Zjawiska cieplne — szkoła podstawowa

Najważniejsze wzory

$$\Delta T = T_2 – T_1$$

$$Q = m c \Delta T$$

$$Q = m L$$

$$C = m c$$

$$\Delta L = \alpha L_0 \Delta T$$

$$\Delta V = \beta V_0 \Delta T$$

(gdzie $\beta\approx3\alpha$ — uwaga: zapis uproszczony na poziomie SP)

—

Krótkie wyjaśnienia (zwięźle)

* $Q$ — ciepło (J).

* $m$ — masa (kg).

* $c$ — ciepło właściwe (J/(kg·K)).

* $L$ — ciepło topnienia/parowania (J/kg).

* $\alpha$ — współczynnik rozszerzalności liniowej (1/K).

* Przekazywanie ciepła: przewodzenie, konwekcja, promieniowanie (opis słowny).

—

40 zadań (poziom SP, mieszane typy — obliczeniowe, opisowe, doświadczalne)

• Woda ogrzewa się z $20^\circ\mathrm{C}$ do $80^\circ\mathrm{C}$. Oblicz $\Delta T$.
• Oblicz $Q$ dla $2\ \mathrm{kg}$ wody od $10^\circ$C do $60^\circ$C (przyjmij $c=4200$).
• Ile ciepła potrzeba, by ogrzać $0{,}5\ \mathrm{kg}$ aluminium ($c=900$) o $50^\circ$C?
• Ile ciepła odda $0{,}2\ \mathrm{kg}$ wody stygnącej z $90^\circ$C do $40^\circ$C?
• Masa lodu $0{,}1\ \mathrm{kg}$ topnieje w $0^\circ$C. Oblicz $Q$ (przyjmij $L=334000$).
• Ile ciepła trzeba na odparowanie $0{,}25\ \mathrm{kg}$ wody w $100^\circ$C (przyjmij $L_v=2{,}26\cdot10^6$)?
• Pręt stalowy $L_0=1{,}0\ \mathrm{m}$, $\alpha=1{,}2\cdot10^{-5}\ \mathrm{K^{-1}}$, $\Delta T=50$. Oblicz $\Delta L$.
• Oblicz pojemność cieplną $0{,}75\ \mathrm{kg}$ wody.
• Do wody o temperaturze $20^\circ$C wrzucono $0{,}1\ \mathrm{kg}$ lodu $0^\circ$C. Ile lodu stopi się przy braku strat?
• Woda $0{,}5\ \mathrm{kg}$ ogrzana o $40^\circ$C — ile J przypada na $1^\circ$C?
• Wymień trzy sposoby przekazywania ciepła i krótko opisz.
• Dlaczego metalowa łyżka nagrzewa się szybciej niż plastikowa?
• Dlaczego woda paruje też w temperaturze pokojowej?
• Wyjaśnij, dlaczego pot chłodzi ciało.
• Co oznacza duże $c$ dla danej substancji?
• Dlaczego lód unosi się na wodzie?
• Po co podwójne szyby w oknach?
• Co dzieje się z długością drutu przy ogrzewaniu?
• Jak działa termos (krótko — trzy mechanizmy izolacji)?
• Co to jest równowaga cieplna?
• Zaproponuj proste doświadczenie pokazujące przewodzenie ciepła (lista materiałów i pomiarów).
• Jak wyznaczyć $c$ wody przy użyciu czajnika i termometru (schemat i równanie)?
• Doświadczenie: rozszerzalność liniowa metalu — co mierzyć i jak obliczyć $\alpha$?
• Jak pokazać konwekcję w płynie (prosty układ)?
• Jak porównać przewodność cieplną różnych materiałów (pomiar czasu nagrzewania końcówki)?
• Jak zaobserwować parowanie w temperaturze pokojowej (co mierzyć)?
• Jak zmierzyć wpływ wiatru na szybkość chłodzenia kubka z gorącą wodą?
• Jak pokazać rozszerzalność powietrza przy ogrzewaniu (prosty eksperyment)?
• Jak pokazać, że ciecze tworzą prądy konwekcyjne?
• Jak zmierzyć przyrost objętości cieczy przy ogrzewaniu (co i jak zapisać)?
• Dlaczego mosty mają szczeliny dylatacyjne?
• Dlaczego butelki z wodą napełnia się mniej w zimie?
• Dlaczego lód topnieje szybciej na metalowej tacy niż na drewnianej?
• Dlaczego czajnik ma plastikową rączkę?
• Czemu silnik samochodu potrzebuje chłodzenia?
• Dlaczego w górach wrzenie zachodzi przy innej temperaturze (opis)?
• Jak izolować ściany domu — wymień podstawowe zasady?
• Dlaczego niektóre ubrania lepiej chronią przed zimnem?
• Dlaczego ogrzewane powietrze unosi się?
• Co powoduje pękanie asfaltu przy dużych upałach?