Vnútorná energia
1. Čo je vnútorná energia sústavy a ako sa dá zmeniť?
Riešenie:
Termodynamická sústava je súbor mikroskopických aj makroskopických objektov tvoriacich celok, ktoré si môžu navzájom alebo s okolím vymieňať energiu. Celková energia sústavy je súčet celkovej kinetickej energie neusporiadane sa pohybujúcich častíc a celkovej potenciálnej energie vzájomnej polohy týchto častíc.
U = Ek + EP
Prvý termodynamický zákon:
Zmena vnútornej energie sústavy ΔU sa rovná súčtu práce W vykonanej okolitými telesami, ktoré pôsobia na sústavu silami a tepla Q odovzdaného okolitými telesami sústave.
ΔU = W + Q
- a.) Sústava energiu (prácu, teplo) prijíma : W > 0, Q > 0
- b.) Sústava energiu (prácu, teplo) odovzdáva: W < 0, Q < 0
2.Anglický fyzik J. P. Joule (1818 – 1889) sa pokúsil určiť mernú tepelnú kapacitu vody. Pri svojom pokuse použil dve závažia, každé o hmotnosti 14 kg a nechal ich klesať12 krát za sebou z výšky 2 m do nádoby s vodou. V nádobe bola voda s hmotnosťou 6,7 kg. Pri pokuse sa teplota vody zvýšila o 0,24 K. Akú hodnotu mernej tepelnej kapacity vody zistil?
Riešenie:
Rozbor:
2.m1 = 28 kg, Ep =2.m1.g.h = 28kg.10m.s-2.2m = 560 J,
Ek = 12.Ep = 12.560J = 6720 J, m2 = 6,7kg, Δt = 0,24 K
Merná tepelná kapacita vody c(H2O) = 4180 J.kg-1.K-1
3.Zamyslite sa nad krátkym testom: Ak platí T(K) = t(oC) + 273,15, potom ktorý z výrokov platí?
1) Teplota 0oC je
A) –100oK B) 0oK C) 273,15 K
2) Teplota -273,15 je
A) teplota tuhnutia hélia B) absolútna nula C) nezmysel
3) Teplota 185,2 oC je
A) –85,2 K B) 458,35 K C) 358,35 K
4) Teplota 0 K je
A) nezmysel B) –273,15oC C) 273,150oC
5) Žiak tvrdil „Teplota vody sa zvýšila o 20oK.“ V skutočnosti sa zvýšila
A) o 20oC B) o 293,15oC C) o 253,15oC
6) Teplota –1273,15oC je
A) teplota tuhnutia vodíka B) nezmysel C) 73,15K
7) Teplota 290 K je
A) teplota zdravého človeka B) 290oC C) 16,85oC
8) Teplota 373,15K je
A) teplota varu vody, B) nezmysel C ) 0oC
Riešenie:
1C, 2B, 3B, 4B, 5A, 6B, 7C, 8A
4.Oceľová tyč má tepelnú kapacitu C = 1,5.103J.K-1. Ako sa zmení jej teplota, ak
- a) prijme teplo Q1= 25.103J
- b) odovzdá teplo Q2 = 0,45.106J
5.Vypočítajte za aký čas sa ohreje ponorným varičom voda z 15oC na teplotu varu vody, ak objem vody je 150 cm3. Príkon variča je 500 W a jeho účinnosť 95%. c(H2O) = 4180 .kg-1.K-1.
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia6.Do vody s hmotnosťou 2,5 kg a teplotou 15oC bol vložený oceľový valček s hmotnosťou 0,9 kg s teplotou 300oC. Aké bude výsledná teplota vody a valčeka po dosiahnutí rovnovážneho stavu.
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
7.Päť oceľových platní s celkovou hmotnosťou 7 kg bolo zohriatychn a 910oC a ponorených do oleja s teplotou 10oC. Koľko litrov oleja musíme použiť do kaliaceho kúpeľa, aby sa teplota kúpeľa ustálila na teplote 190oC.
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
8.V nádobe je 0,42 kg vody teploty 20oC. Ak prilejeme do nádoby ešte 0,9 kg vody s teplotou 70oC zistíme, že výsledná teplota po dosiahnutí rovnovážneho stavu je 50oC. Aká je tepelná kapacita nádoby ?
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
9.Do nádoby C = 2 J.K-1bola naliata voda s hmotnosťou 0,4 kg a teploty 17oC. Do nádoby bol vložený valček z neznámeho materiálu o hmotnosti 0,124 kg a teploty 64oC. Teplota sústavy sa vyrovnala na 19oC. Z akého materiálu je valček? Použite tabuľky!
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
10.Pri zmiešaní 20 litrov vody 12oC teplej so 40 litrami vody 80oC teplej, uniklo do vzduchu 420 kJ tepla. Určite výslednú teplotu vody!
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
11.Teleso s hmotnosťou 1kg kĺže po naklonenej rovine dlhej 21m, so sklonom 300. Rýchlosť, ktorou teleso opúšťa naklonenú rovinu je 4,1m.s-1, Určite celkovú zmenu vnútornej energie a naklonenej roviny.
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
12.Voda s hmotnosťou 1kg sa zohriala z teploty 00C na 1000C a prijala pri tom určité teplo. Porovnajte toto teplo s
b.) kinetickou energiou tohto telesa pri rýchlosti 100m.s-1.
13.Aké teplo prijme olej (c = 1,7.103J.kg-1K-1) s objemom 2l a hustotou 910 kg.m-3 pri ohriati z 200C na 650C.
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
14. Pri sústružení sa obrábací nôž aj súčiastka zohrievajú, preto sa musia chladiť chladiacou kvapalinou. Tepelný výkon kvapaliny je 50kJ.min-1. Koľko litrov chladiacej kvapaliny treba na jednu hodinu sústruženia, ak hustota kvapaliny je 980 kg.m-3, počiatočná teplota 200C , konečná 600C a c = 3,9 kJ.kg-1K-1
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
15.Olovená strela letiaca rýchlosťou 100 m.s-1dopadla na nehybnú drevenú dosku a uviazla v nej. Určite prírastok teploty strely, ak 50% jej kinetickej energie sa po náraze na drevo zmení na jej vnútornú energiu. ( c(Pb)= 129 J.kg-1.K-1)
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
16.Automobil má štvorvalcový motor s výkonom P = 52 kW. Určite účinnosť motora , ak pri rýchlosti v = 120 km.h-1spotrebuje na dráhe 100 km 15 litrov benzínu.
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
17. Určite hmotnosť strelného prachu potrebného na to, aby strela s hmotnosťou 50 g pri zvislom výstrele z pušky dosiahla výšku 2 km. Účinnosť je 15%, výhrevnosť 2,94 MJ.kg-1. (Odpor vzduchu zanedbať)
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
18.V zvislom valci je pohyblivým piestom s hmotnosťou 1,5 kg uzatvorený plyn. Plyn prijal od okolia teplo 13 J a súčasne zdvihol piest o 20 cm. Ako sa zmenila jeho vnútorná energia?
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
19.V železnej nádobe (cFe = 452 J.kg-1K-1) s hmotnosťou 0,1kg je voda (cH2O = 4180 J.kg-1.K-1) s hmotnosťou 0,5kg a teplotou 150C. Do nádoby bolo vložené hliníkové (cAl = 896 J.kg-1.K-1) a olovené (cPb = 129 J.kg-1K-1) teleso s celkovou hmotnosťou 0,15kg a teplotou 1000C. Po dosiahnutí rovnovážneho stavu sa teplota vody zvýšila na 170C. Určite hmotnosť hliníkového (x) a hmotnosť oloveného (y) telesa.
Prihláste sa pre zobrazenie riešenia
