Fizika 2 - Aktivnosti za samostalno učenje

Na početku...

Ova jedinica namijenjena ja za rad tijekom jednoga školskog sata. Namijenjena ja samostalnom radu kako bi se ostvarili ishodi koji su u njoj navedeni. Jedinica sadrži pet zadataka s postupkom rješavanja, koji se odnose na primjere iz svakodnevnog života, interaktivni kviz, kutak za znatiželjne i zanimljiv projekt.

Zadatci

Kolekcija zadataka 1

Zadatak 1.

Kolika je unutarnja energija $4$ mola idealnog jednoatomnog plina pri temperaturi $27 ° C ?$

$U = \frac{3}{2} n R T = 1,5 \cdot 10^{4} J$

Zadatak 2.

U kalorimetru toplinskog kapaciteta $400 J/K$ nalazi se $8 dl$ vode temperature $18 ° C .$ U kalorimetar se ubaci komad metala mase $0,1 kg$ i temperature $100 ° C .$ Odredite specifični toplinski kapacitetet tog metala ako nakon postizanja termičke ravnoteže temperatura u kalorimetru iznosi $20 ° C .$

Specifični toplinski kapacitet vode iznosi $4 200 J/kgK .$

Pri rješavanju ovog zadatka potrebno je primijeniti Richmannovo pravilo. Ponovite jedinicu 2.1 i prisjetite se jednadžbe:

$m_{1} c_{1} (T - T_{1}) = m_{2} c_{2} (T_{2} - T),$

pri čemu je:

$m_{1}$ - masa hladnijeg sustava

$m_{2}$ - masa toplijeg sustava

$c_{1}$ - specifični toplinski kapacitet hladnijeg sustava

$c_{2}$ - specifični toplinski kapacitet toplijeg sustava

$T_{1}$ - termodinamička temperatura hladnijeg sustava

$T_{2}$ - termodinamička temperatura toplijeg sustava

$T$ - termodinamička temperatura smjese

Specifični toplinski kapacitet metala iznosi $840 J/kgK .$

Zadatak 3.

Metalna kuglica čiji specifični toplinski kapacitet iznosi $460 J/kgK$ puštena je bez početne brzine s visine od $200 m$ od tla. Odredite za koliko će se povećati temperatura kuglici pri udaru o tlo ako $20 %$ njezine mehaničke energije prijeđe u toplinsku.

Za rješavanje ovog zadatke prisjetite se formule za toplinu iz jedinice 2.1: $Q = m c Δ T$ i zakona očuvanja energije.

Temperatura kuglice porast će za $0,9^{\circ} C .$

Zadatak 4.

Plin u zatvorenoj posudi primi toplinu količine $400 J,$ pri čemu obavi rad u iznosu od $100 J .$ Odredite za koliko se promijeni unutarnja energija tom plinu.

Kako biste riješili ovaj zadatak, potrebno je primijeniti prvi zakon termodinamike: $Q = Δ U + W$ . Pritom je vrlo važno držati se dogovora o predznacima!

Promjena unutarne energije plina iznosi $300 J$ .

Zatvori

Povezani sadržaji

O ovoj temi više pročitajte u jedinici 2.5. Prvi zakon termodinamike.

Zadatak 5.

Toplinski stroj tijekom jednog kružnog procesa obavi rad koji je za $300 kJ$ manji od količine topline koja mu je dovedena. Koliki rad obavi toplinski stroj ako njegova korisnost iznosi $0,2 ?$

Kako biste točno riješili ovaj zadatak, ponovite jedinicu 2.7. Toplinski stroj.

Toplinski će stroj obaviti rad od $75 kJ .$

Kutak za znatiželjne

Zrak početnog volumena $50 L$ adijabatski se komprimira na volumen koji je pet puta manji od početnog. Jednaki volumen zraka može se i izotermno komprimirati. Koliki je omjer radova plina tih dvaju procesa ako je adijabatski koeficijent $1,4 ?$

Kako biste riješili ovaj zadatak, ponovite jedinicu 2.4. Promjena unutarnje energije radom.

Rad pri izotermnim procesima računa se ovom formulom: $W = n R T \cdot \ln \frac{V_{2}}{V_{1}},$ a rad pri adijabatskim procesima ovom: $W = \frac{n R}{κ - 1} \cdot (T_{2} - T_{1}),$ pri čemu je $κ$ veličina koja se naziva adijabatski koeficijent i uvijek je veća od $1 .$

Omjer rada adijabatske kompresije i izotermne kompresije iznosi $1,4 .$

Kviz

Na blok dijagramu shema je rada toplinskog stroja sa svojim glavnim dijelovima.

Fizikalne veličine označene na blok dijagramu jesu sljedeće:

$Q_{1}$ je
$Q_{2}$ je
$T_{1}$ je
$T_{2}$ je
$W$

null

Projekt

Originalno, legendarno, kompaktno Esbit® sklopivo kuhalo na kruto gorivo izrađeno je od elektrolitički pocinčanog čelika.

Nezaobilazni je dio izletničke i planinarske opreme. Kuhalo dolazi u paketu sa $6$ komada Esbit® tableta. Eksperimentalno treba odrediti učinkovitost esbit goriva (tablete) pri zagrijavanju vode. Osim toga, treba utvrditi koje veličine uvjetuju učinkovitost kuhala. Tableta sagorijeva oko $10$ minuta na temperaturi oko $700^{\circ} C,$ što je dovoljno da si podgrijete hranu ili skuhate čaj, kavu, a $0,6$ litara vode zavri za otprilike $7$ minuta. Masa jedne tablete iznosi $14$ grama, a specifična je toplina izgaranja tablete $28 kJ/g .$

...i na kraju

Svaki zadatak naveden u ovoj jedinici ima i postupak rješavanja. Ako niste uspjeli riještiti zadatak, proučite postupak rješavanja ili ponovite jedinicu na koju se zadatak odnosi. Točnost rješavanja kvizova možete provjeriti pomoću jednog klika, a pokus se preporučuje izvesti u školskom laboratoriju. O rezultatima pokusa možete napraviti i kratko izvješće koje možete prezentirati pred razredom.

Svoje znanje provjerite u procjeni znanja na razini cijelog modula.