ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Drgania i termodynamika (rozszerzenie)klasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/bilans-cieplny-i-przemiany-fazowe/

Fizyka · Drgania i termodynamika (rozszerzenie) · kl. 3 · zakres rozszerzony

Bilans cieplny i przemiany fazowe

Co się stanie, gdy wrzucisz gorący metal do zimnej wody, i ile lodu da się stopić ciepłem oddanym przez wodę.

ok. 4 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Ciepło i I zasada

  • Oznaczenia: Q — ciepło [J]; m — masa [kg]; c — ciepło właściwe [J/(kg·K)]; ΔT — zmiana temperatury [K] (taka sama w °C); L — ciepło przemiany fazowej [J/kg]; ΔU — zmiana energii wewnętrznej [J]; Wnad — praca wykonana nad układem [J].
Zapamiętaj

Q = m · c · ΔT (ogrzewanie bez przemiany), Q = m · L (przemiana fazowa), I zasada: ΔU = Q + Wnad.

  • Dane dla wody: c ≈ 4200 J/(kg·K) (lód ok. 2100 J/(kg·K)), ciepło topnienia lodu Lt ≈ 3,34·105 J/kg, ciepło parowania ok. 2,26·106 J/kg.

2Przemiany fazowe

0°C100°ClódtopnieniewodawrzenieparaQt [°C]
Ogrzewanie lodu: odcinki pochyłe to ogrzewanie (Q = mcΔT), poziome – topnienie i wrzenie w stałej temperaturze (Q = mL)
  • Podczas topnienia i wrzenia czystej substancji pod stałym ciśnieniem temperatura jest stała, choć dopływa ciepło. Obie fazy (np. lód i woda) współistnieją w równowadze.
  • Energia wewnętrzna rośnie wtedy skokowo o mL: rośnie energia oddziaływań cząsteczek, a ich średnia energia kinetyczna (temperatura) się nie zmienia.
  • Odcinek ogrzewania lodu jest bardziej stromy niż wody, bo lód ma mniejsze ciepło właściwe.
Sprawdź, czy rozumiesz

Dlaczego na wykresie t(Q) odcinek ogrzewania lodu jest bardziej stromy niż odcinek ogrzewania wody (ta sama masa)?

3Bilans cieplny

  • Gdy ciała wymieniają ciepło tylko między sobą: Qpobrane = Qoddane.
  • Przykład 1. Dane: miedź m1 = 0,2 kg, c1 = 385 J/(kg·K), t1 = 100°C; woda m2 = 0,5 kg, c2 = 4200 J/(kg·K), t2 = 20°C. Szukane: tk.
  • Wzór: m1 · c1 · (t1 − tk) = m2 · c2 · (tk − t2).
  • Obliczenia: 77 · (100 − tk) = 2100 · (tk − 20); 7700 + 42 000 = 2177 · tk; tk = 49 700 przez 2177 ≈ 22,8°C. Odpowiedź: tk ≈ 22,8°C.
  • Przykład 2. Dane: 0,5 kg wody o 20°C i dużo lodu o 0°C, Lt = 3,34·105 J/kg. Woda ostygnie najwyżej do 0°C: Q = 0,5 · 4200 · 20 J = 42 000 J. Obliczenia: mlodu = 42 000 J przez 3,34·105 J/kg ≈ 0,13 kg. Odpowiedź: stopi się ok. 0,13 kg lodu.
  • Doświadczenia: rozszerzalność cieplna ciał stałych (kulka i pierścień, bimetal), wyrównywanie temperatur w kalorymetrze, stała temperatura wody z lodem podczas topnienia.
Uwaga na błąd

Pominięcie przemiany fazowej. Jeśli w układzie jest lód, najpierw sprawdź, czy ciepło wystarczy na jego stopienie (Q = mL); jeśli nie, temperatura końcowa wynosi 0°C.

✎Ściąga: Bilans cieplny i przemiany fazowe

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Q = m · c · ΔT (ogrzewanie bez przemiany), Q = m · L (przemiana fazowa), I zasada: ΔU = Q + Wnad.
  • Oznaczenia: Q — ciepło [J]; m — masa [kg]; c — ciepło właściwe [J/(kg·K)]; ΔT — zmiana temperatury [K] (taka sama w °C); L — ciepło przemiany fazowej [J/kg]; ΔU — zmiana energii wewnętrznej [J]; Wnad — praca wykonana nad układem [J].
  • Przykład 1. Dane: miedź m1 = 0,2 kg, c1 = 385 J/(kg·K), t1 = 100°C; woda m2 = 0,5 kg, c2 = 4200 J/(kg·K), t2 = 20°C. Szukane: tk.
  • Wzór: m1 · c1 · (t1 − tk) = m2 · c2 · (tk − t2).
  • Obliczenia: 77 · (100 − tk) = 2100 · (tk − 20); 7700 + 42 000 = 2177 · tk; tk = 49 700 przez 2177 ≈ 22,8°C. Odpowiedź: tk ≈ 22,8°C.
  • Przykład 2. Dane: 0,5 kg wody o 20°C i dużo lodu o 0°C, Lt = 3,34·105 J/kg. Woda ostygnie najwyżej do 0°C: Q = 0,5 · 4200 · 20 J = 42 000 J. Obliczenia: mlodu = 42 000 J przez 3,34·105 J/kg ≈ 0,13 kg. Odpowiedź: stopi się ok. 0,13 kg lodu.
  • Doświadczenia: rozszerzalność cieplna ciał stałych (kulka i pierścień, bimetal), wyrównywanie temperatur w kalorymetrze, stała temperatura wody z lodem podczas topnienia.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Ciepło potrzebne do ogrzania ciała bez przemiany fazowej wynosi

    1. Am·c/ΔT
    2. Bm·L
    3. Cm·c·ΔT
    4. Dc·ΔT/m
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: m·c·ΔT – Q = mcΔT, gdzie c to ciepło właściwe.

  2. Ciepło potrzebne do stopienia ciała w temperaturze topnienia wynosi

    1. Am·c·ΔT
    2. BL/m
    3. Cm·L
    4. Dm·c
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: m·L – W czasie przemiany temperatura się nie zmienia, więc Q = mL.

  3. I zasada termodynamiki (W_nad – praca wykonana nad układem) ma postać

    1. AΔU = Q·W_nad
    2. BΔU = Q + W_nad
    3. CΔU = W_nad − Q
    4. DΔU = Q − W_nad
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: ΔU = Q + W_nad – Energia wewnętrzna rośnie o dostarczone ciepło i o pracę wykonaną nad układem.

  4. Podczas topnienia lodu w 0°C pod stałym ciśnieniem

    1. Atemperatura maleje
    2. Btemperatura jest stała, a energia wewnętrzna rośnie
    3. Cenergia wewnętrzna się nie zmienia
    4. Dtemperatura rośnie razem z energią wewnętrzną
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: temperatura jest stała, a energia wewnętrzna rośnie – Ciepło zwiększa energię oddziaływań cząsteczek, a nie ich średnią energię kinetyczną.

  5. Miedź (0,2 kg, 100°C, c = 385 J/(kg·K)) wrzucono do 0,5 kg wody o 20°C. Temperatura końcowa wynosi ok.

    1. A77,2°C
    2. B22,8°C
    3. C26,4°C
    4. D60°C
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 22,8°C – t_k = (77·100 + 2100·20)/2177 ≈ 22,8°C; 60°C to średnia bez uwzględnienia mas i ciepeł właściwych.

  6. Ile lodu o temperaturze 0°C może stopić 0,5 kg wody stygnącej od 20°C do 0°C (L_t = 3,34·105 J/kg)?

    1. Aok. 0,013 kg
    2. Bok. 0,5 kg
    3. Cok. 1,3 kg
    4. Dok. 0,13 kg
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: ok. 0,13 kg – m = 42 000 J : 334 000 J/kg ≈ 0,13 kg.

  7. Dlaczego na wykresie t(Q) odcinek ogrzewania lodu jest bardziej stromy niż odcinek ogrzewania wody (ta sama masa)?

    1. Alód ma mniejsze ciepło właściwe niż woda
    2. Bwoda paruje podczas ogrzewania
    3. Clód ma większe ciepło właściwe niż woda
    4. Dlód topnieje w 0°C
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: lód ma mniejsze ciepło właściwe niż woda – ΔT = Q/(mc), więc przy mniejszym c ta sama porcja ciepła daje większy przyrost temperatury.

  8. Ciało o masie 2 kg i cieple właściwym 400 J/(kg·K) ogrzano o 10 K. Pobrało ciepło

    1. A8000 J
    2. B80 000 J
    3. C800 J
    4. D2000 J
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 8000 J – Q = mcΔT = 2 · 400 · 10 J = 8000 J.

Cały dział „Drgania i termodynamika (rozszerzenie)”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Rozwiąż quiz · 8 pytańFiszki · 9🔊 Posłuchaj notatki

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki