Energia wewnętrzna - zadania

Zad. 1 Z jakiego powodu obserwujemy wzrost energii wewnętrznej w ciałach ocierających się o siebie?

Odp. W ciałach tych wzrasta energia kinetyczna ich cząsteczek.

Zad. 2 Wskaż jaką energię nazywamy energią wewnętrzną ciała i w jaki sposób można ją zmniejszyć bądź zwiększyć.

Odp. Energia wewnętrzna danego ciała jest sumą wszystkich rodzajów energii cząsteczek tego ciała. Można ją zmniejszyć lub zwiększyć wykonując pracę nad danym ciałem bądź ogrzewając je.

Zad. 3 W jaki sposób rozpoznać, że energia wewnętrzna ciała uległa zwiększeniu?

Odp. Wzrost energii potencjalnej wzajemnego oddziaływania cząstek może objawiać się zmianą stanu skupienia. Przykładowo,, może to być topnienie bez zmiany temperatury.

Zad. 4 Z jakiego powodu podczas pompowania koła od roweru powierzchnia pompki rozgrzewa się, podczas gdy ruch tłoczka bez pompowania nie powoduje odczuwalnej zmiany temperatury?

Odp. Praca to powoduje wzrost energii wewnętrznej gazu oraz metalu pompki, czego efektem ubocznym jest wzrost temperatury.

Zad. 5 Kierowca autobusu gwałtownie wyhamował pojazd, zauważając przeszkodę na drodze. Opisz zmiany energii, jakie zaszły w momencie hamowania.

Odp. W trakcie hamowania energia kinetyczna autobusu ulega przekształceniu w energię wewnętrzną ciał, ulegających tarciu, tj. hamulca, opon i nawierzchni drogi. Skutkiem ubocznym tego procesu jest wzrost temperatury tych ciał.

Zad. 6 Płaska i szeroka gumowa wstęga została gwałtownie rozciągnięta. Chłopiec dotknął wargami jej powierzchni i poczuł, że jest ona cieplejsza niż była przed rozciągnięciem. Dlaczego temperatury gumy wzrosła?

Odp. Podczas rozciągnięcia gumy została wykonana praca, co spowodowało wzrost jej energii wewnętrznej.

Zad. 7 Z jakiego powodu powietrze, którego ciśnienie zmniejsza się podczas opuszczania sprężarki, jest znacznie chłodniejsze od powietrza, znajdującego się w otoczeniu, do którego ono przechodzi.

Odp. Energia wewnętrzna powietrza ulega częściowej zamianie na pracę rozprężania. Skutkiem ubocznym zmniejszenia się energii wewnętrznej gazu jest spadek jego temperatury.

Zad. 8 Skład z lokomotywą o masie 3000 ton porusza się z prędkością 72 km/h. Został on wyhamowany przez maszynistę za pomocą hamulców. Oblicz wzrost energii wewnętrznej kół wagonów i hamulców, które otarły się o siebie.

Odp. Ich energia wewnętrzna wzrosła o 600 MJ.

Zad. 9 Satelita wojskowy omyłkowo obniżył swój lot na orbicie okołoziemskiej i zaczął się spalać. Dlaczego tak się stało?

Odp. Stało się tak, ze względu na wzrost temperatury, powstały z powodu zwiększenia się energii wewnętrznej satelity, spowodowanego tarciem powietrza.

Zad. 10 W czasach pierwotnych ogień otrzymywany był wskutek tarcia. Opisz przemiany energetyczne, które umożliwiły ludziom pierwotnym rozpalenie ognia.

Odp. Praca mechaniczna była przyczyną wzrostu energii mechanicznej tych ciał, co spowodowało zapalenie się trących się ciał na skutek zwiększenia się ich temperatury.

Zad. 11 Kulka o masie 0,2 kg opadła z wysokości 15 m na podłoże i odbiła się, wyskakując na wysokość 10 m. Jaka ilość energii mechanicznej przemieniła się przy tym na energię akustyczną i wewnętrzną?

Odp. Przemianie uległo 10 J energii mechanicznej.

Zad. 12 Pocisk karabinowy o masie 0,01kg leciał z prędkością 600 m/s i przebił drewnianą tarczę. Wylatując z niej, poruszał się z prędkością mniejszą o 200 m/s. Oblicz wzrost energii wewnętrznej tarczy i pocisku, powstały z ubytku energii kinetycznej tego pocisku.

Odp. Energia wewnętrzna tarczy i pocisku zwiększyła się o 1000 J.

Zad. 13 Kulka o masie 100 g uderzyła o podłoże z prędkością 6 m/s, a po odbiciu osiągnęła wysokość 80 cm. Oblicz ile energii mechanicznej uległo przemianie energię akustyczną i wewnętrzną.

Odp. Przemianie uległ 1 J energii mechanicznej.

Zad. 14 Lokomotywa o masie 10 ton, poruszająca się z prędkością 4 m/s uderzyła w niezabezpieczoną, nieruchomą lokomotywę o identycznej masie. Zdarzenie miało miejsce na odcinku poziomym stacji rozrządowej, a po zetknięciu się ze sobą obie lokomotywy zaczęły się poruszać z pewną prędkością. Oblicz jej wartość.

Odp. Lokomotywy osiągnęły po zderzeniu prędkość 2 m/s.

Zad. 15 Na podłogę spadają dwie kulki o identycznej masie – jedna wykonana z gumy, a druga z plasteliny. Piłeczka z plasteliny przykleiła się do podłogi, a gumowa odbiła się i odskoczyła na pewną wysokość. Która z nich uzyska większy wzrost energii wewnętrznej w momencie zderzenia z podłogą?

Odp. Większy wzrost energii wewnętrznej uzyska kulka z plasteliny.

Zad. 16 Przedmiot o masie 1 kg został rzucony pionowo w dół z prędkością 20 m/s z wysokości 30 m. W momencie kontaktu z powierzchnią Ziemi miał on prędkość 30 m/s. Oblicz wartość pracy hamowania powietrza.

Odp. Wartość pracy hamowania powietrza wyniosła 50 J.

Zad. 17 Dwa gorące przedmioty poddano chłodzeniu. Jeden z nich umieszczono w wodzie, a drugi w powietrzu o tej samej temperaturze. Z jakiego powodu prędzej wytracił ciepło przedmiot umieszczony w wodzie?

Odp. Szybsze wytracenie ciepła w wodzie jest spowodowane faktem, że ma ona wyższe ciepło właściwe od powietrza.

Zad. 18 Dane są dwa termometry rtęciowe. Jeden z nich wskazuje 20 ºC, a drugi 50 ºC. Podczas eksperymentu zetknięto ze sobą zbiorniczki obu tych termometrów. Jak zmieniło się wskazanie termometru, który przed eksperymentem wskazywał 20 ºC.

Odp. Wskazał on temperaturę pośrednią o wartości 35 ºC.

Zad. 19 Termometr został umieszczony w próżni kosmicznej pomiędzy Ziemią a Słońcem. Nie stykał się on z żadnym innym ciałem. Jaką temperaturę wyznaczył?

Odp. Tak umieszczony termometr wyznaczył własną temperaturę.

Zad. 20 W chłodny dzień dotknięcie przedmiotu wykonanego z kamienia bądź metalu sprawia wrażenie, iż ciała te mają niską temperaturę. Dotknięcie tkaniny bądź drewna o tej samej temperaturze nie daje takiego wrażenia. Z jakiego powodu tak jest?

Odp. Metal i kamień są lepszymi przewodnikami ciepła niż tkanina czy drewno. Powodują więc szybszy przepływ energii przy kontakcie z ciałem człowieka.

Zad. 21 Aby zabezpieczyć szklankę przed pęknięciem, można włożyć do niej metalową łyżeczkę przed zalaniem gorącą wodą. Z jakiego powodu sposób ten chroni szkło przed pęknięciem?

Odp. Metal łyżeczki pobierze część energii z gorącej wody i obniżając jej temperaturę, może zapobiec pęknięciu szklanki.

Zad 22 Określ zmiany energii ciał zachodzące w momencie, gdy w gorącej wodzie zostanie zanurzone zimne ciało stałe.

Odp. Będzie miał miejsce cieplny przepływ energii między ciałem a gorącą wodą do momentu wyrównania temperatur obu tych substancji.

Zad. 23 Który z materiałów budowlanych zapewnia lepsze właściwości termoizolacyjne – cegła, czy kamień?

Odp. Cegła gorzej przewodzi ciepło od kamienia, a co za tym idzie, ma lepsze właściwości termoizolacyjne.

Zad. 24 Zimą można zaobserwować, że w chłodne dni ptaki, pozostające w bezruchu, stroszą pióra. W jakim celu to robią?

Odp. Między nastroszonymi piórami znajdzie się większa ilość powietrza, co zapewnia ptakom lepszą termoizolację od chłodnego otoczenia.

Zad. 25 Z jakiego powodu porowate bądź włókniste materiały budowlane, takie jak pianobeton czy beton komórkowy mają lepsze właściwości termoizolacyjne od tych samych materiałów w wersji o ścisłej strukturze?

Odp. Powietrze jest słabym przewodnikiem ciepła. Materiały porowate i włókniste zawierają je w sobie, więc są lepszymi izolatorami.

Zad. 26 W których butach zimowych nogi marzną bardziej? W tych, które są luźne czy idealnie dopasowane do nogi?

Odp. Nogi marzną bardziej w ciasnych butach z powodu braku warstwy powietrza zapewniającej izolację cieplną oraz utrudnień w krążeniu krwi spowodowanych ciasnotą.

Zad. 27 Często można usłyszeć opinie, że latem powinno się pić napoje ciepłe, z kolei zimą – chłodne. Na jakiej podstawie został wyciągnięty ten wniosek?

Odp. Picie ciepłych napojów latem przyzwyczaja organizm do wyższej temperatury, przez co otoczenie wydaje się chłodniejsze, analogicznie wypicie chłodnego napoju zimą zmniejsza odczucie zimna.

Zad. 28 W mowie potocznej funkcjonuje stwierdzenie, że kożuch „grzeje”. Czy jest ono realne z punktu widzenia fizycznego?

Odp. Stwierdzenie to nie jest prawdziwe. Kożuch zapewnia jedynie lepszą izolację cieplną od otoczenia niż cieńsze ubrania.

Zad. 29 Do ogrzanego pomieszczenia zostały wniesione dwa identyczne odłamki lodu. Jeden z nich został owinięty wełnianą tkaniną, a drugi pozostawiono bez osłony na powietrzu. Który z odłamków lodu szybciej ulegnie stopnieniu?

Odp. Szybciej stopi się kawałek lodu pozostawiony na powietrzu.

Zad. 30 Z jakiego powodu lód pozostawiony na powietrzu topi się szybciej niż owinięty wełnianą tkaniną?

Odp. Brak tkaniny pozwala na lepszą wymianę ciepła z otoczeniem. Obłożenie lodu tkaniną zapewnia mu pewną izolację cieplną, pozwalającą na dłuższe zachowanie stanu stałego.

Zad. 31 W obszarach, gdzie panuje skrajnie wysoka temperatura i nasłonecznienie, tubylcy noszą kożuchy, futrzane czapki czy turbany. Z jakiego powodu ubierają się tak w upalne dni?

Odp. Izolacja cieplna nie chroni tylko przed zimnem, ale i przed ciepłem. W tym przypadku ciało jest znacznie chłodniejsze od temperatury zewnętrznej. Tego typu odzienie izoluje je przed dalszym nagrzewaniem.

Zad. 32 Zimą, podczas obfitych opadów śniegu, zauważamy, że zalega on na chodnikach, podczas gdy na ruchliwej ulicy nawierzchnia najczęściej pozostaje wolna od pokrywy śnieżnej. Z jakiego powodu tak się dzieje?

Odp. Jest tak dlatego, że energia kinetyczna pojazdów jest dużo wyższa niż pieszych i w przypadku dróg więcej tej energii jest zamieniane na energię wewnętrzną, która pozwala na topnienie śniegu.

Zad. 33 Z jakiego powodu brudny śnieg ulega szybciej topnieniu niż czysty?

Odp. Biały śnieg odbija więcej promieni słonecznych od brudnego, który pochłaniając ich większą ilość, topi się szybciej.

Zad. 34 Jaki proces odpowiada za przekazywanie energii na Ziemię ze Słońca?

Odp. Za przekazywanie energii ze Słońca na Ziemię odpowiada promieniowanie.

Zad. 35 Z jakiego powodu w krajach afrykańskich i arabskich ich obywatele noszą najczęściej luźne ubrania w białym kolorze?

Odp. Luźne ubranie powoduje powstanie warstwy powietrza zapewniającej izolację cieplną, z kolei jego biała barwa powoduje pochłanianie mniejszej ilości energii promiennej ze słońca.

Zad. 36 Opisz opływ powietrza ogrzanego przez kominek, które krąży po ogrzewanym pomieszczeniu.

Odp. Powietrze ogrzane przez piec unosi się ku górze, by wraz z oddawaniem ciepła przemieścić się ponownie w dół, gdzie ogrzane przez piec przemieszcza się dalej w kolejnym cyklu.

Zad. 37 Wagony chłodnicze przeznaczone do przechowywania i transportu żywności o krótkiej przydatności do spożycia są najczęściej pomalowane białą farbą, a wewnątrz ich ścian znajduje się warstwa styropianu, bądź innego porowatego materiału. Z jakiego powodu są one wykonane w taki sposób?

Odp. Podobnie jak w przypadku ubrań biały kolor zmniejsza ilość pochłanianej energii promiennej pochodzącej od słońca. Z kolei warstwa materiału porowatego tworzy odpowiednią izolację cieplną, zapobiegającą wymianie energii cieplnej z otoczeniem.