Alıştırma listesiyle sıcaklık ve ısıyı inceleyin: sıcaklık ve ısının ayarlanması, genleşme ve termal denge, termometrik ölçekler, ısı transferi, gizli ve duyulur ısı. Öğrenmeniz ve şüphelerinizi çözmeniz için çözülmüş ve yorumlanmış birkaç alıştırma var.
Sıcaklık ve Isıyı Ayarlama Alıştırmaları
1. Egzersiz
Sıcaklık ve ısıyı tanımlar ve ayırt eder.
Sıcaklık, bir fiziksel cismin veya sistemin termal durumunun bir ölçüsüdür. Bu sistemi oluşturan parçacıkların çalkalanma derecesini belirler.
Bu nedenle sıcaklık bir miktardır, ölçülebilen bir şeydir. Uluslararası Birimler Sisteminde sıcaklık ölçüm birimi Kelvin'dir (K). Diğer yaygın birimler Celsius (°C) ve Fahrenheit'tir (°F).
Isı, termal enerjinin hareketidir. Termal enerji, daha yüksek sıcaklıktaki daha enerjik cisimlerden, daha düşük sıcaklıktaki daha az enerjili cisimlere ve sistemlere aktarılır. Bu enerji transferi, iletim, konveksiyon ve ışınlama gibi süreçler aracılığıyla gerçekleşir.
Isı bir enerji biçimi olduğundan, Uluslararası Birimler Sisteminde joule (J) olarak ölçülür. Isı için başka bir yaygın ölçü kaloridir (kireç).
Sıcaklık ve ısı arasındaki temel fark, sıcaklığın termal durumun bir ölçüsü olması, ısı ise cisimler arasında termal enerjinin aktarımı olmasıdır.
Egzersiz 2
Termal dengenin ne olduğunu tanımlayın.
Termal denge, aynı ortamdaki farklı cisimlerin aynı sıcaklıkta olduğu, yani aynı termal duruma sahip olduğu durumdur.
Isı, daha sıcak cisimlerden daha soğuk olanlara termal enerjinin aktarılması olduğundan, daha önce daha sıcak olan cisimler ısı verirken soğurlar. Öte yandan, daha önce daha soğuk olan bu ısıyı alan bedenler ısınır.
Bu sıcaklık değişimi, cisimler arasında daha fazla ısı olmadığında sona erer; bu, aralarında daha fazla termal enerji transferi olmadığı anlamına gelir. Bu durumda, sıcaklıkları aynıdır.
Egzersiz 3
Aşağıdaki fenomeni açıklayın:
Laura soğuk bir kış gününde yeni uyandı ve yataktan kalktı. Sıcak yatağından çıktıktan sonra ayaklarını yatak odasının halı kaplı zeminine dokunduruyor ve çıplak ayaklarında bile rahat hissediyor. Mutfağa girdiğinizde, karo zemine dokunduğunuzda çıplak ayaklarınız bir soğukluk hisseder.
Evin tüm ortamı gece boyunca aynı sıcaklık koşullarına maruz kaldı. Laura yatak odasında ve mutfakta çıplak ayakla yürürken neden farklı duygular hissediyor?
Sıcak ve soğuk hissi, bazıları subjektif, hatta birkaç faktörle ilişkilidir. Farklı insanlar aynı sıcaklığı farklı şekillerde hissedebilir ve algılayabilir. Ancak metinde ısıl dengede olması gereken yani cisimlerin aynı sıcaklıkta olduğu bir ortamda aynı kişinin farklı duyumları vardır.
Tek fark, temas ettiği malzemedir. Termal iletkenlik katsayısı, malzemelerin bir özelliğidir ve termal enerjinin ne kadar kolay aktarıldığını gösterir. Termal iletkenlik değeri ne kadar yüksek olursa, termal enerjinin aktarımı o kadar kolay olur.
Seramik döşeme, yün veya pamuklu halıdan daha fazla ısı iletkenliğine sahip olduğundan, Laura'nın vücudu çok şey kaybeder. mutfakta yürürken halı üzerinde yürümekten daha fazla enerji soğuk.
Termal Denge Üzerine Alıştırmalar
Egzersiz 4
(IFF 2016) Laboratuar etkinliğinde Fizik öğretmeni öğrencilere 100°C sıcaklıktaki 1 L su ile 4°C sıcaklıktaki 500 mL suyu karıştırmalarını önerir. Ancak, termal denge sıcaklığını karıştırmadan ve ölçmeden önce öğrencilerin termal denge sıcaklığını hesaplamaları gerekir. İhmal edilebilir termal kayıpları ve teorik sonucun deneysel değere eşit olduğunu düşünün. Bu denge sıcaklığının geçerli olduğu söylenebilir:
a) 68°C.
b) 74°C.
c) 80°C.
d) 32°C.
e) 52°C.
Doğru cevap: a) 68°C.
Amaç: termal denge sıcaklığını belirleyin ().
Veri:
1L = 100°C'de 1000 ml su;
4°C'de 500 ml su
Fiziksel ve Matematiksel Model
Termal dengede artık termal enerji aktarımı yoktur, bu nedenle 100°C ve 4°C'deki su bölümlerinin ısılarının toplamı sıfıra eşittir.
Denklemin her iki tarafında da özgül ısı aynı olduğundan, onları yok edebiliriz.
Bu nedenle, denge sıcaklığı 68°C olacaktır.
Termometrik Ölçeklerde Alıştırmalar
Alıştırmalar 5
(SENAC - SP 2013) İnsanın aya gelişi 1969'da oldu. Ayın yapısı kayalıktır ve neredeyse hiç atmosferi yoktur, bu da gün boyunca sıcaklığın 105 °C'ye ulaştığı ve geceleri -155°C'ye düştüğü anlamına gelir.
Fahrenheit sıcaklık ölçeğinde ölçülen bu termal değişim geçerlidir.
a) 50.
b) 90.
c) 292.
d) 468.
e) 472.
Doğru cevap: d) 468.
Santigrat °C ölçeği ile °F ölçeği arasındaki ilişki şu şekilde verilir:
Neresi,
Santigrat derece cinsinden sıcaklık değişimi ve,
Fahrenheit üzerindeki varyasyondur.
Ay yüzeyindeki sıcaklık 105 °C ile gece -155°C arasında değişir. Bu nedenle, toplam varyasyon 260 °C'dir.
105 - (-155) = 260
Formülde yerine koyarsak:
Alıştırmalar 6
(UESPI 2010) Bir öğrenci, Ray Bradbury'nin bilim kurgu romanı “Fahrenheit 451”i okuyor. Belirli bir pasajda, karakterlerden biri 451 °F'nin Fahrenheit ölçeğinde kitapların yapıldığı kağıdın yandığı sıcaklık olduğunu iddia ediyor. Öğrenci bu ölçekte suyun erime ve kaynama sıcaklıklarının sırasıyla 32°F ve 212°F olduğunu bilir. Haklı olarak, 451°F'nin kabaca şuna eşdeğer olduğu sonucuna varır:
a) 100 °C
b) 205 °C
c) 233 °C
d) 305 °C
e) 316 °C
Doğru cevap: c) 233 °C.
Celsius ve Fahrenheit ölçekleri şu şekilde ilişkilidir:
451°F ile değiştirilmesi , sahibiz:
Yanıt seçeneklerinden 233°C en yakın olanıdır.
Alıştırmalar 7
(FATEC 2014) Bir Formula Indy veya Formula 1 yarışı sırasında, sürücüler kokpitte sıcak bir mikro ortama maruz kalırlar. çeşitli ısı kaynakları (güneşten, motordan, araziden, beyin metabolizmasından, kas aktivitesinden) tarafından üretilen 50°C'ye ulaşır. vb.). Bu sıcaklık, tolere edilebilir ortalama vücut sıcaklığının çok üzerindedir, bu nedenle her zaman fiziksel olarak iyi durumda olmalıdırlar.
Formula Indy yarışları, Fahrenheit ölçeğinde sıcaklık okumasının benimsendiği ABD'de daha gelenekseldir. Metinde sunulan bilgilere dayanarak, bir Formula Indy arabasının yarış sırasında ulaştığı kokpit sıcaklığının Fahrenheit derecesinde olduğunu söylemek doğrudur.
Veri:
Buz erime sıcaklığı = 32°F;
Kaynar su sıcaklığı = 212°F.
a) 32.
b) 50.
c) 82.
d) 122.
e) 212.
Doğru cevap: d) 122
İki sıcaklığı ilişkilendirmek için şu denklemi kullanırız:
değiştirme 50 için ve için çözme
, sahibiz:
Bu nedenle, kokpitteki sıcaklık Fahrenheit cinsinden 122°F'dir.
Isı Yayılımı Üzerine Egzersizler
Egzersiz 8
(Enem 2021) Bir buzdolabı kullanım kılavuzunda şu öneriler yer almaktadır:
• Buzdolabınızın kapısını sadece gerektiği kadar açık tutun;
• Yiyeceklerin raflarda kötü dağılımı ile hava sirkülasyonunu engellememek önemlidir;
• Ürünün arkası (serpantin soğutucu) ile duvar arasında en az 5 cm boşluk bırakın.
Termodinamik ilkelerine dayalı olarak, bu tavsiyelerin gerekçeleri sırasıyla:
a) Buzdolabından çevreye olan soğuk çıkışını azaltın, raftaki yiyecekler arasında soğuğun iletilmesini sağlayın ve soğutucu ile ortam arasında ısı alışverişini sağlayın.
b) Buzdolabının çevreye verdiği soğuk çıkışını azaltın, iç havanın taşınımını garanti edin, iç ve dış parçalar arasında ısı yalıtımını garanti edin.
c) Ortamdan buzdolabının içine olan ısı akışını azaltın, iç havanın taşınımını sağlayın ve soğutucu ile ortam arasındaki ısı alışverişini sağlayın.
d) Ortamdan buzdolabının iç kısmına ısı akışını azaltın, iletimini sağlayın raftaki yiyecekler arasındaki soğukluğu ve lavabo ile ortam arasındaki ısı alışverişini sağlar.
e) Buzdolabının içinde ortamdan ısı akışını azaltın, iç havanın taşınımını sağlayın ve iç ve dış kısımlar arasında ısı yalıtımını sağlayın.
Doğru cevap: c) Buzdolabının içine odadan ısı akışını azaltın, iç havanın taşınımını sağlayın ve soğutucu ile ortam arasındaki ısı alışverişini sağlayın.
Buzdolabı kapısının kapalı tutulması, sadece gerekli olanın açılması, dış ortamdan ısı girişini engeller.
Buzdolabının içinde, soğuk iç ortam ile gıda arasındaki ısı alışverişi, konveksiyon yoluyla hava akımları üretir. Bu akımlar yiyecekleri soğutmak için gereklidir.
Yiyeceklerden alınan ve buzdolabının soğutucu akışkanı ile değiştirilen ısı, arkadaki soğutucuya taşınır. Bu ısı, esas olarak konveksiyon yoluyla çevre ile değiş tokuş edilecektir, bu nedenle alana ihtiyaç vardır.
Egzersiz 9
(UEPB 2009) Brigadeiro'yu seven bir çocuk bu şekeri yapmaya karar vermiş ve bunun için malzemeleri ve kapları ayırmaya başlamış. Önce yoğunlaştırılmış süt kutusunu, toz çikolatayı ve margarini, ardından çelik bir tava, kaşık ve bir konserve açacağı aldı. Çocuk, yoğunlaştırılmış sütü tavaya boşaltmak için kutuda bir delik açtı. Bu tavrı gören annesi, oğlunun bu sıvıyı daha kolay çıkarabilmesi için kutuya bir delik daha açmasını önerdi. Çocuk, tugayı karıştırmak için tencereyi ateşe koyarken, birkaç dakika sonra kaşığın sapının ısındığını hissetti ve “Anne, kaşık elimi yakıyor” diye yakındı. Bunun üzerine annesi, yanmayı önlemek için tahta kaşık kullanmasını istedi.
Çocuğun elinin yandığına dair şikayetinde kanıtlanan kaşığın ısınması ile ilgili olarak şunu söyleyebiliriz.
a) Mükemmel bir ısı yalıtkanı olan tahta kaşıkla çelik kaşıktan daha hızlı ısınır.
b) Kaşığı oluşturan parçacıkların bir uçtan diğer uca tamamen ısıtarak konveksiyon akımları oluşturması nedeniyle olur.
c) Işınlama nedeniyle kaşık bir uçtan diğer uca tamamen ısınır.
d) Mükemmel bir ısı iletkeni olan tahta kaşıkla çelik kaşıktan daha hızlı ısınır.
e) Kaşığı oluşturan parçacıkların orada emilen ısıyı bir uçtan diğer uca iletmeye başlamasıyla olur.
Doğru cevap: e) Kaşığı oluşturan parçacıkların orada emilen ısıyı bir uçtan diğer uca iletmeye başlamasıyla olur.
Isı yayılım süreci iletimdir. Bir parçacıktan çevresine sadece enerji aktarılır. Metaller mükemmel ısı ileticilerdir.
Egzersiz 10
(Enem 2016) Bir deneyde bir öğretmen laboratuvar masasına aynı kütlede biri plastik diğeri alüminyum olmak üzere iki tepsi bırakır. Birkaç saat sonra öğrencilerden dokunarak iki tepsinin sıcaklığını derecelendirmelerini ister. Öğrencileri kategorik olarak alüminyum tepsinin daha düşük bir sıcaklıkta olduğunu iddia ediyor. Merak edip, tepsilerin her birine birer buz küpü yerleştirdiği ikinci bir aktivite önerir. çevre ile termal dengededir ve onlara buzun erime hızının ne olacağını sorar. daha büyük.
Öğretmenin sorusuna doğru cevap veren öğrenci erimenin gerçekleşeceğini söyleyecektir.
a) plastikten daha yüksek bir termal iletkenliğe sahip olduğu için alüminyum tepside daha hızlı.
b) başlangıçta alüminyum olandan daha yüksek bir sıcaklığa sahip olduğu için plastik tepsi üzerinde daha hızlı.
c) Alüminyumdan daha yüksek bir termal kapasiteye sahip olduğu için plastik tepsi üzerinde daha hızlı.
d) plastik olandan daha düşük bir özgül ısıya sahip olduğu için alüminyum tepside daha hızlıdır.
e) aynı sıcaklık değişimine sahip olacağından, her iki tepside de aynı hızda.
Doğru cevap: a) plastik olandan daha yüksek bir termal iletkenliğe sahip olduğu için alüminyum tepside daha hızlı.
Buz, ısıyı daha yüksek, yani daha hızlı aktaran tepside daha hızlı erir. Metallerin ısıl iletkenliği daha yüksek olduğundan, alüminyum tepsi buza daha fazla ısı aktarır ve buz daha hızlı erir.
Egzersiz 11
(Enem 2021) São Paulo şehrinde, bahar bölgesine ulaşması gereken deniz melteminin akış yönünü değiştirmekten ısı adaları sorumludur. Ancak ısı adasını geçerken, deniz meltemi artık dikey bir hava akımıyla karşılaşıyor. onun için şehrin sıcak yüzeylerinden emilen termal enerji, onu yüksek yerlere kaydırıyor. irtifalar. Bu sayede bahar bölgesi yerine şehrin merkezinde yoğuşma ve şiddetli yağış görülür. Resim, bu fenomende enerji alışverişi yapan üç alt sistemi göstermektedir.
Bu mekanizmalar sırasıyla;
a) ışınlama ve konveksiyon.
b) ışınlama ve ışınlama.
c) iletim ve ışınlama.
d) konveksiyon ve ışınlama.
e) konveksiyon ve konveksiyon.
Doğru cevap: a) ışınlama ve konveksiyon.
Işınlama, güneş ve şehirler arasında ısı transferi işlemidir. Bu süreçte ısı, elektromanyetik radyasyon yoluyla aktarılır.
Konveksiyon, ısı adaları ile deniz meltemi arasındaki ısıyı aktarma işlemidir. Bu süreçte ısı, akışkan bir ortam, bu durumda hava tarafından hareketleri yoluyla iletilir. Konveksiyonda, genişleyen sıcak hava daha az yoğun hale gelir ve yükselir. Daha yüksek irtifalarda daha soğuk olan, daha yoğun olan hava, ısı alışverişi yapan hava akımları oluşturarak alçalır.
Gizli Isı ve Duyarlı Isı ile İlgili Alıştırmalar
Egzersiz 12
(Enem 2015) Yüksek yanma sıcaklıkları ve hareketli parçaları arasındaki sürtünme içten yanmalı motorların ısınmasına neden olan etkenlerden bazılarıdır. Bu motorların aşırı ısınmasını ve buna bağlı olarak zarar görmesini önlemek için, içinde bir sıvı bulunan mevcut soğutma sistemleri geliştirildi. özel özelliklere sahip soğutucu, motorun içinde dolaşır, radyatörden geçerken ısıyı emer, ısıyı emer. atmosfer.
Soğutma sıvısının amacını en verimli şekilde yerine getirebilmesi için hangi özelliği olmalıdır?
a) Yüksek özgül ısı.
b) Yüksek gizli füzyon ısısı.
c) Düşük ısı iletkenliği.
d) Düşük kaynama sıcaklığı.
e) Yüksek termal genleşme katsayısı.
Doğru cevap: a) Yüksek özgül ısı.
Özgül ısı, malzemenin, bu durumda soğutucunun bir özelliğidir. Bir birim sıcaklığı değiştirmek için bir birim kütle için alması veya vermesi gereken ısı miktarını gösterir.
Başka bir deyişle, özgül ısı ne kadar yüksek olursa, sıcaklığını çok fazla artırmadan o kadar fazla ısı alabilir. Öz ısısı yüksek olan maddelerin sıcaklık değişimine karşı hassasiyeti daha azdır.
Bu şekilde, yüksek özgül ısıya sahip soğutma sıvısı, kaynamadan motordan daha fazla miktarda termal enerji "toplayabilir".
Egzersiz 13
(FATEC 2014) Fatec'te Kaynak dersinde Fizik disiplinindeki bir sınıfta, sorumlu öğretmen öğrencilerle lisede gördükleri bir konuyu işliyor. Belirli bir varsayımsal saf maddenin hal değişimi grafiğinin analizinin nasıl gerçekleştirileceğini açıklar. Bunun için eksenlerde temsil edilen fiziksel büyüklükleri ve bu büyüklükler arasındaki ilişkinin oluşturduğu grafiği değerlendirmemiz yeterlidir. Bu grafikte, eğim gösteren kısım, enerji absorpsiyonundan dolayı sıcaklıktaki bir değişikliği, plato sunan kısım (yatay kısım) ise enerji absorpsiyonundan dolayı bir durum değişikliğini gösterir.
Bu açıklamadan sonra öğrencilere cismin emdiği toplam enerji miktarını sorar. madde için hal değişiminin bitimi ile sıvı için hal değişiminin bitimi arasında gazlı.
Kalori cinsinden bu sorunun doğru cevabı,
a) 2000.
b) 4000.
c) 6,000.
d) 10.000.
e) 14 000.
Doğru cevap: d) 10 000.
Bu değişim 4000 ile 14000 kalori arasında gerçekleşir. İlk platodan sonra rampa başladığında madde tamamen sıvı haldedir. Sıvıdan gaz faza dönüşüm ikinci platoda gerçekleşir.
Termal Dilatasyon Egzersizleri
Egzersiz 14
(URCA 2012) Yoğunluğu 10 g/cm3 olan bir metalik koninin tabanının yarıçapı, 0°C'de Ro = 2 cm başlangıç uzunluğuna sahiptir. Bu koniyi 100°C sıcaklığa kadar ısıtarak yüksekliği Δh = 0.015 cm değişir. 100 g'lık bir koni kütlesi ile malzemenin ortalama doğrusal genleşme katsayısı:
Doğru cevap:
Amaç: doğrusal genişleme katsayısını belirleyin ().
Veri = 0.015 cm
Başlangıç yarıçapı, = 2 cm = 100°C
kütle, m = 100 g
yoğunluk, d = 10 g/cm3
Doğrusal termal genleşmenin matematiksel ve fiziksel modeli
Neresi, lineer genişleme katsayısıdır.
yükseklik değişimidir.
başlangıç yüksekliğidir.
sıcaklıktaki değişimdir.
izolasyon ,
ve
Sağlanırlar. Bu şekilde belirlemek için
, belirlemek gereklidir
.
Belirlemek, birsey belirlemek hacim ve yoğunluk oranlarını kullanalım.
koni hacmi
Yoğunluk
izolasyon V,
Hacim denkleminde V ve r değerlerinin yerine konulması ve yapılması = 3,
Şimdi değiştirebiliriz termal genleşme katsayısı denkleminde,
bilimsel gösterime dönüştürmek
0,0006 =
hakkında daha fazla öğren
- ısı ve sıcaklık.
- ısı yayılımı
- hassas ısı
- Özısı
- Termal enerji
- Termal Genleşme
- Termal Kapasite
- ısıl iletkenlik
- Termal Konveksiyon
- Termal Işınlama