I.8. Probleme recapitulative rezolvate - Fenomene termice Partea I

🔓 Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

1. Graficul dependenței căldurii absorbite pentru două corpuri diferite, cu aceeași masă și aceeași temperatură inițială (t₀), este reprezentat în figura de mai jos. Care dintre cele două corpuri, 1 și 2, are căldura specifică mai mare ?

Rezolvare:

• Scriem datele problemei:

  • t₀₁ = t₀₂ (ambele corpuri au aceeași temperatură inițială)
  • t₁ < t₂ (corpul 1 are temperatura finală mai mare decât corpul 2)
  • Q₁ = Q₂ = Q (ambele corpuri primesc aceeași căldură, conform graficului)
  • m₁ = m₂ = m
  • c₁ ? c₂

• Scriem formula căldurii în funcție de căldura specifică pentru cele două corpuri din substanțe diferite:

2. Ce temperatură trebuie să aibă o masă de apă rece care, amestecată cu 2 kg de apă caldă la temperatura de 90 °C să se obțină 3 kg apă cu temperatura de 70 °C ?

Rezolvare:

• Scriem datele problemei, notând cu indice 1 datele despre apa rece și cu indice 2 cele despre apa caldă:
  • t₁ =?
  • m₂ = 2 kg
  • m_amestec = 3 kg
  • t₂ = 90 °C
  • t_e = 70 °C
  • c₁ = c₂ = c (corpurile au aceeași substanță)

• Calculăm cantitatea de apă rece:
  • m₁ + 2 = 3
  • m₁ = 1 kg

• Calculăm căldura primită de apa rece (Q_p), respectiv căldura cedată de apa caldă (Q_c):
  • Q_p = m₁ ∙ c ∙ Δt₁ = 1 ∙ c ∙ (t_e – t₁) = c ∙ (70 – t₁)
  • | Q_c | = m₂ ∙ c ∙ Δt₂ = 2 ∙ c ∙ (t_e - t₂) = 2 ∙ c ∙ (70 – 90) = 2 ∙ |-20| ∙ c

• Scriem ecuația calorimetrică și scoatem necunoscuta:
  • Q_p = | Q_c |
  • c ∙ (70 – t₁) = c ∙ 20 ∙ 2
  • 70 – t₁ = 40
  • t₁ = 30 °C

3. De ce iarna zăpada protejează culturile agricole de îngheț?

Rezolvare:

Zăpada izolează termic culturile agricole datorită punguțelor de aer dintre cristalele de gheață și care împiedică împrăștierea în aer a căldurii solului.

4. Care este secretul unei sere de a cultiva iarna fructe și legume?

Rezolvare:

O seră (solar) este o construcție specială cu acoperiș și cu pereți din sticlă sau din material plastic pentru adăpostirea și cultivarea plantelor care nu suportă frigul în perioada rece a anului. Sticla permite trecerea luminii Soarelui prin ea. Odată pătrunsă în interior, căldura transmisă prin radiație rămâne, în mare parte, în interior, din cauza fenomenului de reflexie.

5. Unde trebuie plasat un termometru de exterior pentru a măsura corect temperatura aerului?

Rezolvare:

Termometrul trebuie așezat la umbră (pentru a nu fi încălzit prin radiație termică) și la adăpost de vânt (curenții de aer pot influența evaporarea apei din aer conducând la o scădere a temperaturii aerului).

6. Căldura cedată de 100 g apă care se răcește cu 40 °C este suficientă pentru a încălzi 100 g cupru cu 40 °C ? Se dă: căldura specifică a apei 4180 J/kg∙K și cea a cuprului de 385 J/kg∙K.

Rezolvare:

• Scriem datele problemei, notând cu indice 1 datele despre apă și cu indice 2 cele despre cupru:
  • Q₁ =?
  • Q₂ =?
  • m₁ = 100 g = 0,1 kg
  • m₂ = 100 g = 0,1 kg
  • Δt₁ = 40 °C
  • Δt₂ = 40 °C
  • c₁ = 4180 J/kg∙K
  • c₂ = 385 J/kg∙K

• Calculăm căldura cedată de apă (Q₁), respectiv căldura primită de cupru (Q₂):
  • | Q₁ | = m₁ ∙ c ∙ Δt₁ = 0,1 ∙ 4180 ∙ (-40) = | -16.720 | J = 16.720 J
  • Q₂ = m₂ ∙ c ∙ Δt₂ = 0,1 ∙ 385 ∙ 40 = 1.540 J

• Întrucât Q₁ > Q₂, înseamnă că este suficientă căldura degajată de apă pentru a încălzi cuprul.