Prąd elektryczny w ciałach stałych, cieczach i gazach

Energia cieplna
Ciepło, temperatura, zależności między ciepłem i pracą, bilans ciepła, energia wewnętrzna, zasady
termodynamiki
W poniższych zadaniach prawdziwa jest tylko jedna odpowiedź
1. Nie jest całkowicie prawdziwe stwierdzenie, że:
a) ciepło przepływa tylko z ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej,
b) ciepło może przepływać w pewnych warunkach z ciała o niższej temperaturze do ciała o
wyższej temperaturze, przykładem takiego zjawiska jest chłodziarka, która jest odwróceniem
silnika cieplnego
c) pod wpływem ciepła pobranego przez ciało zwiększa się energia wewnętrzna ciała, gdy ciało
oddaje ciepło zmniejsza się jego energia wewnętrzna
d) praca i ciepło są wielkościami równoważnymi, mogą powodować podobne skutki tj. zmianę
energii wewnętrznej ciała
e) ciepło to jedna z form energii, jest to część energii kinetycznej cząsteczek ciała,
2. Wagon o masie 10 ton, poruszający się z prędkością 36 km/h zatrzymuje się w wyniku hamowania. Ile
ciepła wydzieli się podczas hamowania wagonu:
a) 1000 J
b) 1 MJ
c) 36 kJ
d) 3,6 MJ
e) 1622 kJ
3. Ciału o masie 2 kg nadano prędkość 600 m/min. Siła tarcia zmniejsz prędkość o połowę na drodze 100
m. Przyrost energii wewnętrznej układu wynosi:
a) 100 J
b) –75 J
c) 1296 J
d) –1296 J
e) 75 J
4. Z równi pochyłej o wysokości h kącie nachylenia do poziomu , zsuwa się ciało o masie m.
Współczynnik tarcia ciała o równię wynosi f. Ciepło wydzielone wskutek tarcia wyraża się wzorem:
a)
b)
mgh
fcos
2
fmgh
tgα
c) fmghsin
d)
e)
mg 2 h 2
f 2 cos 2 α
m 2 gh
4 f  sin 2 α
5. Celuloidowa piłeczka o masie m i promieniu r jest zanurzona w wodzie o gęstości  na głębokości h.
Pomijając prędkość piłeczki, ciepło wydzielone przy wypływaniu piłeczki można obliczyć ze wzoru:
a)
b)
c)
d)
e)
(
r 3 hg
4
 mg )h
4r 3 hg
mgh 
3
3
4r hg
 mgh
3
r 3 
(
 mg ) gh
4
(r 3 h  m) gh
6. *Kula o masie m1 = 10g uderza z prędkością V1 = 600 m/s, w wiszącą na sznurku deskę o masie m2 = 1
kg. Przebiwszy deskę porusza się dalej z prędkością V2 = 400 m/s. Jaka część energii kuli zamienia się
w ciepło, a jaka na energię kinetyczną deski?
a) około 0,2 i 0,8
b) około 0,55 i 0,001
c) około 0, 1 i 0,02
d) około 0,8 i 0,05
e) około 0, 4 i 0, 04
7. W grzejniku, którym było 0,8 litra wody (ciepło właściwe 4200
J
), o temperaturze 200C
kg  K
zastosowano grzałkę o mocy 500W i włączono ją do prądu na 10 minut. Zakładając, że sprawność
grzejnika wynosiła 89% temperatura wody w grzejniku wzrosła w przybliżeniu do:
a) 1000 C
b) 313 K
c) 250 C
d) 400 K
e) 780 C
8. Żelazna podkowa (ciepło właściwe 450
J
), o masie 0,5 kg po podczas obróbki termicznej
kg  K
pobrała ciepło od paleniska w ilości 45 kJ, jednocześnie była uderzana. W wyniku tych czynności
ogrzała się od 200C do 3000C. Energia jaką pobrała podczas formowania podkowy w wyniku
wykonanej pracy wynosi w przybliżeniu:
a) 18 kJ
b) 225kJ
c) 65 kJ
d) 132 kJ
e) 98 kJ
9. Kropla deszczu spadająca ruchem jednostajnym z wysokości h = 1km ogrzewa się wskutek oporu
ośrodka. Zakładamy, że 50 % ciepła powoduje zwiększenie energii wewnętrznej kropli, a ciepło
właściwe wody wynosi 4,19
kJ
Kropla ogrzeje się w przybliżeniu:
kg  K
a) o 32 K
b) o 1,2 K
c) o 12 0C
d) o 67 0C
e) o 102 K
10. Z jaką prędkością powinna się poruszać ołowiana kula, aby uległa stopieniu na skutek niesprężystego
uderzenia o ścianę. Zakładamy, że kula pobrała połowę wydzielonego ciepła. Temperatura kuli przed
zderzeniem wynosiła t = 500 C. Ponadto wiadomo, że temperatura topnienia ołowiu t1 = 327 0C, ciepło
właściwe ołowiu 125
a)
b)
c)
d)
e)
200 m/s
320 m/s
400 m/s
490 m/s
620 m/s
kJ
J
, a ciepło topnienia ołowiu qt =25
.
kg
kg  K
11. Podczas sprężania 0,1 kg azotu (ciepło molowe cp 29 Jmol-1K-1) wykonano pracę
3 kJ. Sprężanie odbywało się bez izolacji termicznej (bez osłony adiabatycznej), w
rezultacie część ciepła wydzielonego przy sprężaniu przeszło do otoczenia, a gaz
praktycznie tylko nieznacznie zmienił ciśnienie. Azot ogrzał się w rezultacie od
200C do 300C. Gaz oddał do otoczenia ciepło (w przybliżeniu):
a) 2250 kJ
b) 0 J
c) 54,2 kJ
d) 2 kJ
e) 22,5 kJ
12. Do aluminiowego pojemnika (ciepło właściwe 900
(ciepło właściwe 4200
właściwe 500
N2
( 0,1 kg)
J
) o masie 2 kg, zawierającego 5 kg wody
kg  K
J
) o temperaturze 200 C, wrzucono rozgrzaną stalową podkowę (ciepło
kg  K
J
) o masie 0,5 kg. Temperatura wody w pojemniku podniosła się do 300 C. Na
kg  K
podstawie bilansu cieplnego można stwierdzić, że temperatura rozgrzanej podkowy przed wrzuceniem
do wody, wynosiła:
a) poniżej 5000 C
b) ponad 1500 K
c) ponad 7000 C
d) ponad 400 K
e) ponad 2000 C
13. Sprawność motoroweru zużywającego m = 2 kg benzyny w czasie t = 1h, rozwijając przy tym moc
użyteczną P = 5 kW, a ciepło spalania benzyny cs = 50
MJ
wynosi w przybliżeniu:
kg
a) 0,78
b) 0,12
c) 0,38
d) 0,28
e) 0,54
14. Samochód rozwija prędkość V = 90 km/h przy zużyciu m = 8 kg benzyny na każde s = 100 km.
Sprawność silnika samochodu wynosi  = 35 %. Ciepło spalania benzyny cs = 50
MJ
. Średnia moc
kg
silnika tego samochodu wynosi:
a) około 65 kW
b) około 48 kW
c) około 35 kW
d) około 15 kW
e) około 9 kW
15. W idealnym silniku cieplnym Carnota temperatura zbiornika ciepła wynosi 5270 C, a temperatura
chłodnicy 270 C. Silnik ten pobiera w czasie jednego cyklu pracy 60 kJ ciepła. Do chłodnicy oddaje w
czasie jednego cyklu ciepło w ilości:
a) 45 kJ
b) 12,5 kJ
c) 62 kJ
d) 32 kJ
e) 25,5 kJ
16. Silnik cieplny w jednym cyklu i wykonuje pracę użyteczną W = 4 kJ i przekazuje do chłodnicy Q = 10
kJ ciepła. Termodynamiczna sprawność tego silnika wynosi:
a) 28,6 %
b) 60 %
c) 40 %
d) 71,4 %
e) 250 %
17. Jedno z poniższych stwierdzeń nie ma związku z II zasadą termodynamiki:
a) wszystkie naturalne procesy przyrody przebiegają w kierunku wzrostu entropii,
b) niemożliwe jest zbudowanie perpetuum mobile II rodzaju czyli silnika cieplnego, który
pracowałby cyklicznie pobierając ciepło z jednego źródła bez możliwości przekazywania go do
chłodnicy o temperaturze niższej,
c) aby zamienić ciepło w pracę musi istnieć różnica temperatur, a teoretyczna sprawność tej
przemiany jest wprost proporcjonalna do tej różnicy temperatur
d) zmiana energii wewnętrznej ciała równa jest sumie pracy wykonanej nad ciałem i pobranego
przez ciało ciepła,
e) samorzutnie ciepło może przepływać tylko z ciała o temperaturze wyższej do ciała o
temperaturze niższej,
3
p
18. W oparciu o cykl pracy silnika cieplnego 4-suwowego
niskoprężnego należy odpowiedzieć, które części cyklu
odpowiadają pobieraniu przez silnik ciepła i oddawaniu ciepła
do chłodnicy:
a) pobieranie 0-1 oddawanie 3-4
b) pobieranie 4-1 oddawanie 2-3
2
c) pobieranie 1-2 oddawanie 3-4
4
d) pobieranie 1-2 oddawanie 1-0
0
1
e) pobieranie 2-3 oddawanie 4-1
19. W roku 2002 zdającym Nową Maturę dano zadanie
V
następującej treści: „Na rysunku przedstawiono w układzie p=f(V)
p[Pa]
cykl pracy silnika cieplnego. Silnik podczas jednego cyklu pobiera
4105
ze źródła 16 kJ ciepła. Ciałem roboczym w tym cyklu jest gaz
doskonały o cząsteczkach jednoatomowych. Sprawność tego
3105
silnika wynosi:
a) 25%
2105
b) 37,5 %
c) 50 %
1105
V[m3]
d) 62,5 %
0
e) 18,5 %
20. Ciepło właściwe wody wynosi około 4200
molowe wody wynosi więc:
a) 42,8
b) 13,2
c) 45,8
d) 75,6
e) 28,6
J
mol  K
J
mol  K
J
mol  K
J
mol  K
J
mol  K
J
. Ciepło
kg  K
0,01
0,03
0,05