Niniejsza darmowa publikacja zawiera jedynie fragment
pełnej wersji całej publikacji.
Aby przeczytać ten tytuł w pełnej wersji kliknij tutaj.
Niniejsza publikacja może być kopiowana, oraz dowolnie
rozprowadzana tylko i wyłącznie w formie dostarczonej przez
NetPress Digital Sp. z o.o., operatora sklepu na którym można
nabyć niniejszy tytuł w pełnej wersji. Zabronione są
jakiekolwiek zmiany w zawartości publikacji bez pisemnej zgody
NetPress oraz wydawcy niniejszej publikacji. Zabrania siÄ™ jej
od-sprzedaży, zgodnie z regulaminem serwisu.
Pełna wersja niniejszej publikacji jest do nabycia w sklepie
internetowym e-booksweb.pl - audiobooki, e-booki.
Od redakcji
Niniejszy zbiór zadań powstał z myślą o tych wszystkich, dla których
rozwiązanie zadania z fizyki nie polega wyłącznie na mechanicznym
przekształceniu wzorów i podstawieniu do nich danych. Dla autorów
książki istotne było skupienie się na tym, co w fizyce najważniejsze,
czyli na ukazaniu zjawiska fizycznego i przekonaniu, że można je wyja-
śnić, logicznie rozumując i posługując się podstawowymi prawami fizyki.
Wiele osób potrafi rozwiązać typowe zadania z fizyki, a mimo to ma
poczucie, że tak naprawdę fizyki nie rozumie. Dlatego zamieszczone
w książce rozwiązania ukazują krok po kroku każdy etap rozumowania
i uczą świadomego stosowania wzorów. Nie przypominają uczniowskich
rozwiązań z zeszytu czy tablicy, więc raczej nie posłużą jako gotowe
wzorce do przepisywania. Aby zapisać rozwiązanie zadania w typowy
sposób, uczeń będzie zmuszony do zrozumienia podanego w zbiorze
rozwiÄ…zania.
Książka została podzielona na trzy części. W pierwszej zamieszczono
wstępy teoretyczne i treści zadań do poszczególnych działów. Są wśród
nich krótkie pytania testowe oraz zadania otwarte. Kolejna część zawiera
szczegółowe rozwiązania do wszystkich zadań otwartych. Na końcu za-
mieszczono odpowiedzi do wszystkich zadań.
Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału
omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.
40 CIEPA
O
Przykład
Po włożeniu dłoni do gorącej wody
temperatura skóry wzrasta. Wzrost
temperatury skóry można także
uzyskać, pocierając dłonią o dłoń
(obie dłonie mają coraz wyższą, ale
cały czas taką samą temperaturę).
Wzrost temperatury skóry jest oznaką wzrostu jej energii wewnętrznej. Tem-
peratura wody jest wyższa od temperatury skóry, dlatego następuje prze-
kazanie części energii wody skórze na sposób ciepła. Skórze pocieranych
o siebie dłoni energia zostaje przekazana na sposób pracy  pracę wyko-
nują siły tarcia działające na stykające się i poruszające względem siebie
dłonie. Byłoby to oczywiście niemożliwe, gdyby nie siła mięśni rąk.
Przewodnictwo cieplne  zjawisko polegające na przepływie energii w obrębie jed-
nego ciała, jeżeli różne obszary tego ciała mają różne temperatury (ale te części
ciała nie poruszają się względem siebie), lub między ciałami o różnej temperaturze
(ale ciała nie poruszają się względem siebie). Szybkość wyrównywania temperatur
różnych części ciała (lub ciał) zależy od tego, z jakiej substancji ciało jest wykonane.
Współczynnik przewodnictwa cieplnego substancji  wielkość określająca ilość
energii przepływającej w czasie 1 sekundy przez warstwę tej substancji o grubości
1 m i polu przekroju poprzecznego równym 1 m2, gdy różnica temperatur prze-
ciwległych stron tej warstwy wynosi 1 K (czyli 1ć%C). Często stosowanym symbolem
współczynnika przewodnictwa cieplnego jest .
W
Jednostką współczynnika przewodnictwa cieplnego jest 1 (w układzie SI) lub
m · K
W
1 .
ć%
m · C
Substancje, których współczynnik przewodnictwa cieplnego ma dużą wartość, są
W
nazywane dobrymi przewodnikami cieplnymi (np. diament:  = 2320 , srebro:
m · K
W
 = 429 ).
m · K
Substancje, których współczynnik przewodnictwa cieplnego ma małą wartość, są na-
W W
zywane izolatorami cieplnymi (np. styropian:  =0,04 , powietrze:  =0,026 ).
m · K m · K
Przykład
W czasie 1 s przez warstwę szkła o grubo-
ści 1 m i polu powierzchni 1 m2, gdy róż-
nica temperatur szkła po obu stronach tej
warstwy wynosi 1ć%C, przepływa energia
o wartości 1 J. Oznacza to, że współczyn-
nik przewodnictwa cieplnego szkła wynosi
W
szkło =1 .
ć%
m · C
CIEPA
O  zadania 47
34. Największa na świecie sztaba złota została wytopiona 15 grudnia 1999 roku
w Japonii przez Korporację Mitsubishi Materials. Sztaba ma objętość 10 362 cm3.
Oblicz ilość energii potrzebnej do jej stopienia, jeśli jej temperatura wynosi
g
J
20ć%C. Przyjmij, że gęstość złota wynosi 19,28 , ciepło właściwe 129 ,
ć%
cm3 kg · C
kJ
ciepło topnienia 64 , temperatura topnienia 1063ć%C.
kg
35. Do stopienia pewnej bryły lodu o temperaturze 0ć%C potrzeba tyle samo energii
co do stopienia złota o masie 200 kg i temperaturze 1063ć%C (czyli o tempera-
turze topnienia złota). Oblicz masę bryły lodu. Ciepło topnienia złota wynosi
kJ kJ
64 , lodu 334 .
kg kg
36. Aby stopić sztabę złota o masie 200 kg i temperaturze początkowej 20ć%C po-
trzeba 40 MJ energii. Ile litrów wody o temperaturze 20ć%C można zagotować,
gdy się dysponuje taką ilością energii? Przyjmij, że ciepło właściwe wody wynosi
kJ
4,2 .
ć%
kg · C
37. Woda o masie 2 kg i temperaturze 20ć%C ochładzała się tak długo, aż cała za-
mieniła się w lód o temperaturze 0ć%C. Jak i o ile zmieniła się energia wody
kJ
w tym czasie? Przyjmij, że ciepło właściwe wody-cieczy wynosi 4,2 , ciepło
ć%
kg · C
kJ
krzepnięcia 334 .
kg
38. Do wody o masie 10 kg i temperaturze 20ć%C wrzucono bryłkę lodu o tempe-
raturze -20ć%C. Oblicz masę lodu, jeżeli po ustaleniu się temperatury (czyli po
osiągnięciu tzw. równowagi termodynamicznej) woda miała postać cieczy o tem-
peraturze 0ć%C. Załóż, że wymiana energii zachodziła tylko między wodą-cieczą
kJ
i wodą-ciałem stałym. Przyjmij, że ciepło właściwe wody-cieczy wynosi 4,2 ,
ć%
kg · C
kJ kJ
lodu 2,1 , ciepło topnienia 334 .
ć%
kg · C kg
39. Pomorskie Zakłady Gazownicze podają na swojej stronie internetowej, że cie-
MJ
pło spalania dostarczanego przez nie gazu ziemnego wynosi 51 . Ile wody
kg
o temperaturze 20ć%C można zagotować dzięki energii uzyskanej ze spalenia
kJ
1 kg gazu? Przyjmij, że ciepło właściwe wody wynosi 4,2 .
ć%
kg · C
40. Na wykresie przedstawiono tempe-
raturę bryły platyny w czasie, gdy
energia wewnętrzna platyny wzra-
stała. Masa platyny wynosiła 10 kg,
temperatura początkowa 0ć%C. Ko-
rzystając z wykresu, określ ciepło
właściwe oraz ciepło i temperaturę
topnienia platyny.
41. Ile energii należy dostarczyć wrzącej wodzie o masie 2 kg i temperaturze 100ć%C,
aby cała wyparowała w procesie wrzenia? Przyjmij, że ciepło parowania (wrze-
kJ
nia) wody o temperaturze 100ć%C wynosi 2260 .
kg
86 CIEPA
O  rozwiązania zadań (str. 43 48)
uzyskać 20-krotnie większy wzrost temperatury 1 kg wody, czyli wzrost o 20ć%C, trzeba
dostarczyć wodzie 20 razy wiÄ™cej energii, czyli 20 · 4200 J = 84 000 J = 84 kJ energii. W tre-
ści zadania jest powiedziane, że wzrost temperatury wody o 20ć%C wynikał ze wzrostu
energii wewnętrznej wody o 840 kJ. Czyli wodzie, o której mowa w zadaniu, dostarczono
840 kJ
10 razy więcej energii ( = 10) niż wodzie o masie 1 kg, aby jej temperatura wzrosła
84 kJ
o 20ć%C. Oznacza to, że masa wody, o której mowa w zadaniu, była 10-krotnie większa od
1 kg, czyli wynosiła 10 kg.
"E
Przedstawione wyżej rozumowanie można zapisać w postaci równania m = . Można
cw"T
je otrzymać z równania "E = mcw"T opisującego ilość energii "E, jaką trzeba dostar-
czyć (odebrać) ciału o masie m, wykonanemu z substancji o cieple właściwym cw, aby
840 000 J
temperatura ciała wzrosła (zmalała) o "T . Zatemm = =10 kg.
J
4200 ·20ć%C
ć%C
kg ·
13. Można skorzystać z równania "E = mcw"T pozwalającego obliczyć, ile energii "E trzeba
dostarczyć substancji o cieple właściwym cw i masie m, aby spowodować wzrost jej
"E
temperatury o "T = Tk - Tp. Przekształcenie tego równania do postaci "T = Tk - Tp =
mcw
pozwala znalez
ć zmianę temperatury wody, a ponieważ znana jest także temperatura
"E
początkowa wody, to także temperaturę końcową wody Tk = + Tp. Masa wody nie jest
mcw
w treści zadania podana, ale można ją zapisać jako iloczyn objętości i gęstości wody, czyli
m = dV . Zatem
126 000 J
"E
Tk = + Tp = + 300 K =
dV cw 1000 kg 10 l · 4200 J
·
m3 kg · K
126 000 J
= + 300 K = 3 K + 300 K = 303 K = 30ć%C.
kg J
1000 · 10 · 10-3 m3 · 4200
m3 kg · K
14. Aby znalez
ć temperaturę początkową wody, można przekształcić równanie "E = mcw"T
(pozwalające obliczyć, ile energii "E trzeba dostarczyć substancji o cieple właściwym cw
"E
i masie m, aby spowodować wzrost jej temperatury o "T ) do postaci "T = . Ponieważ
mcw
"E
"T to różnica między temperaturą końcową i początkową wody, to Tk - Tp = . Stąd
mcw
252 000 J
"E
Tp = Tk - =80ć%C - =80ć%C - 10ć%C=70ć%C.
mcw J
6kg · 4200
ć%C
kg ·
15. Temperatura kulek była wyższa od temperatury wody, zatem po włożeniu kulek do wody
nastąpił cieplny przekaz energii kulek wodzie. Założenie, że przepływ energii zachodził
tylko między kulkami i wodą, pozwala przyjąć, że energia każdej z kulek zmniejszyła się
o tyle, o ile zwiększyła się energia wody, do której dana kulka została włożona. Wniosek
ten można zapisać w postaci równań "EwodaPb = -"EPb i "EwodaFe = -"EFe. Zmiany
energii wewnętrznej wody były dodatnie ("EwodaPb > 0, "EwodaFe > 0, ponieważ energia
końcowa wody w każdym kubku była większa niż jej energia na początku), natomiast
zmiana energii wewnętrznej każdej z kulek była ujemna ("EPb < 0, "EFe < 0, ponieważ
energia końcowa każdej z kulek była mniejsza od energii na początku), stąd znak minus
w tych równaniach.
Masy, temperatury początkowe i końcowe wody w obu naczyniach były takie same, zatem
energia wewnętrzna wody w każdym z naczyń wzrosła o taką sama wartość (wniosek ten
można wyciągnąć na podstawie równania "E = mcw"T wiążącego zmianę temperatury "T
substancji o masie m, cieple właściwym cw ze zmianą jej energii wewnętrznej "E), czyli
"EwodaPb ="EwodaFe. To z kolei oznacza, że energie wewnętrzne obu kulek zmniejszyły się
o tyle samo, czyli "EPb ="EFe, co można zapisać także w postaci równania mPbcwPb"TPb =
= mFecwFe"TFe. Ponieważ zmiany temperatur obu kulek były takie same "TPb = "TFe
Niniejsza darmowa publikacja zawiera jedynie fragment
pełnej wersji całej publikacji.
Aby przeczytać ten tytuł w pełnej wersji kliknij tutaj.
Niniejsza publikacja może być kopiowana, oraz dowolnie
rozprowadzana tylko i wyłącznie w formie dostarczonej przez
NetPress Digital Sp. z o.o., operatora sklepu na którym można
nabyć niniejszy tytuł w pełnej wersji. Zabronione są
jakiekolwiek zmiany w zawartości publikacji bez pisemnej zgody
NetPress oraz wydawcy niniejszej publikacji. Zabrania siÄ™ jej
od-sprzedaży, zgodnie z regulaminem serwisu.
Pełna wersja niniejszej publikacji jest do nabycia w sklepie
internetowym e-booksweb.pl - audiobooki, e-booki.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Fizyka 1, zbiór zadań dla gimnazjum Dział ruch
Fizyka 2, zbiór zadań dla gimnazjum Dział Grawitacja
Fizyka zbiór zadań dla gimnazjum Dział Ruch
Fizyka 2, zbiór zadań dla gimnazjum Dział Struktura materii
Fizyka 2, zbiór zadań dla gimnazjum Dział ciecze i gazy
Fizyka 1, zbiór zadań dla gimnazjum Dział siły
Fizyka 1, zbiór zadań dla gimnazjum Dział Energia
Fizyka 1, zbiór zadań dla gimnazjum Dział siły i ruch
Fizyka zbiór zadań dla gimnazjum Siły i Ruch
Matematyka Europejczyka Zbior zadan dla gimnazjum Klasa 1 megim1
Fizyka Zbiór zadań
fizyka zbior zadan

więcej podobnych podstron