Matura tuż za rogiem… Tydzień #6

Kalorymetria

W szóstym tygodniu zajmujemy się fizyką związaną ze zjawiskami cieplnymi, ale z pominięciem obszernego zakresu dotyczącego gazu doskonałego i jego przemian. Zagadnienia z tej tematyki znajdziemy zarówno w podstawie programowej gimnazjum, jak i liceum.

Podstawa programowa

Co wobec tego trzeba wiedzieć, rozumieć i umieć?

Szczegółowe wymagania egzaminacyjne
Zdający:

Energia.
(GIM) analizuje jakościowo zmiany energii wewnętrznej spowodowane wykonaniem pracy i przepływem ciepła;
(GIM) wyjaśnia związek między energią kinetyczną cząsteczek i temperaturą;
(GIM) wyjaśnia przepływ ciepła w zjawisku przewodnictwa cieplnego oraz rolę izolacji
cieplnej;
(GIM) opisuje zjawiska topnienia, krzepnięcia, parowania, skraplania, sublimacji i resublimacji;
(GIM) posługuje się pojęciem ciepła właściwego, ciepła topnienia i ciepła parowania;
(GIM) opisuje ruch cieczy i gazów w zjawisku konwekcji.

Właściwości materii.
(GIM) analizuje różnice w budowie mikroskopowej ciał stałych, cieczy i gazów;
(GIM) omawia budowę kryształów na przykładzie soli kamiennej;
(GIM) posługuje się pojęciem gęstości;
(GIM) stosuje do obliczeń związek między masą, gęstością i objętością ciał stałych i cieczy, na podstawie wyników pomiarów wyznacza gęstość cieczy i ciał stałych;

Termodynamika.
(LO) opisuje związek pomiędzy temperaturą w skali Kelwina a średnią energią kinetyczną cząsteczek;
(LO) stosuje pierwszą zasadę termodynamiki, odróżnia przekaz energii w formie pracy od przekazu energii w formie ciepła;
(LO) analizuje pierwszą zasadę termodynamiki jako zasadę zachowania energii;
(LO) wykorzystuje pojęcie ciepła właściwego oraz ciepła przemiany fazowej w analizie bilansu cieplnego.

Równania

Jakie równania związane z tą tematyką znajdziemy w karcie wzorów maturalnych?

Zestaw zadań

Zadanie 1

Do aluminiowego naczynia o masie 400 g zawierającego 2 litry wody o temperaturze 30^oC wrzucono 200g blok żelaza o temperaturze 200^oC. Zakładając, że opisywany układ jest izolowany, oblicz temperaturę końcową, jaka ustaliła się w naczyniu.

ODPOWIEDZI

Zadanie 2

Do naczynia zawierającego 300ml wody o temperaturze 60^oC wrzucono kostkę lodu o temperaturze 0^oC i masie 50g. Oblicz temperaturę, jaka ustaliła się w naczyniu po całkowitym stopieniu się lodu. Wpływ naczynia zaniedbaj. Przyjmij, że opisywany układ jest izolowany.

ODPOWIEDZI

Zadanie 3

Do naczynia zawierającego 5 litrów wody o temperaturze 80^oC wprowadzono pewną ilość pary wodnej o temperaturze 100^oC. Oblicz masę pary, która uległa skropleniu, jeśli temperatura wody podniosła się do 85^oC. Wpływ naczynia zaniedbaj.

^ODPOWIEDZI

Zadanie 4

Ołowiana kula o masie 2 kg spada z wysokości 30 metrów. W trakcie zderzenia 80% jej energii mechanicznej zostaje zamienione w ciepło zaabsorbowane przez kulę. O ile zwiększy się temperatura kuli?

ODPOWIEDZI

Zadanie 5

Poruszająca się z prędkością 720 kmh^-1 kula ołowiana o masie 10g wbija się w drewnianą belkę. O ile zwiększy się temperatura kuli, jeśli na ciepło przez nią zaabsorbowane zostaje zamienione 30% jej energii mechanicznej.

ODPOWIEDZI

Zadanie 6

Grzałka elektrycznego bojlera ma moc 1,5 kW. Wewnątrz bojlera znajduje się 50 litrów wody o temperaturze 20 ^oC. Zaniedbując starty energii, oblicz temperaturę wody po godzinie pracy bojlera.

ODPOWIEDZI

Zadanie 7

Wykres przedstawia zmiany temperatury 4 kg wody zachodzące w czasie jej ogrzewania. Przyjmij, że opisywany proces zachodzi w normalnych warunkach ciśnieniowych.

a) Oblicz, ile energii dostarczono wodzie w stanie ciekłym po zakończeniu topnienia.

b) Podaj, w jakim przedziale czasu zachodził proces topnienia?

c) Oblicz, ile energii wykorzystano do całkowitego stopienia lodu?

ODPOWIEDZI

Zadanie 8

Wykres przedstawia zmiany temperatury 5 kg wody, będące efektem odbierania jej energii. Przyjmij, że opisywany proces zachodzi w normalnych warunkach ciśnieniowych.