Zagadnienia do egzaminu

1. Energia
1) Wykorzystuje pojęcie energii mechanicznej i wymienia różne jej formy
Jeśli układ ciał jest zdolny do wykonania pracy to mówimy, że posiada on energię
mechaniczną. Jednostką enegii jest 1dżul (J).W przypadku artykułów spożywczych energię
wyraża się często w kaloriach 1 cal = 4,19 J.
Sumę energii potencjalnej i kinetycznej nazywamy energią mechaniczną.
Energia potencjalna ciężkości - energia związana z położeniem ciała na określonej wysokości
względem wybranego poziomu.
Ep= m  g  h
m - masa, h - wysokość , g- przyspieszenie ziemskie
Energia kinetyczna to energia związana z ruchem ciała.
m V 2
Ek =
m - masa, V - prędkość
2
a) Na jaką wysokość wzniesie się się ciało podrzucone do góry z prędkością 5m/s. Masa ciała
wynosi 2kg.
b) Oblicz energię potencjalną ciała o masie 30kg , umieszczonego na wysokości 4m nad
poziomem uznanym za zerowy.
c) Samochód o masie 100 kg porusza się z prędkością 72 km/h. Oblicz jego energie
kinetyczną.
d) Oblicz, jaką energię kinetyczną musi uzyskać skoczek o tyczce, aby wznieść się na
wysokość 6m. Przyjmij, że masa skoczka wynosi 70kg.
2) Posługuje się pojęciem pracy i mocy
W fizyce o pracy mówimy wtedy, gdy siła powoduje przemieszczenie ciała lub jego
odkształcenie i gdy kierunki siły i przemieszczenia ciała nie są do siebie prostopadłe.
Gdy ciało przemieszcza się po linii prostej, pracą nazywamy iloczyn wartości siły
działającej na ciało i przebytej drogi: W = F s . Jednostką pracy jest dżul ( 1J = 1N 1m)
Siła o kierunku prostopadłym do kierunku przemieszczenia nie wykonuje pracy.
Wykres F(s) jest linią prostą równoległą do osi drogi. Wykonana praca jest liczbowo równa
polu powierzchni pod wykresem
Mocą nazywamy iloraz pracy i czasu, w którym została ona wykonana
W F s
 F V
P=
=
( 1W=1J/1s)
t
t
Moc informuje nas o tym, jak szybko została wykonana praca.
a) Oblicz pracę, jaką wykona dźwig, który ruchem jednostajnym podnosi cegły o masie
1000kg na wysokość h=20m, a następnie przesuwa je poziomo na odległość s=10m. Wartość
g=10m/s2.
b) Koń ciągnął wóz działając siłą o wartości 480N i w czasie 10 minut przebył drogę 0,5 km.
Oblicz, jaką pracę wykonał koń. Z jaką średnią mocą pracował koń.
3) Opisuje wpływ wykonanej pracy na zmianę energii
Energię mechaniczną układu można zwiększyć, wykonując nad nim pracę. Przyrost energii
mechanicznej układu ciał równy jest pracy sił zewnętrznych wykonanej nad tym układem.
E = Wz. Wracając do poprzedniego stanu, układ może ( kosztem swej energii) wykonać
pracę o takiej samej wartości.
Ciało wykonując prace traci energię, a ciało, nad którym wykonywana jest praca, energię
zyskuje.
a) Oblicz energię potencjalną bijaka kafaru o masie 100 kg podniesionego na wysokość 10m.
Przyjmij g = 10m/s2. Jaką pracę wykonał kafar spadając na poziom, z którego został
podniesiony
* Kafar – maszyna do wbijania pali
4) Posługuje się pojęciem energii mechanicznej jako sumy energii kinetycznej i
potencjalnej
Sumę energii potencjalnej i kinetycznej nazywamy energią mechaniczną ciała.
a) Ptak o masie 0,5 kg leci na wysokości 100m z prędkością o wartości 10 m/s. Oblicz jego
całkowitą energię mechaniczną
5) Stosuje zasadę zachowania energii mechanicznej
Gdy ciało porusza się bez oporów ruchu i bez napędu, jego energia mechaniczna jest stała
a) Kamień o masie 0,1kg spadł swobodnie z wysokości 3m. Oblicz energię kinetyczną
kamienia w chwili uderzenia o ziemię. Pomiń opory ruchu.
b) Ciało o masie 2 kg podrzucono do góry z prędkością 5m/s. Na jaką wysokość wzniesie się
to ciało? Pomijamy opór powietrza.
6) Analizuje jakościowo zmiany energii wewnętrznej spowodowane wykonaniem pracy i
przepływem ciepła
Energia wewnętrzna ciała to suma energii kinetycznych chaotycznego ruchu wszystkich jego
cząsteczek oraz ich energii potencjalnych wynikających z wzajemnego oddziaływania
międzycząsteczkowego.
Energia wewnętrzna zależy od temperatury i od liczby cząsteczek ( czyli też od masy ciała)
Energię wewnętrzną ciała można zwiększyć, wykonując pracę W, np przy pokonywaniu
tarcia lub odkształceniu tego ciała. Wówczas jej przyrost jest równy tej pracy Ew=W
Innym sposobem zmiany energii wewnętrznej jest przekazywanie ciepła Q ciału o niższej
temperaturze przez ciało o temperaturze wyższej. Ew=Q
Może także nastąpić równoczesne wykonanie pracy i przekazywanie ciepła:
Ew =W + Q ( I zasada termodynamiki)
a)Jaką pracę wykonał piłkarz , nadając piłce prędkość 4m/s. Masa piłki wynosi 0,4kg.
7) Wyjaśnia związek między energią kinetyczną cząsteczek i temperaturą
Szybciej poruszająca się czasteczka ma większą energię kinetyczną. Im wyższa temperatura
tym szybciej poruszają się cząsteczki. Zupełny bezruch cząsteczek oznacza najniższą
możliwą temperaturę czyli temperaturę zera bezwzględnego - 2730C
8) Wyjaśnia przepływ ciepła w zjawisku przewodnictwa cieplnego oraz izolacji cieplnej
Do izolatorów należą: np drewno, powietrze, większość cieczy, futro, wełna,śnieg czy
tworzywa sztuczne - słabo przewodzą ciepło. W budownictwie jako izolatory stosuje się
styropian i watę szklaną. Przykładem stosowania próżni jako izolatora jest termos.
Cieplny przepływ energii jest możliwy, gdy stykają się ze sobą dwa ciała o różnej
temperaturze.
Ilość energii oddanej przez jedno ciało jest równe ilości energii pobranej przez drugie ciało.
W przypadku przewodzenia energia jest przekazywana poprzez zderzenia cząsteczek – jest
transport energii bez transportu masy.
9. Opisuje zjawiska topnienia, krzepnięcia, parowania, skraplania, sublimacji i
resublimacji
Topnienie substancji ( krystalicznej) zachodzi w stałej i charakterystycznej dla danej
substancji temperaturze- temperaturze topnienia. Również krzepnięcie następuje w stałej
temperaturze ( temperatura topnienia i krzepnięcia są równe)
Ciało topniejąc pobiera ciepło z otoczenia ( rośnie jego energia wewnętrzna) :
Q = Ct  m( gdy W =0)
Ciecz krzepnąc oddaje chłodniejszemu otoczeniu ciepło. Energia wewnętrzna maleje.
Ciepło topnienia substancji jest równe ciepłu krzepnięcia. Wielkości te wyrażamy w J/kg
Ciecz paruje w każdej temperaturze. Wrzenie polega na parowaniu w całej objętości cieczy.
Parująca ciecz pobiera z otoczenia ciepło. Q = Cp  m
Para skraplając się oddaje otoczeniu ciepło. Q = Cs  m
gdzie Cp – ciepło parowania
Cs – ciepło skraplania
Ciepło skraplania = ciepło parowania
Resublimacja to zamiana gazu w stan stały z pominięciem stanu ciekłego.
10. Posługuje się pojęciem ciepła właściwego, ciepła topnienia i ciepła parowania
Ciepło właściwe informuje nas, ile ciepła należy dostarczyć, aby ogrzać 1kg substancji o 1K
( 10C). Wielkość tę wyrażamy w J/kg K lub J/kg 0C
Różne substancje mają różne ciepła właściwe. Im wyższe ciepło właściwe, tym ciało dłużej
się nagrzewa, i dłużej oddaje ciepło ( tak jest np. z wodą)
Ciepło topnienia, informuje nas ile trzeba dostarczyć energii do 1kg ciała stałego ( bez
zmiany temperatury), aby go stopić=
Q =C t  m
Ciepło krzepnięcia – ilość energii jaką oddaje 1kg cieczy ( bez zmiany temperatury) podczas
krzepnięcia. Q = Cp  m [J/kg]
a) Ile energii potrzeba, aby ogrzać 2kg wody o 300C? ( Ciepło właściwe wody 4200J/kg0C)
b) O ile ogrzeje się 0,4 kg wody, gdy dostarczymy jej 10 000J energii?
c) Moc grzałki elektrycznej wynosi 700W. Ile wody o temperaturze początkowej 100C
zagotujemy ta grzałką w ciągu 20 minut?
c) Bryłka żelaza o masie 10 kg i temperaturze 4000C ostygła do temperatury 200C. Oblicz
energię oddaną do otoczenia.( Cw = 452 J/kg  K)
11. Opisuje ruch cieczy i gazów w zjawisku konwekcji
Energia jest przenoszona razem z cząsteczkami gazu lub cieczy. Transportowi energii
towarzyszy transport masy.
np. najpierw ogrzewa się warstwa powietrza najbliżej grzejnika, cząsteczki oddalają się od
siebie i gęstość powierza maleje. Powietrze o mniejszej gęstości unosi się w górę. Na to
miejsce wchodzi powietrze chłodniejsze.
Nad morzem (latem) woda ogrzewa się wolniej niż piasek. W nocy zaś wolniej się schładza.
Wskutek tego nad morzem wieje wiatr zwany bryzą. Rozgrzane powietrze unosi się do góry
( w dzień nad piaskiem a w nocy nad wodą) a w jego miejsce wchodzi chłodniejsze
powietrze; w dzień znad wody, w nocy znad lądu.