Изучите температуру и тепло с помощью списка упражнений по: установке температуры и тепла, расширению и тепловому равновесию, термометрическим шкалам, теплопередаче, скрытой и явной теплоте. Есть несколько решенных и прокомментированных упражнений, которые помогут вам узнать и разрешить свои сомнения.
Упражнения по установке температуры и тепла
Упражнение 1
Определите и дифференцируйте температуру и тепло.
Температура - это мера теплового состояния физического тела или системы. Он определяет степень перемешивания частиц, составляющих эту систему.
Следовательно, температура - это величина, которую можно измерить. В Международной системе единиц единицей измерения температуры является Кельвин (K). Другими распространенными единицами измерения являются градусы Цельсия (° C) и Фаренгейта (° F).
Тепло - это движение тепловой энергии. Тепловая энергия передается от более энергичных тел с более высокой температурой к менее энергичным телам и системам с более низкой температурой. Эта передача энергии происходит посредством таких процессов, как проводимость, конвекция и облучение.
Поскольку тепло - это форма энергии, в Международной системе единиц она измеряется в джоулях (Дж). Еще одна распространенная мера тепла - калорийность (лайм).
Основное различие между температурой и теплом состоит в том, что температура является мерой теплового состояния, в то время как тепло - это передача тепловой энергии между телами.
Упражнение 2.
Определите, что такое тепловое равновесие.
Термическое равновесие - это состояние, в котором разные тела в одной и той же среде имеют одинаковую температуру, то есть имеют одинаковое тепловое состояние.
Поскольку тепло - это передача тепловой энергии от более теплых тел к более холодным, ранее более горячие тела охлаждаются, поскольку они выделяют тепло. С другой стороны, тела, получившие это тепло, которые раньше были более холодными, становятся теплыми.
Это изменение температуры прекращается, когда между телами больше нет тепла, а это означает, что больше нет передачи тепловой энергии между ними. В этом состоянии их температуры одинаковы.
Упражнение 3.
Объясните следующее явление:
Лора только что проснулась и встала с постели холодным зимним днем. Выйдя из теплой постели, она прикасается ногами к ковровому покрытию пола в спальне и чувствует себя комфортно даже босиком. Когда вы заходите на кухню, ваши босые ноги ощущают ощущение холода при прикосновении к кафельному полу.
Вся окружающая среда дома находилась в одних и тех же температурных условиях в течение ночи. Почему Лаура испытывает разные ощущения при ходьбе босиком по спальне и на кухне?
Ощущения жара и холода связаны с несколькими факторами, некоторые даже субъективными. Разные люди могут чувствовать и воспринимать одну и ту же температуру по-разному. Однако в тексте один и тот же человек испытывает разные ощущения в окружающей среде, которая предположительно находится в тепловом равновесии, то есть когда тела имеют одинаковую температуру.
Единственная разница - это материал, с которым он контактирует. Коэффициент теплопроводности является свойством материалов и показывает, насколько легко передается тепловая энергия. Чем больше значение теплопроводности, тем легче происходит передача тепловой энергии.
Поскольку керамический пол имеет большую теплопроводность, чем шерстяной или хлопковый ковер, тело Лауры сильно теряет. больше энергии при прогулке по кухне, чем при ходьбе по ковру, что заставляет ее думать, что пол более холодно.
Упражнения по тепловому равновесию
Упражнение 4.
(IFF 2016) В лабораторных условиях учитель физики предлагает студентам смешать 1 л воды с температурой 100 ° C с 500 мл воды с температурой 4 ° C. Однако перед смешиванием и измерением температуры теплового равновесия учащимся необходимо рассчитать температуру теплового равновесия. Примите во внимание незначительные тепловые потери и что теоретический результат равен экспериментальному значению. Можно сказать, что эта равновесная температура справедлива:
а) 68 ° С.
б) 74 ° С.
в) 80 ° С.
г) 32 ° С.
д) 52 ° С.
Правильный ответ: а) 68 ° С.
Цель: определить температуру теплового равновесия ().
Данные:
1 л = 1000 мл воды при 100 ° C;
500 мл воды при 4 ° C
Физико-математическая модель
В тепловом равновесии больше не происходит передачи тепловой энергии, поэтому сумма теплоты порций воды при 100 ° C и 4 ° C равна нулю.
Поскольку в обеих частях уравнения удельная теплоемкость одинакова, мы можем их сократить.
Следовательно, равновесная температура будет 68 ° C.
Упражнения на термометрических весах
Упражнения 5
(SENAC - SP 2013) Прибытие человека на Луну произошло в 1969 году. Структура Луны скалистая и практически не имеет атмосферы, а это значит, что днем температура достигает 105 ° C, а ночью опускается до −155 ° C.
Это тепловое изменение, измеренное по температурной шкале Фаренгейта, действительно
а) 50.
б) 90.
в) 292.
г) 468.
д) 472.
Правильный ответ: г) 468.
Связь между шкалой Цельсия ° C и шкалой ° F определяется следующим образом:
Где,
это изменение температуры в градусах Цельсия и,
это вариация по Фаренгейту.
Температура на поверхности Луны колеблется от 105 ° C, а ночью -155 ° C. Таким образом, общее отклонение составляет 260 ° C.
105 - (-155) = 260
Подставляя в формулу, имеем:
Упражнения 6
(UESPI 2010) Студент читает научно-фантастический роман Рэя Брэдбери «451 градус по Фаренгейту». В определенном отрывке один из персонажей утверждает, что 451 ° F - это температура по шкале Фаренгейта, при которой бумага, из которой сделаны книги, сгорает. Учащийся знает, что по этой шкале температуры плавления и кипения воды составляют 32 ° F и 212 ° F соответственно. Он справедливо заключает, что 451 ° F примерно эквивалентен:
а) 100 ° С
б) 205 ° С
в) 233 ° С
г) 305 ° С
д) 316 ° С
Правильный ответ: в) 233 ° C.
Шкалы Цельсия и Фаренгейта связаны между собой:
Замена 451 ° F на , у нас есть:
Из вариантов отклика наиболее близким является 233 ° C.
Упражнения 7
(FATEC 2014) Во время гонок Formula Indy или Formula 1 гонщики подвергаются воздействию горячей микросреды в кабине, которая температура достигает 50 ° C, генерируется различными источниками тепла (от солнца, двигателя, местности, метаболизма мозга, мышечной активности и т.д.). Эта температура намного выше допустимой средней температуры тела, поэтому они всегда должны быть в хорошей физической форме.
Гонки Formula Indy более традиционны в США, где температура принимается по шкале Фаренгейта. Основываясь на информации, представленной в тексте, правильно сказать, что температура кабины, которую достигает автомобиль Formula Indy во время гонки, в градусах Фаренгейта, равна
Данные:
Температура плавления льда = 32 ° F;
Температура кипящей воды = 212 ° F.
а) 32.
б) 50.
в) 82.
г) 122.
д) 212.
Правильный ответ: г) 122
Чтобы связать две температуры, мы используем уравнение:
замена за 50 и решение за
, у нас есть:
Следовательно, температура в кабине по Фаренгейту составляет 122 ° F.
Упражнения по распространению тепла
Упражнение 8.
(Enem 2021) В инструкции по эксплуатации холодильника есть следующие рекомендации:
• Держите дверцу холодильника открытой только столько, сколько необходимо;
• Важно не препятствовать циркуляции воздуха при плохом распределении продуктов по полкам;
• Оставьте пространство не менее 5 см между задней частью изделия (змеевиковый радиатор) и стеной.
Основываясь на принципах термодинамики, обоснованием этих рекомендаций являются, соответственно:
a) Уменьшите выход холода из холодильника в окружающую среду, обеспечьте передачу холода между продуктами на полке и обеспечьте теплообмен между радиатором и окружающей средой.
б) Уменьшить выход холода из холодильника в окружающую среду, гарантировать конвекцию внутреннего воздуха, гарантировать теплоизоляцию между внутренней и внешней частями.
c) Уменьшите поток тепла из окружающей среды внутрь холодильника, обеспечьте конвекцию внутреннего воздуха и обеспечьте обмен теплом между радиатором и окружающей средой.
г) Уменьшите поток тепла из окружающей среды внутрь холодильника, обеспечьте передачу холод между продуктами на полке и обеспечение теплообмена между раковиной и окружающей средой.
д) Уменьшение теплового потока из окружающей среды внутрь холодильника, обеспечение конвекции внутреннего воздуха и гарантия теплоизоляции между внутренней и внешней частями.
Правильный ответ: c) Уменьшите поток тепла из комнаты внутрь холодильника, обеспечьте конвекцию внутреннего воздуха и позвольте теплообмену между радиатором и окружающей средой.
Держать дверцу холодильника закрытой, открывать только необходимое, предотвращает попадание тепла из внешней среды.
Внутри холодильника теплообмен между холодной внутренней средой и продуктами питания создает воздушные потоки за счет конвекции. Эти токи необходимы для охлаждения пищи.
Тепло, отбираемое от продуктов и передаваемое хладагентом холодильника, переносится к радиатору сзади. Это тепло будет передаваться с окружающей средой, в основном за счет конвекции, поэтому необходимо пространство.
Упражнение 9.
(UEPB 2009) Ребенок, которому понравился бригадейро, решил сделать эту конфету, и для этого он начал разделять ингредиенты и посуду. Сначала он взял банку сгущенного молока, порошковый шоколад и маргарин, затем стальную кастрюлю, ложку и консервный нож. Ребенок просверлил в банке отверстие, чтобы слить в кастрюлю сгущенку. Его мать, видя такое отношение, предложила сыну просверлить еще одно отверстие в банке, чтобы ему было легче удалить эту жидкость. Ставя горшок на огонь, чтобы помешать бригадейро, ребенок почувствовал, что через несколько минут ручка ложки нагрелась, и пожаловался: «Мама, ложка обжигает мне руку». Итак, его мать попросила его использовать деревянную ложку, чтобы предотвратить ожог.
О нагревании ложки свидетельствовало жалоба ребенка на то, что у него горела рука, можно сказать, что
а) деревянной ложкой, которая является отличным теплоизолятором, нагревается быстрее стальной ложки.
б) это происходит потому, что частицы, из которых состоит ложка, создают конвекционные потоки, полностью нагревая ее от одного конца до другого.
в) из-за облучения ложка полностью нагревается от одного конца до другого.
г) деревянной ложкой, которая является прекрасным проводником тепла, нагревается быстрее стальной ложки.
д) это происходит потому, что частицы, из которых состоит ложка, начинают переносить поглощенное им тепло от одного конца к другому.
Правильный ответ: д) это происходит из-за того, что частицы, из которых состоит ложка, начинают проводить поглощенное там тепло от одного конца к другому.
Процесс распространения тепла является теплопроводным. От частицы к окружающей среде передается только энергия. Металлы - прекрасные передатчики тепла.
Упражнение 10.
(Enem 2016) В ходе эксперимента учитель оставляет на лабораторном столе два подноса одинаковой массы, пластиковый и алюминиевый. Через несколько часов он просит студентов оценить температуру двух противней с помощью прикосновения. Его ученики категорически заявляют, что алюминиевый поднос имеет более низкую температуру. Заинтригованный, он предлагает второе занятие, в котором он кладет кубик льда на каждый из подносов, находятся в тепловом равновесии с окружающей средой, и спрашивает их, при какой скорости таяния льда будет больше.
Ученик, правильно ответивший на вопрос учителя, скажет, что произойдет плавление
а) быстрее на алюминиевом лотке, так как он имеет более высокую теплопроводность, чем пластик.
б) быстрее на пластиковом лотке, так как он изначально имеет более высокую температуру, чем алюминиевый.
в) быстрее на пластиковом лотке, так как он имеет более высокую теплоемкость, чем алюминиевый.
г) быстрее на алюминиевом лотке, так как он имеет меньшую удельную теплоемкость, чем пластиковый.
д) с одинаковой скоростью на обоих противнях, так как они будут иметь одинаковые колебания температуры.
Правильный ответ: а) быстрее на алюминиевом лотке, так как он имеет более высокую теплопроводность, чем пластиковый.
Лед в лотке тает быстрее, а тепло отводится быстрее, т. Е. Быстрее. Поскольку металлы обладают большей теплопроводностью, алюминиевый поддон передает больше тепла льду, и он быстрее тает.
Упражнение 11.
(Enem 2021) В городе Сан-Паулу тепловые острова несут ответственность за изменение направления потока морского бриза, который должен достигать области источника. Но при пересечении острова тепла морской бриз встречает вертикальный воздушный поток, который переносит для нее тепловая энергия поглощается от горячих поверхностей города, вытесняя ее на высокие места высоты. Таким образом, конденсат и проливной дождь выпадают в центре города, а не весной. На изображении показаны три подсистемы, которые обмениваются энергией в этом явлении.
Эти механизмы, соответственно,
а) облучение и конвекция.
б) облучение и облучение.
в) проводимость и облучение.
г) конвекция и облучение.
д) конвекция и конвекция.
Правильный ответ: а) облучение и конвекция.
Облучение - это процесс передачи тепла между солнцем и городами. В этом процессе тепло передается за счет электромагнитного излучения.
Конвекция - это процесс передачи тепла между островами тепла и морским бризом. В этом процессе тепло передается текучей средой, в данном случае воздухом, посредством ее движения. При конвекции горячий воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается вверх. Более прохладный воздух на больших высотах, более плотный, спускается вниз, создавая воздушные потоки, которые обмениваются теплом.
Упражнения на скрытое тепло и чувствительное тепло
Упражнение 12.
(Enem 2015) Высокие температуры сгорания и трение между движущимися частями являются одними из факторов, вызывающих нагрев двигателей внутреннего сгорания. Чтобы предотвратить перегрев и последующее повреждение этих двигателей, были разработаны современные системы охлаждения, в которых жидкость охладитель с особыми свойствами циркулирует внутри двигателя, поглощая тепло, которое, проходя через радиатор, передается на Атмосфера.
Каким свойством должна обладать охлаждающая жидкость, чтобы наиболее эффективно выполнять свое предназначение?
а) Высокая удельная теплоемкость.
б) Высокая скрытая теплота плавления.
в) Низкая теплопроводность.
г) Низкая температура кипения.
д) Высокий коэффициент теплового расширения.
Правильный ответ: а) Высокая удельная теплоемкость.
Удельная теплоемкость - это свойство материала, в данном случае охлаждающей жидкости. Он указывает количество тепла, которое необходимо получить или отдать на одну единицу массы, чтобы изменить одну единицу температуры.
Другими словами, чем выше удельная теплоемкость, тем больше тепла он может получить без чрезмерного повышения температуры. Вещества с высокой теплоемкостью менее чувствительны к изменению температуры.
Таким образом, охлаждающая жидкость с высокой удельной теплоемкостью может «собирать» большее количество тепловой энергии от двигателя без кипения.
Упражнение 13.
(FATEC 2014) На уроке физики в курсе сварки в Fatec ответственный учитель обсуждает со студентами тему, которую они видели в старшей школе. Объясняет, как выполнить анализ графа изменения состояния заданного гипотетического чистого вещества. Для этого нам просто нужно оценить физические величины, представленные на осях, и график, образованный взаимосвязью между этими величинами. На этом графике участок с наклоном указывает на изменение температуры из-за поглощения энергии, а участок с плато (горизонтальный участок) указывает на изменение состояния из-за поглощения энергии.
После этого объяснения он спрашивает студентов, каково общее количество энергии, поглощенной вещество между концом изменения состояния для жидкости, до конца изменения состояния для газообразный.
Правильный ответ на этот вопрос в калориях:
а) 2000 г.
б) 4000.
в) 6000.
г) 10000.
д) 14000 рублей.
Правильный ответ: г) 10 000.
Это изменение происходит между 4000 и 14000 калорий. Вещество полностью находится в жидком состоянии, когда наклон начинается после первого плато. На втором плато происходит переход из жидкой фазы в газообразную.
Упражнения на тепловое расширение
Упражнение 14.
(URCA 2012) Радиус основания металлического конуса, плотность которого равна 10 г / см3, имеет при 0 ° C начальную длину Ro = 2 см. При нагревании этого конуса до температуры 100 ° C его высота изменяется Δh = 0,015 см. При массе конуса 100 г средний коэффициент линейного расширения материала равен:
Правильный ответ:
Цель: определить коэффициент линейного расширения ().
Данные = 0,015 см
Начальный радиус, = 2 см = 100 ° С
масса, m = 100 г
плотность, d = 10 г / см3
Математическая и физическая модель линейного теплового расширения.
Где, - коэффициент линейного расширения.
- изменение высоты.
это начальная высота.
это изменение температуры.
Изоляция ,
и
Они предоставляются. Таким образом, чтобы определить
, необходимо определить
.
Чтобы определить воспользуемся соотношением объема и плотности.
объем конуса
Плотность
Изолирующий V,
Подставляя значения V и r в уравнение объема и делая = 3,
Теперь мы можем заменить в уравнении коэффициента теплового расширения,
превращение в научную нотацию
0,0006 =
узнать больше о
- тепло и температура.
- распространение тепла
- чувствительное тепло
- Удельная теплоемкость
- Тепловая энергия
- Тепловое расширение
- Теплоемкость
- теплопроводность
- Тепловая конвекция
- Термическое облучение