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:

Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

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

Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

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.

Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

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 lasă să treacă lumina Soarelui prin ea. Odată pătrunsă în interior, căldura transmisă prin radiație rămâne, în mare parte, în interior, din cauza fenomenului de reflexie.

Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

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).

Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

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.