Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępnościMenu skrótów klawiszowych
Logo OpenStax

Menu
Spis treści
  1. Przedmowa
  2. Termodynamika
    1. 1 Temperatura i ciepło
      1. Wstęp
      2. 1.1 Temperatura i równowaga termiczna
      3. 1.2 Termometry i skale temperatur
      4. 1.3 Rozszerzalność cieplna
      5. 1.4 Przekazywanie ciepła, ciepło właściwe i kalorymetria
      6. 1.5 Przemiany fazowe
      7. 1.6 Mechanizmy przekazywania ciepła
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    2. 2 Kinetyczna teoria gazów
      1. Wstęp
      2. 2.1 Model cząsteczkowy gazu doskonałego
      3. 2.2 Ciśnienie, temperatura i średnia prędkość kwadratowa cząsteczek
      4. 2.3 Ciepło właściwe i zasada ekwipartycji energii
      5. 2.4 Rozkład prędkości cząsteczek gazu doskonałego
      6. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    3. 3 Pierwsza zasada termodynamiki
      1. Wstęp
      2. 3.1 Układy termodynamiczne
      3. 3.2 Praca, ciepło i energia wewnętrzna
      4. 3.3 Pierwsza zasada termodynamiki
      5. 3.4 Procesy termodynamiczne
      6. 3.5 Pojemność cieplna gazu doskonałego
      7. 3.6 Proces adiabatyczny gazu doskonałego
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 4 Druga zasada termodynamiki
      1. Wstęp
      2. 4.1 Procesy odwracalne i nieodwracalne
      3. 4.2 Silniki cieplne
      4. 4.3 Chłodziarki i pompy ciepła
      5. 4.4 Sformułowania drugiej zasady termodynamiki
      6. 4.5 Cykl Carnota
      7. 4.6 Entropia
      8. 4.7 Entropia w skali mikroskopowej
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  3. Elektryczność i magnetyzm
    1. 5 Ładunki i pola elektryczne
      1. Wstęp
      2. 5.1 Ładunek elektryczny
      3. 5.2 Przewodniki, izolatory i elektryzowanie przez indukcję
      4. 5.3 Prawo Coulomba
      5. 5.4 Pole elektryczne
      6. 5.5 Wyznaczanie natężenia pola elektrycznego rozkładu ładunków
      7. 5.6 Linie pola elektrycznego
      8. 5.7 Dipole elektryczne
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    2. 6 Prawo Gaussa
      1. Wstęp
      2. 6.1 Strumień pola elektrycznego
      3. 6.2 Wyjaśnienie prawa Gaussa
      4. 6.3 Stosowanie prawa Gaussa
      5. 6.4 Przewodniki w stanie równowagi elektrostatycznej
      6. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    3. 7 Potencjał elektryczny
      1. Wstęp
      2. 7.1 Elektryczna energia potencjalna
      3. 7.2 Potencjał elektryczny i różnica potencjałów
      4. 7.3 Obliczanie potencjału elektrycznego
      5. 7.4 Obliczanie natężenia na podstawie potencjału
      6. 7.5 Powierzchnie ekwipotencjalne i przewodniki
      7. 7.6 Zastosowanie elektrostatyki
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 8 Pojemność elektryczna
      1. Wstęp
      2. 8.1 Kondensatory i pojemność elektryczna
      3. 8.2 Łączenie szeregowe i równoległe kondensatorów
      4. 8.3 Energia zgromadzona w kondensatorze
      5. 8.4 Kondensator z dielektrykiem
      6. 8.5 Mikroskopowy model dielektryka
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    5. 9 Prąd i rezystancja
      1. Wstęp
      2. 9.1 Prąd elektryczny
      3. 9.2 Model przewodnictwa w metalach
      4. 9.3 Rezystywność i rezystancja
      5. 9.4 Prawo Ohma
      6. 9.5 Energia i moc elektryczna
      7. 9.6 Nadprzewodniki
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    6. 10 Obwody prądu stałego
      1. Wstęp
      2. 10.1 Siła elektromotoryczna
      3. 10.2 Oporniki połączone szeregowo i równolegle
      4. 10.3 Prawa Kirchhoffa
      5. 10.4 Elektryczne przyrządy pomiarowe
      6. 10.5 Obwody RC
      7. 10.6 Instalacja elektryczna w domu i bezpieczeństwo elektryczne
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    7. 11 Siła i pole magnetyczne
      1. Wstęp
      2. 11.1 Odkrywanie magnetyzmu
      3. 11.2 Pola magnetyczne i ich linie
      4. 11.3 Ruch cząstki naładowanej w polu magnetycznym
      5. 11.4 Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem
      6. 11.5 Wypadkowa sił i moment sił działających na pętlę z prądem
      7. 11.6 Efekt Halla
      8. 11.7 Zastosowania sił i pól magnetycznych
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    8. 12 Źródła pola magnetycznego
      1. Wstęp
      2. 12.1 Prawo Biota-Savarta
      3. 12.2 Pole magnetyczne cienkiego, prostoliniowego przewodu z prądem
      4. 12.3 Oddziaływanie magnetyczne dwóch równoległych przewodów z prądem
      5. 12.4 Pole magnetyczne pętli z prądem
      6. 12.5 Prawo Ampère’a
      7. 12.6 Solenoidy i toroidy
      8. 12.7 Magnetyzm materii
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    9. 13 Indukcja elektromagnetyczna
      1. Wstęp
      2. 13.1 Prawo Faradaya
      3. 13.2 Reguła Lenza
      4. 13.3 Siła elektromotoryczna wywołana ruchem
      5. 13.4 Indukowane pola elektryczne
      6. 13.5 Prądy wirowe
      7. 13.6 Generatory elektryczne i siła przeciwelektromotoryczna
      8. 13.7 Zastosowania indukcji elektromagnetycznej
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    10. 14 Indukcyjność
      1. Wstęp
      2. 14.1 Indukcyjność wzajemna
      3. 14.2 Samoindukcja i cewki indukcyjne
      4. 14.3 Energia magazynowana w polu magnetycznym
      5. 14.4 Obwody RL
      6. 14.5 Oscylacje obwodów LC
      7. 14.6 Obwody RLC
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    11. 15 Obwody prądu zmiennego
      1. Wstęp
      2. 15.1 Źródła prądu zmiennego
      3. 15.2 Proste obwody prądu zmiennego
      4. 15.3 Obwody szeregowe RLC prądu zmiennego
      5. 15.4 Moc w obwodzie prądu zmiennego
      6. 15.5 Rezonans w obwodzie prądu zmiennego
      7. 15.6 Transformatory
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    12. 16 Fale elektromagnetyczne
      1. Wstęp
      2. 16.1 Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne
      3. 16.2 Płaskie fale elektromagnetyczne
      4. 16.3 Energia niesiona przez fale elektromagnetyczne
      5. 16.4 Pęd i ciśnienie promieniowania elektromagnetycznego
      6. 16.5 Widmo promieniowania elektromagnetycznego
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  4. A Jednostki
  5. B Przeliczanie jednostek
  6. C Najważniejsze stałe fizyczne
  7. D Dane astronomiczne
  8. E Wzory matematyczne
  9. F Układ okresowy pierwiastków
  10. G Alfabet grecki
  11. Rozwiązania zadań
    1. Rozdział 1
    2. Rozdział 2
    3. Rozdział 3
    4. Rozdział 4
    5. Rozdział 5
    6. Rozdział 6
    7. Rozdział 7
    8. Rozdział 8
    9. Rozdział 9
    10. Rozdział 10
    11. Rozdział 11
    12. Rozdział 12
    13. Rozdział 13
    14. Rozdział 14
    15. Rozdział 15
    16. Rozdział 16
  12. Skorowidz nazwisk
  13. Skorowidz rzeczowy
  14. Skorowidz terminów obcojęzycznych

Zadania

1.2 Termometry i skale temperatur

42.

Podczas podróży po USA czujesz, że jesteś chory. Kolega daje ci termometr, który po pomiarze pokazuje, że temperatura twojego ciała wynosi 102 stopnie. Jaka to skala? Jaką temperaturę masz w skali Celsjusza? Czy powinieneś udać się do lekarza?

43.
  1. Przypuśćmy, że nadchodzi zimny front atmosferyczny w Twojej okolicy i temperatura spadła o 22,2°C22,2°C. O ile stopni spadła temperatura w skali Fahrenheita?
  2. Pokaż, że każda zmiana temperatury w skali Fahrenheita to 9595 zmiany temperatury w skali Celsjusza.
44.

W jednym z artykułów popularnonaukowych w amerykańskiej prasie na temat zmiany klimatu napisano: „Ubytek części pokrywy lodowej nastąpił prawdopodobnie w czasach, gdy temperatura naszej planety była o 36-37 stopni Fahrenheita (2-3 stopnie Celsjusza) wyższa niż dzisiaj”. Jaki błąd popełnił autor artykułu?

45.
  1. W jakiej temperaturze skale Fahrenheita i Celsjusza mają tę samą wartość liczbową?
  2. W jakiej temperaturze skale Fahrenheita i Kelvina mają tę samą wartość liczbową?
46.

Pewien Polak kupił na eBay nową zamrażarkę wyprodukowaną w USA, gdzie termometry wyskalowane są w fahrenheitach. Kiedy ją uruchomił i odczytał temperaturę, popełnił dwa błędy. Po pierwsze, nie zauważył, że na wskazaniu nie ma minusa, a po drugie uznał, że termometr jest wyskalowany w Celsjuszach. Zatem odczytał x °F x °F jako x °C x °C . Co ciekawe, temperatura, jaką odczytał w Celsjuszach, była poprawna. Jaka była prawdziwa temperatura na termometrze w zamrażarce? Zaokrąglij wynik do jednej cyfry znaczącej.

1.3 Rozszerzalność cieplna

47.

Pomnik Waszyngtona znajdujący się w Waszyngtonie (USA) ma wysokość 170 m 170m w lecie, gdy temperatura równa jest 35 °C 35°C. Jaka będzie jego wysokość w zimie, gdy temperatura spadnie do 10 °C 10 °C ? Pomnik ten zbudowany jest z piaskowca, ale dla potrzeb zadania przyjmij, że jego współczynnik rozszerzalności cieplnej równy jest współczynnikowi α α marmuru. Podaj odpowiedź z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

48.

O ile wyższa jest Wieża Eiffela po południu, gdy temperatura wzrosła od rana o 15 °C 15°C? Jej nominalna wysokość to 321 m 321m. Załóż, że jest wykonana w całości ze stali.

49.

Jak wydłuża się 3-centymetrowy słupek rtęci, kiedy jego temperatura wzrasta od 37 °C 37°C do 40 °C 40°C, zakładając, że rtęć zamknięta jest w rurce, ale nie jest ograniczona jej długość? Odpowiadając, wyjaśnij, dlaczego termometry posiadają zbiorniczki z cieczą oprócz samego słupka cieczy.

50.

Jak szeroka powinna być szczelina dylatacyjna pomiędzy szynami torów kolejowych, jeśli mogą osiągać temperaturę o 35 °C 35°C wyższą od tej, w której były montowane? Ich długość początkowa to 10 m 10m.

51.

Planujesz kupić małą działkę ziemi w Hongkongu. Cena to „tylko” 60 000 60 000 za metr kwadratowy. Dokumenty pokazują, że wymiary działki wynoszą 20 m × 30 m 20 m × 30 m . Jak zmieni się cena działki, jeżeli zmierzysz jej wymiary stalową taśmą mierniczą w temperaturze o 20 °C 20°C wyższej niż zalecana dla tej taśmy? Wymiary działki się nie zmieniają.

52.

Globalne ocieplenie spowoduje podniesienie poziomu mórz częściowo z powodu topnienia pokryw lodowych, a częściowo na skutek rozszerzenia cieplnego wody wraz ze wzrostem jej temperatury. Aby poznać rozmiar tego zjawiska, oblicz zmianę długości słupa wody o wysokości 1 km 1km wraz ze wzrostem temperatury wody o 1 °C 1°C. Załóż, że cylinder nie może się rozszerzać, a jedynie wydłużać. Przy modelowaniu oceanu jest to rozsądne uproszczenie, ponieważ tylko ta część wody, która jest blisko powierzchni, może rozszerzyć się wszerz w stronę lądu i tylko do pewnego stopnia. Dodatkowo przyjmij, że woda ogrzewa się tak samo w całej objętości, co w przypadku oceanu nie jest prawdą.

53.
  1. Załóż, że dwa pręty: stalowy i aluminiowy, o długości 1 m 1m mają taką samą długość w temperaturze 0 °C 0°C. O ile będą różnić się długością w temperaturze 22 °C 22°C?
  2. Powtórz obliczenia dla 30-metrowych taśm mierniczych.
54.
  1. Jeżeli probówkę o pojemności 500 ml 500ml wypełnisz po brzegi alkoholem etylowym w temperaturze 5 °C 5°C, to ile alkoholu wypłynie, gdy jego temperatura wzrośnie do temperatury pokojowej ( 22 °C 22°C)?
  2. O ile mniej wyleje się wody w takich samych warunkach?
55.

Większość samochodów posiada zbiornik wyrównawczy cieczy chłodzącej po to, aby zatrzymać jej ubytek, gdy silnik się nagrzeje. Wykonana z miedzi chłodnica wypełniona jest po brzegi 16 l 16 l \SI{16}{\litre} płynu chłodzącego mającego temperaturę 10 °C 10°C. Jaka objętość płynu przeleje się do zbiornika, gdy chłodnica osiągnie temperaturę 95 °C 95°C przy założeniu, że współczynnik rozszerzalności objętościowej β = 400 10 6 °C 1 β= 400 10 6 °C 1 (wynik będzie niedoszacowany, ponieważ większość samochodów posiada układ chłodzący pracujący przy wyższej temperaturze niż 95 °C 95°C)?

56.

Pewien fizyk, przygotowując sobie kubek kawy rozpuszczalnej, zauważył, że wraz ze schładzaniem kawy jej poziom w filiżance maleje o 3 mm 3mm. Udowodnij, że taki spadek nie może być wynikiem cieplnego kurczenia się cieczy. Oblicz różnicę poziomów kawy w kubku o objętości 350 cm 3 350 cm 3 i o średnicy 7 cm 7cm podczas stygnięcia kawy od temperatury 95 °C 95°C do 45 °C 45°C (większość tej zmiany poziomu kawy wywołana jest uwalnianiem pęcherzyków powietrza).

57.

Gęstość wody w temperaturze 0 °C 0°C równa jest niemal 1000 kg m 3 1000 kg m 3 (dokładnie jest to 999,84 kg m 3 999,84 kg m 3 ), podczas gdy gęstość lodu w tej samej temperaturze wynosi 917 kg m 3 917 kg m 3 . Oblicz ciśnienie konieczne do utrzymania zamarzającego lodu w takiej objętości, jaką miała woda. Pomiń wpływ, jaki miałoby tak wysokie ciśnienie na temperaturę zamarzania (zadanie to ma na celu jedynie pokazanie, z jak dużymi siłami mamy do czynienia w procesie zamarzania wody).

58.

Udowodnij, że β = 3 α β= 3 α , poprzez obliczenie infinitezymalnie małej zmiany objętości d V dV sześcianu o bokach równych L L, kiedy temperatura zmieni się o d T dT.

1.4 Przekazywanie ciepła, ciepło właściwe i kalorymetria

59.

W gorący dzień temperatura basenu wypełnionego 80 000 l 80 000l wody zwiększa się o 1,5 °C 1,5°C. Jaka ilość ciepła została dostarczona do wody? Pomiń wszelkie komplikacje, takie jak parowanie wody.

60.

W celu wysterylizowania 50-gramowej butelki dziecięcej musisz podgrzać ją od temperatury 22 °C 22°C do 95 °C 95°C. Ile ciepła należy dostarczyć do butelki?

61.

Dostarczenie identycznej ilości ciepła do takiej samej masy różnych substancji powoduje różne zmiany temperatury. Oblicz temperaturę końcową, gdy dostarczysz 1 kcal 1kcal ciepła do 1 kg 1kg substancji o temperaturze początkowej równej 20 °C 20°C, kiedy ta substancja to

  1. woda;
  2. beton;
  3. stal;
  4. rtęć.
62.

Pocierając dłonią o dłoń, rozgrzewasz się w wyniku zamiany pracy w energię cieplną. Pewna kobieta, aby ogrzać sobie ręce, wykonuje łącznie 20 potarć ręką o rękę, za każdym potarciem przemieszczając dłonie o 7,5 cm 7,5cm. Siła tarcia pomiędzy dłońmi wynosi 40 N 40N. Ile wyniesie wzrost temperatury powierzchni dłoni? Masa ogrzanych tkanek wynosi 0,1 kg 0,1kg.

63.

Lity blok pewnej substancji o masie 0,25 kg 0,25kg podgrzano od temperatury 20 °C 20°C do 65 °C 65°C w wyniku dostarczenia 4,35 kJ 4,35kJ energii. Oblicz ciepło właściwe tej substancji i na tej podstawie zidentyfikuj ją.

64.

Taką samą ilość ciepła dostarczono do różnych ilości wody i miedzi, co spowodowało identyczną zmianę temperatury obydwu substancji. Oblicz, jaki musi być stosunek masy miedzi do wody, by otrzymać taki rezultat.

65.
  1. Liczbę kilokalorii w pożywieniu mierzy się za pomocą kalorymetru poprzez spalenie pokarmu i pomiar ilości ciepła wytworzonego w ten sposób. Ile kilokalorii zawiera 5 g 5g orzeszków ziemnych, jeżeli ciepło po jego spaleniu podgrzewa 0,5 kg 0,5kg wody i aluminiowy kubek o masie 0,1 kg 0,1kg do temperatury 54,9 °C 54,9°C? Załóż, że proces ten odbywa się w kalorymetrze, czyli w idealnie odizolowanym od otoczenia pojemniku;
  2. Porównaj swoją odpowiedź z następującą informacją znajdującą się na opakowaniu prażonych orzeszków ziemnych: porcja 33 g 33g zawiera 200 kalorii. Czy otrzymany wynik zgadza się z oznaczeniem na opakowaniu?
66.

Po intensywnych ćwiczeniach fizycznych temperatura ciała człowieka o masie 80 kg 80kg wynosi 40 °C 40°C. Ile wynosi moc (w watach), z jaką człowiek ten musi obniżyć temperaturę swojego ciała do 37 °C 37°C w ciągu 30 minut, zakładając, że ciało ciągle produkuje energię z szybkością odpowiadającą 150 W 150W?

67.

W badaniu zdrowych młodych mężczyzn7 stwierdzono, że wykonywanie 20 pompek na minutę spala ilość energii, odpowiadającą 8,06 kcal 8,06kcal dla 70-kilogramowego mężczyzny. O ile wzrośnie temperatura jego ciała przy założeniu, że przy wykonywaniu tych ćwiczeń jego ciało nie odda żadnego ciepła do otoczenia?

68.

Próbka wody o masie 1,28 kg 1,28kg i w temperaturze 10 °C 10°C znajduje się w kalorymetrze. Wrzucamy do niej kawałek stali o masie 0,385 kg 0,385kg podgrzany do temperatury 215 °C 215°C. Ile wyniesie końcowa temperatura równowagi po ustaniu wrzenia i skraplania? Załóż, że cała odparowana woda ponownie ulegnie skropleniu, a proces wrzenia i skraplania nie wpłynie na wartość końcowej temperatury. Jak dowiemy się w kolejnym dziale, to założenie jest słuszne.

69.

Powtórz poprzednie zadanie, zakładając, że woda znajduje się w szklanej zlewce o masie 0,2 kg 0,2kg, a całość umieszczona jest w kalorymetrze. Zlewka na początku znajduje się w takiej samej temperaturze jak woda. Zanim dokonasz obliczeń, zastanów się, czy wynik będzie wyższy, czy niższy niż w poprzednim zadaniu. Czy obecność zlewki spowoduje dużą różnicę temperatury równowagi (porównaj masy i ciepła właściwe szkła i wody)?

1.5 Przemiany fazowe

70.

Ile ciepła (w kcal kcal) należy dostarczyć do paczki o masie 0,45 kg 0,45kg zawierającej mrożone warzywa, aby je rozmrozić? Zamrożone warzywa mają temperaturę 0 °C 0°C, a ich ciepło topnienia wynosi tyle samo co ciepło topnienia wody.

71.

Torebka z lodem o temperaturze 0 °C 0°C znacznie efektywniej pochłania energię niż torebka zawierająca taką samą ilość wody w temperaturze 0 °C 0°C.

  1. Ile ciepła musi być dostarczone do 0,8 kg 0,8kg wody, aby podnieść jej temperaturę z 0 °C 0°C do 30 °C 30°C?
  2. Ile należy dostarczyć ciepła, aby najpierw stopić 0,8 kg 0,8kg lodu o temperaturze 0 °C 0°C, a następnie podnieść temperaturę wody ze stopionego lodu?
  3. Wyjaśnij, jak twoja odpowiedź popiera stwierdzenie, że lód efektywniej niż woda pobiera ciepło.
72.
  1. Ile ciepła musi być dostarczone do układu, aby temperatura aluminiowego tygla o masie 0,75 kg 0,75kg zawierającego 2,5 kg 2,5kg wody wzrosła z 30 °C 30°C do temperatury wrzenia wody, a potem by odparować 0,75 kg 0,75kg wody?
  2. Ile czasu to zajmie, jeśli moc grzania wynosi 500 W 500W?
73.

Skraplanie pary wodnej pojawiające się na szklance z mrożoną wodą przyspiesza topnienie lodu w szklance wody. Jeśli 8 g 8g wody skropli się na szklance zawierającej wodę i 200 g 200g lodu, to ile gramów lodu stopi się w wyniku tego procesu? Załóż, że żadna inna wymiana ciepła nie zachodzi. Użyj c par c par dla wody w temperaturze 37 °C 37°C jako lepszego przybliżenia, niż c par c par dla wody w 100 °C 100°C.

74.

Na wycieczce zauważasz, że torba z lodem o masie 3,5 kg 3,5kg wytrzymuje w chłodziarce średnio jeden dzień. Ile wynosi średnia moc (w watach) dostarczana do lodu włożonego do chłodziarki w temperaturze 0 °C 0°C, a stopionego całkowicie po jednym dniu i mającego temperaturę także 0 °C 0°C?

75.

Pewnego suchego i słonecznego dnia temperatura w basenie wzrosłaby o 1,5 °C 1,5°C, gdyby nie było zjawiska parowania. Jaka część wody musi wyparować, aby temperatura wody w basenie nie wzrosła?

76.
  1. Ile ciepła (w tym także potrzebnego do zmiany fazy) należy dostarczyć kawałkowi lodu o masie 0,2 kg 0,2kg, aby podnieść jego temperaturę z 20 °C 20°C do 130 °C 130°C?
  2. Ile czasu zajmie każdy etap, jeśli założymy stałą moc dostarczania energii cieplnej wynoszącą 20 kJ s 20 kJ s ?
  3. Narysuj wykres temperatury w funkcji czasu dla takiego procesu.
77.

W 1986 roku ogromna góra lodowa oderwała się od szelfu Ross Ice w Antarktyce. Był to w przybliżeniu prostopadłościan o wymiarach 160 km 160km długości, 40 km 40km szerokości i 250 m 250m grubości.

  1. Ile wynosiła masa tej góry przy założeniu, że gęstość lodu jest równa 917 kg m 3 917 kg m 3 ?
  2. Ile ciepła (w dżulach) potrzeba, aby stopić taką górę?
  3. Ile lat zajęłoby stopienie takiej góry lodowej przez Słońce, jeśli lód pochłania średnio 100 W m 2 100 W m 2 , 12 h 12h na dzień?
78.

Ile gramów kawy musi wyparować z 350 g 350g kawy w szklance o masie 100 g 100g, aby kawa i szklanka ochłodziły się z 95 °C 95°C do 45 °C 45°C? Załóż, że kawa posiada takie same właściwości cieplne co woda oraz że średnie ciepło parowania wynosi 2340 kJ kg 2340 kJ kg ( 560 kcal g 560 kcal g ). Pomiń straty ciepła mogące powstać w wyniku innych procesów niż parowanie, jak również zmianę masy kawy podczas ochładzania. Czy przyjęcie tych dwóch założeń powoduje, że ilość wyparowanej kawy będzie większa, czy mniejsza od prawdziwej?

79.
  1. Trudno ugasić ogień na tankowcu, ponieważ każdy litr ropy naftowej wydziela 2,8 10 7 J 2,8 10 7 J energii podczas spalania. Aby zilustrować tę sytuację, oblicz, ile litrów wody musi być użytych, aby wchłonąć energię wydzieloną przez spalenie 1 l 1l ropy naftowej, jeśli temperatura wody podnosi się z 20 °C 20°C do 100 °C 100°C, wrze, a temperatura powstałej pary podnosi się do 300 °C 300°C przy stałym ciśnieniu;
  2. Omów dodatkowe komplikacje wynikające z faktu, że ropa naftowa jest mniej gęsta niż woda.
80.

Energia wydzielana przez kondensację (skraplanie) podczas burzy może być bardzo duża. Oblicz, ile energii jest wydzielane do atmosfery podczas małej burzy o promieniu 1 km 1km przy założeniu, że w obszarze burzy spadł 1 cm 1cm deszczu.

81.

Aby zapobiec zniszczeniu owoców przez przymrozki, nad drzewami owocowymi rozpylono 4 kg 4kg wody w temperaturze 0 °C 0°C.

  1. Ile ciepła zostanie wydzielonego podczas zamarzania wody?
  2. O ile spadłaby temperatura drzewa o masie 200 kg 200kg, jeśli taką ilość ciepła oddałoby to drzewo? Użyj ciepła właściwego równego 3,35kJkg°C3,35kJkg°C \SI{3,35}{\kilo\joule\per\kilo\gram\per\celsius} oraz załóż, że żadna zmiana fazy nie wystąpiła w objętości drzewa.
82.

Aluminiową miskę o wadze 0,25 kg 0,25kg razem z 0,8 kg 0,8kg zupy o temperaturze 25 °C 25°C włożono do zamrażarki. Jaka będzie końcowa temperatura, jeśli 388 kJ 388kJ energii zostało odprowadzone z miski z zupą przy założeniu, że właściwości cieplne zupy są takie same jak wody?

83.

Kostka lodu o masie 0,05 kg 0,05kg mająca 30 °C 30°C została umieszczona w 0,4 kg 0,4kg wody o temperaturze 35 °C 35°C w bardzo dobrze izolowanym pojemniku. Jaka będzie końcowa temperatura wewnątrz pojemnika?

84.

Jeśli wylejesz 0,01 kg 0,01kg wody o temperaturze 20 °C 20°C na blok lodowy o masie 1,2 kg 1,2kg (który początkowo ma temperaturę 15 °C 15°C), to jaka będzie końcowa temperatura tego układu? Możesz przyjąć założenie, że woda ochładza się tak szybko, że wpływ otoczenia jest pomijalny.

85.

Ludy tubylcze gotują jedzenie w szczelnych koszach, w których umieszczają gorący kamień. Wodę umieszczoną w takim naczyniu doprowadzają do wrzenia. Jaką masę musi mieć granitowy kamień o temperaturze 500 °C 500°C, by umieszczony w 4 kg 4kg wody o temperaturze 15 °C 15°C podniósł jej temperaturę do 100 °C 100°C, jeśli 0,025 kg 0,025kg wody znika na samym początku procesu gotowania przez odparowanie w zetknięciu wody z kamieniem? Pomiń wpływ otoczenia.

86.

Jaka byłaby końcowa temperatura patelni i wody z Przykładu 1.7, jeśli 0,26 kg 0,26kg wody zostałoby wlane do patelni i 0,01 kg 0,01kg wody wyparowałoby natychmiast, a pozostała woda osiągnęłaby po pewnym czasie równowagę termiczną z patelnią i miałaby z nią taką samą temperaturę?

1.6 Mechanizmy przekazywania ciepła

87.
  1. Oblicz szybkość przewodzenia ciepła przez ściany domu o grubości 13cm13cm mające przewodność cieplną dwa razy większą niż szklane włókno. Załóż, że nie ma na nich żadnych okien i drzwi. Pole powierzchni ścian wynosi 120m2120m2. Ich wewnętrzna strona ma temperaturę 18°C18°C, a zewnętrzna 5°C5°C;
  2. Ile pokojowych grzejników o mocy 1kW1kW każdy byłoby potrzebnych, aby zrównoważyć ciepło oddawane przez przewodnictwo?
88.

Szybkość przewodzenia ciepła przez okno w zimowy dzień jest wystarczająco duża, aby schłodzić powietrze obok szyb. Aby zobaczyć, jak szybko okna przekazują ciepło przez przewodzenie, oblicz szybkość przewodzenia w watach przez okno o powierzczni 3m23m2 oraz grubości 0,634cm0,634cm, jeśli temperatury wewnątrz i na zewnątrz domu wynoszą 5°C5°C i 10°C10°C (taka szybkość nie będzie utrzymywana cały czas – wewnętrzna powierzchnia okien będzie się ochładzać, nawet do momentu powstania szronu).

89.

Oblicz szybkość przewodzenia ciepła z organizmu człowieka, zakładając, że temperatura wewnątrz ciała wynosi 37°C37°C, a temperatura skóry 34°C34°C, grubość tkanki tłuszczowej jest równa średnio 1cm1cm, a pole powierzchni ciała wynosi 1,4m21,4m2.

90.

Wyobraź sobie, że jedną stopą stoisz na ceramicznych płytkach podłogowych, a drugą na wełnianym dywaniku. Pole powierzchni kontaktu każdej stopy z podłożem wynosi 80cm280cm2. Zarówno płytka, jak i dywan mają grubość 2cm2cm, a ich temperatura wynosi 10°C10°C z każdej strony. Z jaką szybkością musi przepływać ciepło z każdej stopy, aby utrzymać górną powierzchnię płytki i dywanika w temperaturze 33°C33°C?

91.

Pewien człowiek spożył 3000kcal3000kcal w ciągu dnia, przekształcając większość z tego na energię cieplną, aby utrzymać swoją temperaturę ciała. Jeśli stracił połowę tej energii na odparowanie wody (przez oddychanie i pocenie), to ile kilogramów wody wyparowało?

92.

Pewien człowiek jest w stanie przebiec po rozżarzonych węglach i się nie poparzyć. Oblicz ciepło przekazywane na drodze przewodnictwa do spodniej strony jego stóp o grubości naskórka 3mm3mm i przewodności cieplnej rozżarzonych węgli jak dla drewna z najniższego zakresu, o gęstości 300kgm3300kgm3. Pole powierzchni kontaktu to 25cm225cm2, temperatura węgli wynosi 700°C700°C, a czas kontaktu stopy z węglem to 1s1s. Pomiń odparowywanie potu.

93.
  1. Jaka jest szybkość przewodzenia ciepła przez futro dużego zwierzęcia mające grubość 3cm3cm i powierzchnię 1,4m21,4m2? Załóż, że temperatura skóry tego zwierzęcia wynosi 32°C32°C, a temperatura powietrza 5°C5°C. Przyjmij, że futro ma taką samą przewodność cieplną jak powietrze;
  2. Jaką wartość energetyczną musi dostarczyć mu pokarm w ciągu jednego dnia, aby uzupełnić te straty ciepła?
94.

Mors arktyczny pływający w wodach oceanu o temperaturze 1°C1°C przekazuje energię na drodze przewodnictwa poprzez swoją tkankę tłuszczową z szybkością 150W150W. Wewnętrzna temperatura morsa wynosi 37°C37°C, a jego powierzchnia 2m22m2. Ile wynosi średnia grubość tkanki tłuszczowej, której przewodność równa jest przewodności cieplnej tkanki tłuszczowej bez krwi?

95.

Porównaj szybkości przewodnictwa cieplnego przez ścianę o grubości 13m13m, powierzchni 10m210m2 i przewodności cieplnej dwa razy większej niż włókna szklanego i przez okno grubości 0,75cm0,75cm i o powierzchni 2m22m2, zakładając tę samą różnicę temperatur dla okna i ściany.

96.

Załóż, że osoba jest przykryta od stóp po głowę wełnianym kocem o średniej grubości 2cm2cm, który przekazuje energię przez przewodzenie z szybkością (mocą) 50W50W. Jaka jest różnica temperatur występująca po obu stronach koca, jeśli przyjmiesz jego powierzchnię 1,4m21,4m2?

97.

Niektóre blaty kuchenne są wykonane z gładkiej ceramiki, co ułatwia ich czyszczenie. Jeśli ceramika ma grubość 0,6cm0,6cm, przewodzenie ciepła odbywa się przez ten sam obszar i w takim samym tempie, jak zostało to obliczone w Przykładzie 1.11, to jaka jest różnica temperatury w poprzek blatu? Ceramika ma taką samą przewodność cieplną jak szkło lub cegła.

98.

Jednym z łatwych sposobów zmniejszenia kosztów ogrzewania (i chłodzenia) jest dodanie dodatkowej izolacji na poddaszu domu. Załóż, że dom z jedną kondygnacją miał już 15cm15cm izolacji z włókna szklanego na poddaszu i na wszystkich powierzchniach zewnętrznych. Jeśli na poddaszu dodano dodatkowe 8cm8cm włókna szklanego, to o ile procent spadną koszty ogrzewania domu? Przyjmij następujące wymiary domu: 10m×15m×3m10m×15m×3m. Zignoruj infiltrację powietrza i straty ciepła na oknach i drzwiach. Załóż, że wewnątrz i na zewnątrz domu temperatura jest jednorodna.

99.

Zarówno w świecie biznesu, jak i w życiu codziennym decyzje finansowe podejmowane są na podstawie długości okresu zwrotu inwestycji – czasu, po którym oszczędności zrównają się z poniesionym kosztem inwestycyjnym. Akceptowalny okres zwrotu zależy od naszych oczekiwań, ale zwykle liczony jest w latach. Zdecydowałeś się zamontować dodatkową izolację z poprzedniego zadania. Oblicz okres zwrotu kosztów ocieplenia, jeżeli koszt energii to 55 za milion dżuli, a koszt izolacji to 2020 za metr kwadratowy. Załóż, że średnie ΔTΔT w 120-dniowym sezonie grzewczym wynosi 15°C15°C.

Przypisy

  • 7J.W. Vezina, An examination of the differences between two methods of estimating energy expenditure in resistance training activities, Journal of Strength and Conditioning Research, April 28, 2014, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24402448.
Cytowanie i udostępnianie

Chcesz zacytować, udostępnić albo zmodyfikować treść tej książki? Została ona wydana na licencji Creative Commons Attribution License , która wymaga od Ciebie uznania autorstwa OpenStax.

Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym, na każdym widoku strony umieść informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
Cytowanie

© 2 mar 2022 OpenStax. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Creative Commons Attribution License . Nazwa OpenStax, logo OpenStax, okładki OpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.