Część IX

Materiały pomocnicze 9
do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki
Wodnej
1. Temperatura.
Jest to wielkość fizyczna proporcjonalna do średniej energii kinetycznej
chaotycznego ruchu cząsteczek.
2. Energia wewnętrzna.
Jest to suma wszystkich energii wszystkich cząsteczek ciała.
3. Ciepło.
Jest to ta część energii wewnętrznej, która może przejść z ciała o
temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej.
4. Ciepło właściwe.
Jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednostki masy o jeden stopień.
cw =
Q
m ⋅ ∆t
5. Ciepło topnienia.
Jest to ilość ciepła potrzebna do stopienia jednostki masy ciała stałego w
stałej temperaturze topnienia.
ct =
Q
m
6. Bilans cieplny.
Ilość ciepła pobrana przez ciała w układzie izolowanym jest równa ilości
ciepła oddanego przez inne ciała znajdujące się w tym układzie.
Q pobr = Qoddane
7. I zasada termodynamiki.
Energia wewnętrzna ciała może ulec zmianie na skutek wymiany ciepła z
otoczeniem lub wykonania pracy.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
∆E w = W + Q
8. II zasada termodynamiki
Zmiana entropii w układzie izolowanym jest zawsze nieujemna.
Zadania.
W poniższych zadaniach przyjąć: cwody=4200J/kgK, cFe=750J/kgK,
clodu=2090J/kgK, cPb=125.5J/kgK, cCu=376.2J/kgK, ctl=330000 J/kg,
ctPb=23400 J/kg, cpw=2 244 700 J/kg.
1. W naczyniu znajduje się 20g wody o temperaturze 150C. Do naczynia
wlewamy 50g wody o temperaturze 1000C. Oblicz temperaturę końcową.
2. Kawałek żelaza o masie. m1=0.9kg ogrzany do temperatury 3000C
wrzucono do m2=2.5kg wody o temperaturze 150C. Obliczyć temperaturę
końcową żelaza i wody.
3. Narysuj zależność temperatury od dostarczanego ciepła dla układu „(lód –
woda – para)”.
4. Do m1=280g wody o temperaturze 160C wrzucono m2=40g lodu o
temperaturze 00C. Temperatura wody po stopieniu się lodu zmniejszyła
się do 40C. Oblicz ciepło topnienia lodu.
5. Do kalorymetru zawierającego m1=0.3kg wody o temperaturze 150C
wrzucono m2=20g lodu o temperaturze -60C. Temperatura końcowa
wyniosła 9.70C. Oblicz ciepło topnienia lodu, jeżeli równoważnik wodny
kalorymetru wynosi w=50g.
6. W tafli lodu o temperaturze 00C zrobiono miseczkowate wgłębienie. Do
tego wgłębienia wlano 0.4kg płynnego ołowiu ogrzanego do temperatury
topnienia ołowiu 3270C. Ołów ten stopił m2=0.0755kg lodu. Oblicz ciepło
topnienia ołowiu.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
7. W kalorymetrze miedzianym o masie m1=150g znajduje się m2=300g
wody o temperaturze t=200C. Do jakiej temperatury ogrzeje się woda w
kalorymetrze, jeśli skroplimy w niej m3=10g pary wodnej o temperaturze
1000C.
8. Naczynie zawiera m1=200g wody oraz m2 =20g lodu w temperaturze 00C.
W wodzie skroplono m3=20g pary wodnej o temperaturze 1000C. Do
jakiej temperatury ogrzeje się woda w tym naczyniu.
9. Jaką prędkość powinna mieć kula ołowiana o temperaturze 150C, aby się
stopiła wskutek uderzenia o tarczę? Temperatura topnienia ołowiu 3270C.
10.Młot o masie 10 kg spada na płytkę ołowiu o masie 200g z wysokości 3 m
i ogrzewa ją. Po uderzeniu młot odskakuje na wysokość 20cm.
Zakładając, że płytka ta pochłonęła 100% wydzielonego ciepła obliczyć
o ile stopni ogrzeje się płytka.
11.O ile zwiększy się energia wewnętrzna układu klocek – stół podczas
przesuwania klocka, jeżeli masa klocka wynosi 10kg, współczynnik
tarcia f=0.2, a droga przesuwania s=2m?
12.W czasie jednego cyklu pracy silnika cieplnego pobiera on ze źródła
ciepło Q = 1000 J i wykonuje pracę W=250J. Jaka jest sprawność tego
silnika?
13.Jaka jest sprawność silnika Carnota, jeżeli temperatura źródła jest dwa
razy większa niż temperatura chłodnicy
14.Znaleźć sprawność cyklu Carnota, wykonywanego przez gaz
trójatomowy, jeżeli podczas adiabatycznego sprężania jego objętość
wzrasta od 6dm3 do 7 dm3.
15.Znaleźć zmianę entropii podczas krzepnięcia 1 kg rtęci w temperaturze
topnienia -390C.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego