RYS. L.7 — TERMODYNAMIKA

Termodynamika — sprawdzian z fizyki, liceum klasa 2

Q: Jak zapisać I zasadę termodynamiki?

Delta U = Q + W: zmiana energii wewnętrznej to suma ciepła dostarczonego do ciała i pracy wykonanej nad ciałem. Gdy gaz sam wykonuje pracę, rozprężając się, W jest ujemne.

Termodynamika opisuje, jak ciała się ogrzewają, topnieją i rozszerzają oraz jak ciepło i praca zmieniają ich energię wewnętrzną. Na sprawdzianie liczysz ciepło, układasz bilans cieplny i stosujesz I zasadę termodynamiki. Poniżej wzory, zadania krok po kroku i grupa A.

Grupa A — PDF za darmo ↓Ściąga wzorów

LICEUM · CAŁA KLASA 2 · 12 materiałów · z kluczem

Fizyka, liceum klasa 2

Cała fizyka klasy 2 liceum i technikum (zakres podstawowy), 4 działy: sprawdziany i kartkówki A–E oraz karty pracy, każdy z kluczem.

osobno ~~46,80 zł~~

27,90 zł −40%

Kup pakiet Dodaj do koszyka

PDF od razu po zapłacie · BLIK · bez konta · faktura dla szkoły

Lista kontrolna przed sprawdzianem

rozszerzalność cieplna liniowa ciał stałych oraz objętościowa cieczy i gazów
przekaz energii w postaci ciepła a przekaz energii w formie pracy
energia wewnętrzna; I zasada termodynamiki jako zasada zachowania energii
ciepło właściwe i ciepło przemiany fazowej (topnienia, parowania), obliczanie ciepła
bilans cieplny przy mieszaniu cieczy
szczególne własności wody i ich znaczenie dla życia na Ziemi
doświadczenia: wyznaczanie ciepła właściwego, pokaz rozszerzalności cieplnej ciał stałych

UWAGA: W podstawie programowej termodynamika jest działem V, zaraz po drganiach, i w naszej serii należy do klasy 2. W wielu szkołach przerabia się ją jednak w klasie 3 — stąd hasła „sprawdzian klasa 3 termodynamika”. O klasie decyduje szkoła i rozkład materiału, dlatego porównaj zakres poniżej, a nie numer działu.

ZAKRES: Równanie stanu gazu, przemiany gazowe i silniki cieplne nie należą do zakresu podstawowego (są w zakresie rozszerzonym) — ROZSZERZENIE, nie ma ich w naszych sprawdzianach. Dział V zakresu podstawowego nie ma wymagań fakultatywnych.

Ściąga wzorów: Termodynamika

Poz.	Wzór	Oznaczenia	Jednostka
W1	$Δ L = α L_{0} Δ t$	wydłużenie ciała stałego przy ogrzaniu; $α$ — współczynnik rozszerzalności liniowej	$m$
W2	$Δ U = Q + W$	I zasada termodynamiki: $Q$ — ciepło dostarczone do ciała, $W$ — praca wykonana nad ciałem	$J$
W3	$Q = m c Δ t$	ciepło potrzebne do ogrzania ciała; $c$ — ciepło właściwe	$J$
W4	$Q = m L$	ciepło przemiany fazowej (topnienia lub parowania); temperatura się wtedy nie zmienia	$J$
W5	$Q_{o dd an e} = Q_{p o b r an e}$	bilans cieplny: wymiana ciepła bez strat do otoczenia	$J$
W6	$T = t + 273$	temperatura w kelwinach; zmiana o $1 K$ to zmiana o $1^{\circ} C$	$K$
W7	$c = \frac{Pt}{m Δ t}$	ciepło właściwe z doświadczenia z grzałką o mocy $P$	$\frac{J}{kg \cdot ^{\circ} C}$

Rozwiąż jak fizyk

liczby sprawdzone programem

3 zadania typowe dla sprawdzianu z tego działu, każde w 4 krokach: dane, szukane, wzór, obliczenia ze sprawdzeniem jednostek.

ZAD. 1

Ile ciepła potrzeba, aby ogrzać 3 kg wody od $15^{\circ} C$ do $55^{\circ} C$ ? Ciepło właściwe wody: $4200 \frac{J}{kg \cdot ^{\circ} C}$ .

1DANE
$m = 3 kg$ $t_{1} = 15^{\circ} C, t_{2} = 55^{\circ} C$ $c = 4200 \frac{J}{kg \cdot ^{\circ} C}$
2SZUKANE
$Q = ? [J]$
3WZÓR
$Q = m c Δ t, Δ t = t_{2} - t_{1}$
4OBLICZENIA
$Δ t = 55^{\circ} C - 15^{\circ} C = 40^{\circ} C$ $Q = 3 kg \cdot 4200 \frac{J}{kg \cdot ^{\circ} C} \cdot 40^{\circ} C$ $Q = 504000 J = 504 kJ$

SPRAWDZONO JEDNOSTKI

[kg] \cdot [\frac{J}{kg \cdot ^{\circ} C}] \cdot [^{\circ} C] = [J] ✓

Odpowiedź: Do ogrzania wody potrzeba 504 000 J, czyli 504 kJ ciepła.

ZAD. 2

Ile ciepła trzeba dostarczyć, aby 0,5 kg lodu o temperaturze $0^{\circ} C$ stopić, a powstałą wodę ogrzać do $20^{\circ} C$ ? Ciepło topnienia lodu: $335000 \frac{J}{kg}$ .

1DANE
$m = 0, 5 kg$ $L = 335000 \frac{J}{kg}$ $c = 4200 \frac{J}{kg \cdot ^{\circ} C}, Δ t = 20^{\circ} C$
2SZUKANE
$Q = ? [J]$
3WZÓR
$Q = Q_{1} + Q_{2} = m L + m c Δ t$ Lód ma już temperaturę topnienia, więc najpierw go topisz (temperatura stoi w miejscu), a dopiero potem ogrzewasz wodę.
4OBLICZENIA
$Q_{1} = 0, 5 kg \cdot 335000 \frac{J}{kg} = 167500 J$ $Q_{2} = 0, 5 \cdot 4200 \cdot 20 J = 42000 J$ $Q = 209500 J$

SPRAWDZONO JEDNOSTKI

[kg] \cdot [\frac{J}{kg}] = [J] ✓

Odpowiedź: Trzeba dostarczyć 209 500 J (około 210 kJ) ciepła; większość idzie na samo topnienie lodu.

ZAD. 3

Do 2 kg wody o temperaturze $20^{\circ} C$ wlano 1 kg wody o temperaturze $80^{\circ} C$ . Oblicz temperaturę końcową wody. Pomiń straty ciepła.

1DANE
$m_{1} = 2 kg, t_{1} = 20^{\circ} C$ $m_{2} = 1 kg, t_{2} = 80^{\circ} C$
2SZUKANE
$t_{k} = ? [^{\circ} C]$
3WZÓR
$m_{2} c (t_{2} - t_{k}) = m_{1} c (t_{k} - t_{1}) \Rightarrow t_{k} = \frac{m _{1} t _{1} + m _{2} t _{2}}{m _{1} + m _{2}}$ Ciepło właściwe się skraca, bo obie ciecze to woda. To nie jest zwykła średnia temperatur — większa masa ma większy wpływ.
4OBLICZENIA
$t_{k} = \frac{2 \cdot 20 + 1 \cdot 80}{2 + 1}^{\circ} C = \frac{120}{3}^{\circ} C$ $t_{k} = 40^{\circ} C$

SPRAWDZONO JEDNOSTKI

\frac{[ kg ] \cdot [ ^{\circ} C ]}{[ kg ]} = [^{\circ} C] ✓

Odpowiedź: Temperatura końcowa wody wynosi $40^{\circ} C$ — bliżej temperatury zimnej wody, bo jest jej więcej.

Sprawdź się: 5 pytań

odpowiedzi od razu z wyjaśnieniem

SPRAWDŹ SIĘ · 5 PYTAŃ · OK. 3 MINUTY

Termodynamika — szybki test

5 PYTAŃ

1. Ile ciepła potrzeba, aby ogrzać 2 kg wody o

10^{\circ} C

? Ciepło właściwe wody:

4200 \frac{J}{kg \cdot ^{\circ} C}

$Q = m c Δ t = 2 \cdot 4200 \cdot 10 J = 84000 J$ .

2. Gaz pobrał 400 J ciepła i jednocześnie, rozprężając się, wykonał pracę 150 J. O ile wzrosła jego energia wewnętrzna?

Z I zasady termodynamiki $Δ U = Q + W = 400 J + (- 150 J) = 250 J$ . Praca wykonana przez gaz jest ujemna.

3. Ile ciepła trzeba dostarczyć, aby stopić 2 kg lodu o temperaturze

0^{\circ} C

? Ciepło topnienia lodu:

335000 \frac{J}{kg}

$Q = m L = 2 \cdot 335000 J = 670000 J$ . Podczas topnienia temperatura lodu się nie zmienia.

4. Dlaczego jezioro zimą zamarza od góry, a nie od dna?

Woda o temperaturze około $4^{\circ} C$ jest najgęstsza i opada na dno. Chłodniejsza woda zostaje na górze i tam zamarza, a lód, lżejszy od wody, pływa.

5. W którym przykładzie energia wewnętrzna rośnie dzięki pracy, a nie dzięki ciepłu?

Przy pocieraniu wykonujemy pracę przeciw tarciu i dłonie się ogrzewają. W pozostałych przykładach energia przepływa jako ciepło od cieplejszego ciała.

wynik nie jest nigdzie zapisywany

Przelicznik jednostek działu

kJ → J (· 1000)
MJ → J (· 1 000 000)
g → kg (: 1000)
min → s (· 60)
h → s (· 3600)
kWh → J (· 3 600 000)

Wszystkie jednostki w jednym miejscu: przelicznik jednostek.

Sprawdzian do wydruku

WYDANIE A · BEZPŁATNE

Grupa A sprawdzianu

Termodynamika: pełny arkusz grupy A do wydruku (bez klucza). Rozwiąż go na czas, jak na lekcji.

Pobierz PDF ↓

WYDANIE A–E · Z KLUCZEM

Grupy A–E, klucz, punktacja

Termodynamika — sprawdzian z fizyki, liceum klasa 2, grupy A–E. W sklepie Nie każ mu liczyć!

3,90 złW sklepie →Dodaj do koszyka

PDF od razu po zapłacie · BLIK · bez konta · faktura dla szkoły

Więcej do tego działu

Kartkówka A–E · 3,90 złTermodynamika

Grupa A gratis (PDF)W sklepie →Dodaj do koszyka
Karty pracy A–E · 3,90 złTermodynamika

Karta A gratis (PDF)W sklepie →Dodaj do koszyka

Uwagi: typowe błędy

Masa w gramach wstawiona do $Q = m c Δ t$ , gdy ciepło właściwe jest podane na kilogram — zamień gramy na kilogramy.
Pominięcie ciepła topnienia: lód o temperaturze $0^{\circ} C$ trzeba najpierw stopić, a dopiero potem ogrzewać powstałą wodę.
Zły znak w I zasadzie termodynamiki: gdy gaz sam wykonuje pracę (rozpręża się), $W$ jest ujemne i energia wewnętrzna maleje.
Temperatura końcowa liczona jako zwykła średnia, choć masy wody są różne — trzeba uwzględnić masy w bilansie cieplnym.
Mylenie ciepła z temperaturą: ciepło to energia przekazana (w dżulach), a temperatura mówi o średniej energii ruchu cząsteczek.

Termodynamika to klasa 2 czy 3 liceum?

To zależy od szkoły. W podstawie programowej termodynamika jest zaraz po drganiach i w wielu rozkładach materiału wypada w klasie 2, w innych w klasie 3. Wymagania w zakresie podstawowym są te same, więc ten sprawdzian pasuje do obu klas.

Co jest na sprawdzianie z termodynamiki?

Rozszerzalność cieplna, ciepło i praca jako dwa sposoby przekazu energii, energia wewnętrzna i I zasada termodynamiki, ciepło właściwe, ciepło topnienia i parowania, bilans cieplny oraz szczególne własności wody.

Jak zapisać I zasadę termodynamiki?

$Δ U = Q + W$ : zmiana energii wewnętrznej to suma ciepła dostarczonego do ciała i pracy wykonanej nad ciałem. Gdy gaz sam wykonuje pracę, rozprężając się, $W$ jest ujemne.

Dlaczego woda jest wyjątkowa?

Ma bardzo duże ciepło właściwe, więc morza łagodzą klimat. Największą gęstość ma w temperaturze około $4^{\circ} C$ , dlatego jeziora zamarzają od góry i ryby przeżywają zimę pod lodem. Zamarzając, woda zwiększa objętość.

Czy to sprawdzian z podręcznika?

Nie. To nasz autorski sprawdzian w grupach A–E do tego samego zakresu podstawy programowej, a nie odpowiedzi wydawnictwa. Grupę A pobierzesz za darmo.

UWAGA DLA NAUCZYCIELA

Do termodynamiki jest sprawdzian A–E (7 zadań, 20 pkt), kartkówka A–E i 5 kart pracy: rozszerzalność cieplna, ciepło właściwe i czas ogrzewania, topnienie i parowanie, bilans cieplny, I zasada termodynamiki, własności wody i wyznaczanie ciepła właściwego.

Zestaw w sklepie →

Termodynamika — sprawdzian z fizyki, liceum klasa 2

Lista kontrolna przed sprawdzianem

Ściąga wzorów: Termodynamika

Rozwiąż jak fizyk

Sprawdź się: 5 pytań

Termodynamika — szybki test

Ten dział trzeba jeszcze przećwiczyć

Ten dział masz opanowany

Przelicznik jednostek działu

Sprawdzian do wydruku

Grupa A sprawdzianu

Grupy A–E, klucz, punktacja

Więcej do tego działu

Uwagi: typowe błędy