vingrinājums
(Enem 2021) Sanpaulu pilsētā siltuma salas ir atbildīgas par jūras brīzes plūsmas virziena maiņu, kam vajadzētu sasniegt pavasara reģionu. Bet, šķērsojot siltuma salu, jūras brīze tagad sastopas ar vertikālu gaisa plūsmu, kas pāriet viņai siltumenerģija uzsūcas no karstajām pilsētas virsmām, izspiežot to uz augstām vietām augstumiem. Tādā veidā kondensāts un stiprs lietus veidojas pilsētas centrā, nevis pavasara reģionā. Attēlā redzamas trīs apakšsistēmas, kas šajā fenomenā apmainās ar enerģiju.
Šie mehānismi ir attiecīgi
a) apstarošana un konvekcija.
b) apstarošana un apstarošana.
c) vadītspēja un apstarošana.
d) konvekcija un apstarošana.
e) konvekcija un konvekcija.
Pareizā atbilde: a) apstarošana un konvekcija.
Apstarošana ir siltuma pārneses process starp sauli un pilsētām. Šajā procesā siltumu pārnes elektromagnētiskais starojums.
Konvekcija ir siltuma pārneses process starp siltuma salām un jūras brīzes. Šajā procesā siltumu ar tā kustībām pārnes šķidra vide, šajā gadījumā gaiss. Konvekcijā karstais gaiss, kas izplešas, kļūst mazāk blīvs un paceļas. Vēsāks gaiss lielākos augstumos, blīvāks, nolaižas, radot gaisa plūsmas, kas apmaina siltumu.
Vingrinājumi par latentu karstumu un jutīgu karstumu
12. vingrinājums
(Enem 2015) Augstā sadegšanas temperatūra un berze starp tā kustīgajām daļām ir daži no faktoriem, kas izraisa iekšdedzes dzinēju uzkaršanu. Lai novērstu šo dzinēju pārkaršanu un no tā izrietošos bojājumus, tika izstrādātas pašreizējās dzesēšanas sistēmas, kurās ir šķidrums dzesētājs ar īpašām īpašībām cirkulē pa dzinēja iekšpusi, absorbējot siltumu, kas, ejot cauri radiatoram, tiek nodots atmosfēra.
Kādam īpašībām jābūt dzesēšanas šķidrumam, lai tas visefektīvāk pildītu savu mērķi?
a) Augsts īpatnējais siltums.
b) Augsts latentais saplūšanas siltums.
c) Zema siltumvadītspēja.
d) zema viršanas temperatūra.
e) Augsts termiskās izplešanās koeficients.
Pareizā atbilde: a) Augsts īpatnējais siltums.
Īpatnējais siltums ir materiāla, šajā gadījumā dzesēšanas šķidruma, īpašība. Tas norāda siltuma daudzumu, kas tam jāsaņem vai jāatdod vienai masas vienībai, lai mainītu vienu temperatūras vienību.
Citiem vārdiem sakot, jo augstāks ir īpatnējais siltums, jo vairāk siltuma tas var saņemt, pārāk nepaaugstinot temperatūru. Vielām ar augstu īpatnējo siltumu ir mazāka jutība pret temperatūras izmaiņām.
Tādā veidā dzesēšanas šķidrums ar augstu īpatnējo siltumu var "savākt" no dzinēja lielāku siltumenerģijas daudzumu bez vārīšanās.
13. vingrinājums
(FATEC 2014) Nodarbības fizikas disciplīnā Metināšanas kursā Fatec atbildīgais skolotājs kopā ar skolēniem aplūko tēmu, ko viņi bija redzējuši vidusskolā. Izskaidro, kā veikt noteiktas hipotētiskas tīras vielas stāvokļa izmaiņu grafika analīzi. Šim nolūkam mums vienkārši jānovērtē uz asīm attēlotie fiziskie lielumi un grafiks, ko veido šo lielumu attiecība. Šajā diagrammā sadaļa, kurā ir slīpums, norāda uz temperatūras izmaiņām enerģijas absorbcijas dēļ, un sadaļa, kurā ir plakankalne (horizontālā sadaļa), norāda uz stāvokļa izmaiņām enerģijas absorbcijas dēļ.
Pēc šī paskaidrojuma viņš jautā studentiem, kāds bija kopējais enerģijas daudzums, ko absorbēja viela no šķidruma stāvokļa maiņas beigām līdz stāvokļa maiņas beigām gāzveida.
Pareizā atbilde uz šo jautājumu kaloriju izteiksmē ir
a) 2000.
b) 4000.
c) 6000.
d) 10 000.
e) 14 000.
Pareizā atbilde: d) 10 000.
Šīs izmaiņas notiek no 4000 līdz 14000 kalorijām. Viela ir pilnībā šķidrā stāvoklī, kad rampa sākas pēc pirmā plato. Pārvēršanās no šķidruma uz gāzveida fāzi notiek otrajā plato.
Termiskās dilatācijas vingrinājumi
14. vingrinājums
(URCA 2012) Metāla konusa, kura blīvums ir vienāds ar 10 g/cm3, pamatnes rādiuss 0°C temperatūrā Ro = 2 cm. Sildot šo konusu līdz 100°C temperatūrai, tā augstums mainās Δh = 0,015 cm. Ja konusa masa ir 100 g, materiāla vidējais lineārās izplešanās koeficients ir:
Pareizā atbilde:
Mērķis: noteikt lineārās izplešanās koeficientu ().
Dati = 0,015 cm
Sākotnējais rādiuss = 2 cm = 100°C
masa, m = 100 g
blīvums, d = 10 g/cm3
Lineārās termiskās izplešanās matemātiskais un fizikālais modelis
kur, ir lineārās izplešanās koeficients.
ir augstuma variācijas.
ir sākuma augstums.
ir temperatūras svārstības.
Izolēšana ,
un
Tie tiek nodrošināti. Tādā veidā, lai noteiktu
, ir nepieciešams noteikt
.
Lai noteiktu izmantosim tilpuma un blīvuma attiecības.
konusa tilpums
Blīvums
V izolēšana,
V un r vērtību aizstāšana tilpuma vienādojumā un veidošana = 3,
Tagad mēs varam nomainīt termiskās izplešanās koeficienta vienādojumā,
pārvēršas zinātniskā apzīmējumā
0,0006 =
uzzināt vairāk par
- siltumu un temperatūru.
- siltuma izplatīšanās
- jutīgs siltums
- Īpašs karstums
- Siltumenerģija
- Termiska izplešanās
- Siltuma jauda
- siltuma vadītspēja
- Termiskā konvekcija
- Termiskā apstarošana
