Culegere Probleme Rezolvate, Exerciții și Teste de Autoevaluare - Fizică Clasa VIII

Clasa VIII - Cap.I - Fenomene termice

VIII.I.1. Probleme rezolvate - Fenomene termice

Problemă experimentală - Temperatura, mărime de stare.

1.1. Echilibrul termic

Materiale necesare: vas metalic, sursă de încălzire, un borcan de 800g (mare),o sticluţă sau un borcănel care să încapă în borcanul mare, două termometre (pot fi și de cameră), cronometru.

Atenție!

Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi! Atenție când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

Descrierea experimentului:

  • Pune apă rece de la robinet în borcanul mai mic şi măsoară-i temperatura inițială : T1 = .......... °C,
  • Încălzeşte separat apă , apoi pune-o în borcanul mai mare și măsoară-i temperatura : T2 = …….. °C
  • Pune borcanul mic cu apa rece în borcanul mai mare cu apa caldă și în fiecare pune câte un termometru. Pornește cronometrul.
  • Urmăreşte indicaţiile termometrului până când acesta rămâne la aceeaşi temperatură, pe care o notezi cu Te = ......... °C. Trece temperaturile celor două ape în următorul tabel:
  • Realizează graficul dependenței temperaturilor apei reci, respectiv calde în funcție de timp.

Observaţie: Apa rece își mărește temperatura, iar apa caldă își micșorează temperatura, până ajung la aceeași temperatură.

Problemă model

1.2. Transformă o temperatură de 40°C în Kelvin și grade Fahrenheit.

Rezolvare:

Problemă model - Convecția termică.

1.3. Te afli într-o cameră încălzită și afară este foarte frig. Deschizi uşa unei camere încălzite spre un balcon şi aşezi la pragul de jos lumânarea aprinsă.

Cum este îndreptată flacăra lumânării: spre interiorul camerei sau spre exteriorul ei ?

Răspuns corect: spre interior.

Problemă model - Convecția termică.

1.4. Aşază lumânarea aprinsă la pragul de sus al uşii.

Cum este îndreptată flacăra lumânării: spre interiorul camerei sau spre exteriorul ei ?

Răspuns corect: spre exterior.

Problemă experimentală - Căldura specifică.

1.5. Calcularea căldurii specifice a unui corp solid

Materiale necesare: apă rece de la robinet, sită de azbest, stativ, trepied, termometru, calorimetru (vas care izolează termic corpurile din interiorul său de cele din exterior) , cilindru de cupru, pahar Berzelius, spirtieră, cârlig.

Atenție!

Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi! Atenție când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

Descrierea experimentului:

  • Măsoară cu cântarul, masa apei: m1 = 100g = 0,1kg.
  • Măsoară cu termometrul, temperatura apei: t1 = 30°C .
  • Măsoară cu cântarul, masa cilindrului de cupru: m2 = 78 g = 0,078 kg
  • Încălzește apă într-un pahar Berzelius, cu ajutorul spirtierei, trepiedului cu sită.
  • În apa caldă, pune cilindrul de cupru și termometrul. Lasă-le câteva minute și apoi citește temperatura: t2 = 90°C.
  • Pune în calorimetru apa rece cântărită.
  • Cu cârligul metalic ia corpul din pahar și pune-l rapid în apa din calorimetru.
  • Acoperă calorimetrul și agită ușor apa din el.
  • Urmărește indicațiile termometrului până când temperatura nu se mai modifică. Aceasta este temperatura de echilibru, notată cu te = 35°C, care reprezintă temperatura finală pentru toate corpurile aflate în contact termic.

Observaţie: Apa rece va primi căldură, iar cilindrul de cupru este corpul cald, care cedează căldură.

  • Neglijăm capacitatea calorică a calorimetrului, pentru simplificarea calculelor.

  • Δt1 = te – t1 = variația (creșterea) temperaturii apei (scădem temperatura finală din cea inițială).

  • Δt2 = t2 – te = variația (scăderea) temperaturii cilindrului (scădem temperatura inițială din cea finală , astfel încât variația temperaturii să fie tot timpul pozitivă).

  • Scriem ecuația calorimetrică : Qcedată = Qprimită

    • Qprimită = m1 ∙ c1 ∙ Δt1 = m1 ∙ c1 ∙ (te – t1)

    • Qcedată = m2 ∙ c2 ∙ Δt2 = m2 ∙ c2 ∙ (t2 – te)

    • m1 ∙ c1 ∙ (te – t1) = m2 ∙ c2 ∙ (t2 – te)

  • Obţinem formula pentru determinarea căldurii specifice a cuprului:
  • Înlocuim în formulă valorile din experimentul nostru:


Concluzia experimentului:

Comparăm cu căldura specifică a cuprului din tabel (385 J/kg∙K) și observîm că valoarea experimentală este destul de departe de valoarea reală. Ca surse de erori am descoperit : citiri neatente ale temperaturilor corpurilor, a durat cam mult timp până am închis capacul calorimetrului, calorimetru nu izolează perfect corpurile din interior față de cele din exterior, am realizat decât o singură determinare, nu am luat în calcul și capacitatea calorimetrului.

Problemă model - Căldura specifică.

1.6. În 20g de glicerină cu căldura specifică de 2400 J/Kg∙K se pune 50 g fier la temperatura de 90°C și căldura specifică de 450 J/Kg∙K. Știind temperatura de echilibru de 50°C, află temperatura inițială a glicerinei.

Rezolvare

  • Înainte de a scrie datele problemei, se stabilește corpul rece, respectiv cel cald:

    • Corp 1: glicerină : rece =˃ primește căldură: Qprimită

    • Corp 2: fier : cald =˃ cedează căldură: Qcedată

  • Scriem datele problemei, punând indice 1 la datele despre glicerină și indice 2, la datele despre fier. Transformăm mărimile din date în SI, cu excepția temperaturii, deoarece diferența dintre două temperaturi în grade Celsius este egală cu diferența temperaturilor în Kelvin.

    • m1 = 20g = 0,02 kg

    • c1 = 2400 J/kg∙K

    • m2 = 50g = 0,05 kg

    • t2 = 90°C

    • c2 = 450 J/kg∙K

    • te = 50°C

    • t1 = ?

  • Calculăm căldura primită:

    • Qprimită = m1 ∙ c1 ∙ Δt1 = 0,02 ∙ 2400 ∙ (te – t1) = 2 ∙ 24 ∙ (50 - t1)
  • Calculăm căldura cedată:

    • Qcedată = m2 ∙ c2 ∙ Δt2 = 0,05 ∙ 450 ∙ (t2 – te) = 0,05 ∙ 450 ∙ (90 – 50) = 900 J
  • Scriem ecuația calorimetrică : Qcedată = Qprimită

    • m2 ∙ c2 ∙ (t2 – te) = m1 ∙ c1 ∙ (te – t1)
  • Înlocuim datele problemei și facem calculele matematice :

    • 900 = 48 ∙ 50 - 48 ∙ t1
    • 48 ∙ t1 = 2400 - 900
    • 48 ∙ t1 = 1500
    • t1 = 31,25 °C
Problemă model - Căldura specifică.

1.7. Într-un calorimetru a cărui capacitate calorică este 80 J/kg, se pune 200g apă la temperatura de 10°C. În apa din calorimetru se introduce un corp de aluminiu care cântărește 100g, cu temperatura de 100°C. Care este temperatura finală a celor două corpuri ? Se dau căldurile specifice: a apei de 4185 J/kg∙K și a aluminiului 880 J/kg∙K. Capacitatea calorică a calorimetrului este C = 80 J/kg.

Rezolvare

  • Înainte de a scrie datele problemei, se stabilește corpul rece, respectiv cel cald:

    • Corp 1: apa și calorimetrul : rece =˃ primește căldură: Qprimită

    • Corp 2: aluminiul : cald =˃ cedează căldură: Qcedată

  • Scriem datele problemei, punând indice 1 la datele despre apă și indice 2, la datele despre aluminiu. Transformăm mărimile din date în SI, cu excepția temperaturii, deoarece diferența dintre două temperaturi în grade Celsius este egală cu diferența temperaturilor în Kelvin.

    • C = 80 J/kg

    • m1 = 200g = 0,2 kg

    • T1 = 10°C

    • c1 = 4185 J/kg∙K

    • m2 = 100g = 0,1 kg

    • T2 = 100°C

    • c2 = 880 J/kg∙K

    • Te = ?

  • Calculăm căldura primită:

    • Qprimită = m1 ∙ c1 ∙ Δt1 + C ∙ Δt1 = (m1 ∙ c1 + C) ∙ (te – t1)
    • Δt1 = te – t1(apa are inițial 10°C, final te care este mai mare decât t1)
  • Calculăm căldura cedată:

    • Qcedată = m2 ∙ c2 ∙ Δt2 = m2 ∙ c2 ∙ (t2 – te)
    • Δt2 = t2 – te (aluminiul are inițial 100°C, final te care este mai mic decât t2)
  • Scriem ecuația calorimetrică : Qcedată = Qprimită

    • m2 ∙ c2 ∙ (t2 – te) = (m1 ∙ c1 + C) ∙ (te – t1)
  • Înlocuim datele problemei și facem calculele matematice :

    • (0,2 ∙ 4185 + 80) ∙ (te – 10) = 0,1 ∙ 880 ∙(100 – te)
    • (837 + 80) ∙ (te – 10) = 88 ∙(100 – te)
    • 917 ∙ (te – 10) = 88 ∙ (100 – te)
    • 917 ∙ te – 917 ∙ 10 = 88 ∙ 100 – 88 ∙ te
    • 917∙ te + 88 ∙ te = 88 ∙ 100 + 917∙10
    • 1005 ∙ te = 17970
    • te = 17970/(1005) = 17,88 °C
Problemă model - Căldura specifică.

1.8. Corpul 1 este pus în contact termic cu corpul 2.

  • Care sunt temperaturile inițiale ale celor două corpuri și care este corpul rece, respectiv cald?

    • Rezolvare: T1 = 90°C (corpul 1 - cald) și T2 = 25°C (corpul 2 - rece).

  • Care este temperatura de echilibru ale celor două corpuri ?

    • Rezolvare: Te = 60°C.

  • După cât timp ajung corpurile la echilibru termic?

    • Rezolvare: După 5 min.

Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

1.9. 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

1.10. Ce temperatură trebuie să aibă o cantitate 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
    • mamestec = 3 kg
    • T2 = 90°C
    • Te = 70°C
    • c1 = c2 = c (au aceeași substanță)

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

  • Calculăm căldura primită de apa rece (Qp), respectiv căldura cedată de apa caldă (Qc):
    • Qp = m1 ∙ c ∙ ΔT1 = 1 ∙ c ∙ (Te – T1) = c ∙ (70 – T1)
    • Qc = m2 ∙ c ∙ ΔT2 = 2 ∙ c ∙ (T2 – Te) = c ∙ (90 – 70) = c ∙ 20

  • Scriem ecuația calorimetrică și scoatem necunoscuta:
    • Qp = Qc
    • c ∙ (70 – T1) = c ∙ 20
    • 70 – T1 = 20
    • T1 = 50°C
Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

1.11. 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

1.12. 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, dar fiind izolatoare termică, nu lasă să iasă căldura radiației termice.

Probleme rezolvate - Fenomene termice Partea I

1.13. 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

1.14. Căldura cedată de 100 g apă care se răcește cu 40°C este suficientă pentru a încălzi 100 g cupru cu 40°C? Se dau 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
    • 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.
Exercițiu rezolvat - Vaporizarea și condensarea

1.15. De ce ne răcorește ventilatorul?

Elicea ventilatorului îndepărtează vaporii de apă din jurul corpului nostru, crescând astfel viteza de evaporare a transpirației noastre, care absorbe căldură la evaporare și ne dă senzația de răcorire.

Exercițiu rezolvat - Vaporizarea și condensarea

1.16. De ce când ieșim din apă, avem senzație de frig?

Când ieșim din apă, are loc evaporarea apei care absorbe căldură de pe corpul nostru și determină scăderea temperaturii corpului.

Exercițiu rezolvat - Vaporizarea și condensarea

1.17. Principiul anesteziei locale: pe o zonă a corpului se aplică un lichid volatil (ex lidocaină) . La evaporare absoarbe căldură, zona se răcește și nervii locali nu mai transmit durerea la creier.

Exercițiu rezolvat - Vaporizarea și condensarea

1.18. Când suportăm mai bine canicula verii, când aerul este uscat sau umed?

Omul suportă mai ușor canicula când aerul este uscat (nu este saturat cu vapori de apă) întrucât transpirația de pe noi se poate evapora mai ușor, absoarbe căldură la evaporare și ne răcorește.

Problemă experimentală - Vaporizarea și condensarea

1.19. Cum fierbe apa?

Materiale necesare: pahar Erlenmeyer cu apă distilată, spirtieră, trepied, sită de azbest, dop cu termometru, cronometru.

Atenție!

Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi! Atenție când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

Descrierea experimentului:

  • Pune paharul cu apă pe sită și trepied.
  • Măsoară temperatura inițială a apei.
  • Aprinde spirtiera și pornește cronometrul la începerea încălzirii apei.
  • Măsoară timpul la fiecare creștere a temperaturii apei cu 10°C și trece datele în următorul tabel:
  • Ce observi ?

Observaţie: Apa începe să fiarbă la 100°C. Pe parcursul fierberii, temperatura apei rămâne la 100°C, chiar dacă continuăm încălzirea.

  • Reprezintă graficul dependenței temperaturii în funcție de timp.
  • Fenomenele corespunzătoare fiecărui segment sunt :

    • AB, BC, CD reprezintă evaporarea apei
    • DE reprezintă fierberea apei
Problemă model - Călduri latente.

1.20. Ce căldură absoarbe 100g de gheață de la temperatura de (-20)°C până la vaporizarea completă? Se dau : cg = 2090 J/kg∙K, ca = 4200 J/kg∙K, ʌt =334.000 J/kg , ʌv = 2.260.000 J/kg, Tt = 0°C și Tf = 100°C.

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei: m = 100g = 0,1kg

    • T1 = -20°C

    • Tt = 0°C

    • Tf = 100°C

    • cg = 2090 J/kg∙K

    • ca = 4185 J/kg∙K

    • ʌt = 334.000 J/kg

    • ʌv = 2.260.000 J/kg

  • Scriem fenomenele suferite de gheață și aplicăm formulele corespunzătoare pentru căldura absorbită, în fiecare caz:

  • a) Încălzirea gheții de la (-20)°C până la 0°C:

    • Q1 = m ∙ cg ∙ ΔT = 0,1 ∙ 2090 ∙ [0 - (-20)] = 0,1 ∙ 2090 ∙ 20 = 4180 J
  • b) Topirea gheții la T = ct. = 0°C: fiind fenomen cu schimbare de stare de agregare aplicăm formula căldurii latente:

    • Q2 = Qlatentă topire = m • ʌt = 0,1 ∙ 334.000 = 33.400 J
  • c) Încălzirea apei de la 0°C până la 100°C:

    • Q3 = m ∙ ca ∙ ΔT = 0,1 ∙ 4185 ∙ (100 - 0) = 0,1 ∙ 4185 ∙ 100 = 41.850 J
  • d) Fierberea (vaporizarea) apei la T = ct. = 100°C: fiind fenomen cu schimbare de stare de agregare aplicăm formula căldurii latente:

    • Q4 = Qlatentă vaporizare = m • ʌv = 0,1 ∙ 2.260.000 = 226.000 J
  • Adunăm toate căldurile absorbite de gheață până la vaporizarea completă :

    • Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 4180 + 33.400 + 41.850 + 226.000 = 305.430 J
Problemă model - Călduri latente.

1.21. Ce căldură cedează 500g de aluminiu de la temperatura de 800 °C până la temperatura de 500 °C?

Se dau:

cAl = 880 J/kgK,

ʌt = 400.000 J/kg,

Tt = 660°C .

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei:

m = 500g = 0,5kg

T1 = 800°C

Tt = Ts = 660°C

cAl = 880 J/kgK,

ʌt = 400.000 J/kg

T2 = 500°C

  • Scriem fenomenele suferite de aluminiu și aplicăm formulele corespunzătoare pentru căldura cedată , în fiecare caz :

  • a) Răcirea aluminiului lichid de la 800°C până la 660°C :

    • Q1 = m ∙ cAl ∙ ΔT = 0,5 ∙ 880 ∙(800-660) = 0,5 ∙ 880 ∙ 140 = 6.160 J
  • b) Solidificarea aluminiului lichid la Ts = Tt = constantă = 660°C : fiind fenomen cu schimbare de stare de agregare aplicăm formula căldurii latente :

    • Q2 = Qlatentă topire = m • ʌt = 0,5 ∙ 400.000 = 200.000 J
  • c) Răcirea aluminiului solid de la 660°C până la 500°C :

    • Q3 = m ∙ cAl ∙ ΔT = 0,5 ∙ 880 ∙ (660-500) = 0,5 ∙ 880 ∙ 160 = 70.400 J
  • Adunăm toate căldurile cedate de aluminiu

    • Qcedată = Q1 + Q2 + Q3 = 6.160 + 200.000 + 70.400 = 276.560 J

Problemă model - Combustibili.

1.22. Determină puterea calorică a alcoolului, folosind datele experimentului nr.27. Consideră , că toată căldura degajată de alcool a fost folosită pentru a încălzi apa (neglijează pierderile de căldură cu mediul înconjurător).

Rezolvare:

  • Prima determinare:

    • Q1 = m1 ∙ q = m ∙ c ∙ ΔT1

    • m1 = 1,2 g = 0,0012kg alcool

    • m = 100 g = 0,1g apă

    • c = 4185 J/kg∙K

    • ΔT1 = 10°C

    • q1 = ?

  • A doua determinare:

    • Q2 = m2 ∙ q = m ∙ c ∙ ΔT2

    • m2 = 2 g = 0,002 kg alcool

    • m = 100 g = 0,1g apă

    • c = 4185 J/kg∙K

    • ΔT2 = 20°C

    • q2 = ?

Compar valoarea obținută experimental cu puterea calorică a alcoolului din tabel 23855 KJ/kg și observ că valoarea mea depășește valoarea din tabel (datorită erorilor de măsură).

Problemă model - Combustibili.

1.23. Ce cantitate de motorină a fost consumată de un motor Diesel cu randamentul de 40%, dacă lucrul mecanic efectuat a fost de 8.500.000 J ?

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei și le transformăm în S.I.:

    • m = ?

    • q = 42.000 KJ/kg = 42.000.000 J/kg (din tabel)

    • L = 8.500.000 J

    • η = 40 % = 40/100

  • Scriem formula randamentului și a căldurii degajată de combustibil :

Problemă experimentală - Fenomene termice Partea a II-a

1.24. Într-un pahar pune 1-2 cuburi de gheață și adaugă apă în pahar până se umple ochi. Poți picura cerneală în apa din pahar pentru a o face mai vizibilă. Așteaptă până când toată gheața se topește. S-a revărsat apa din pahar după topirea gheții? Explică!

Nicio picătură de apă nu s-a scurs din vas.

Apa prezintă o anomalie: la solidificare, în loc să își micșoreze volumul, ea își mărește volumul. Gheața ocupă un volum mai mare în apa din pahar decât apa rezultată în urma topirii ei și de aceea apa nu se revarsă din pahar după topirea gheții.

Vom lua un exemplu aplicativ considerând că avem un cub de gheață cu latura de 1 cm3 pus în apă. Calculăm volumul cubului de gheață scufundat în apă și îl comparăm cu volumul ape cubului după topire (atât gheața, cât și apa rezultată în urma topirii au aceeași masă).

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei:

    • l = 1 cm = 10^-2

    • ρgheață = 920 kg/m3

    • ρapă = 1000 kg/m3

    • Vscufundat = ?

    • Vapă = ?

  • Calculăm volumul cubului:

    • Vcub = l3 = (0,01m)3 = 0,000001 m3 = 10-6m3
  • Porțiunea scufundată dezlocuie un volum de lichid egală cu greutatea corpului (conform Legii lui Arhimede):



  • Calculăm masa cubului de gheață care este egală cu masa apei rezultată în urma topirii :


  • Calculăm volumul apei rezultată în urma topirii gheții din formula densității:


  • Iată de ce apa nu s-a revărsat din pahar: Vscufundat = Vapă


VIII.I.2. Exerciții - Fenomene termice

Exerciții recapitulative - Fenomene termice Partea I

1.25. Care haină ne ține mai bine de cald, una căptușită cu puf sau una cu fibre de poliester?


1.26. Cum se încălzește aerul dintr-o cameră de la un calorifer electric?


1.27. De ce vara este preferabil să purtăm haine albe?


1.28. Difuzia este o consecință a agitației termice sau invers? Explică.


1.29. Când te parfumezi mirosul parfumului se împrăștie în toată camera. De ce?


1.30. De ce pereții de lângă calorifer sunt mai murdari decât ceilalți pereți din cameră?


1.31. Cât este capacitatea calorică a unui corp dacă atunci când cedează 200 J, el se răcește cu 10°C?


1.32. Cât este căldura specifică a unui corp de 46 g dacă atunci când primește 300 J, el se încălzește cu 50°C ? Despre ce substanță este vorba? Consultă tabelul cu constante fizice de la sfârșitul capitolului, I.15.


1.33. Se dă următoarea diagramă.

Răspunde la următoarele întrebări:

a) Câte corpuri cedează căldură și câte primesc căldură ?

b) Cât este temperatura lor de echilibru ?

c) După cât timp ajung corpurile la echilibru termic ?

d) Calculează variația temperaturii pentru fiecare corp.

e) Dacă C1 = 200 J/K și C2 = 100 J/K, cât este capacitatea calorică a corpului 3.


1.34. Căldura cedată de 400 g glicerină care se răcește cu 20°C este suficientă pentru a încălzi 800 g fier cu 80°C ? Se dau căldura specifică a glicerinei 2400 J/kg∙ K și cea a fierului de 450 J/kg∙K.

Exerciții - Radiația termică.

1.35. Privește imaginea următoare și descoperă formele de propagare ale căldurii.

  • Ibricul cu apă se încălzește de la flacăra aragazului prin ……………………
  • Coada metalică a ibricului se încălzește prin ……………………………….
  • Apa din ibric se încălzește prin ……………………………………………..
Exerciții recapitulative - Fenomene termice Partea a II-a

1.36. Precizează în dreptul fiecărui combustibil starea lui de agregare și proveniența sa:

a) Motorină

b) Cărbune

c) Kerosen

d) Gaz metan

e) Alcool

f) Hidrogen

g) Lemn

h) Gaz butan

i) Petrol

j) Benzină


1.37. Este suficientă căldura degajată de 80 g de cupru la trecerea de la o temperatură de 1500°C până când ajunge la 800°C pentru a vaporiza complet 500g glicerină cu temperatura de 200°C? Se dau: căldura specifică a cuprului de 380 J/kg∙K, căldura specifică a glicerinei de 2400 J/kg∙K, temperatura de topire a cuprului de 1100°C , temperatura de fierbere a glicerinei de 290 °, căldura latentă specifică de topire a cuprului de 205.000 J/kg și căldura latentă specifică de vaporizare a glicerinei de 270.000 J/kg.


1.38. De ce solidele au și volum propriu și formă proprie?


1.39. De ce lichidele au volum propriu și nu au formă proprie?


1.40. De ce gazele nu au nici volum propriu și nici formă proprie?


1.41. Cât este căldura degajată prin arderea a 2 kg de lemn uscat? Se dă puterea calorică a lemnului de 16.470 KJ/kg.


1.42. Putem vaporiza complet 800 g apă cu temperatura de 10°C prin arderea a 600 g cărbune cu puterea calorică de 29.200 kJ/kg ? Se dau : căldura specifică a apei de 4180 J/kg∙K și căldura latentă specifică de vaporizare a apei de 2.260 kJ/kg.


1.43. Completează următoarele afirmații:

a) Sublimarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare……………..în stare………………., prin…………………

b) Topirea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare……………..în stare………………., prin…………………

c) Condensarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare……………..în stare………………., prin…………………

d) Solidificarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare……………..în stare………………., prin…………………

e) Desublimarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare……………..în stare………………., prin…………………

f) Vaporizarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare……………..în stare………………., prin…………………


1.44. Enunță legile topirii/fierberii.


1.45. De ce când ieșim din apă ne este frig?


1.46. Când suportăm mai bine canicula verii, când aerul este uscat sau umed?


1.47. De ce ventilatorul ne răcorește?


1.48. Cum depinde temperatura de fierbere de presiune?


1.49. Ce este anomalia apei?


1.50. Care substanțe nu au o temperatură fixă de topire?


1.51. De ce legumele tari se fierb foarte repede în oalele sub presiune?


1.52. Cum se sterilizează obiectele folosind apă?



VIII.I.3. Test de autoevaluare - Fenomene termice

TEST1: Test de autoevaluare - Fenomene termice Partea I

1.53. Completează următoarele afirmații: 8 spații libere x 0,25p = 2p

a) Difuzia este fenomenul de ............................a particulelor unui corp printre particulele altui corp de la sine.

b) Agitația termică este .........................continuă și dezordonată a particulelor unui corp.

c) Conducția termică este propagarea căldurii prin..........................

d) Radiația termică este emisă de către.......................................................

e) Convecția termică este propagarea căldurii prin............................................

f) Unitatea de măsură în SI pentru temperatură este..................................

g) Convecția termică are loc prin deplasare de.............................

h) Radiația termică se transmite sub formă de ...........................


1.54. Două bare de aceeași lungime și aceeași grosime, una de cupru și cealaltă de sticlă, sunt ceruite și ținute în flacără unei spirtiere. La care se va topi cel mai repede bobița de ceară aflată la capătul neîncălzit? Explică. -1p


1.55. De ce o spirală de hârtie ținută deasupra unei flăcări începe să se rotească. -1p


1.56. De ce vara este de preferat să ne îmbrăcăm în haine albe și iarna în culori cât mai închise? -1p


1.57. Se dă următoarea diagramă.

Răspunde la următoarele întrebări:

a) Câte corpuri cedează căldură și câte primesc căldură? –0,25p

b) Cât este temperatura lor de echilibru? –0,25p

c) După cât timp ajung corpurile la echilibru termic? –0,25p

d) Calculează variația temperaturii pentru fiecare corp. –0,25p


1.58. Într-un calorimetru se pune 200 g alcool cu temperatura de 30°C și apoi se adaugă o bilă de plumb cu temperatura de 80°C. Știind temperatura lor de echilibru de 50°C, determină cât cântărește bila de plumb. Se dau căldura specifică a alcoolului 2430 J/kg∙K și cea a plumbului de 130 J/kg∙K. –2p


Oficiu –2p

TEST2: Test de autoevaluare - Fenomene termice Partea a II-a

1.59. Dă două exemple de combustibili: 5 x 0,25p = 1,25p

a) Lichizi

b) Gazoși

c) Naturali

d) Artificiali

e) Solizi

1.60. Completează următoarele afirmații: 4 x 0,25p = 1p

a) Solidele …….volum propriu.

b) Distanțele intermoleculare la gaze sunt foarte……….

c) Forțele intermoleculare la solide sunt foarte…………

d) Lichidele nu au ………….

1.61. Completează denumirea celor trei fenomene care au loc cu schimbarea stării de agregare și cum are loc acest fenomen (prin încălzire/răcire). 4 spații libere x 0,25p = 1p



1.62. Răspunde la următoarele întrebări: 4 x 0,25p = 1p

a) Când începe fenomenul de fierbere?

b) Temperatura de topire a unei substanțe din tabelul cu constante de material poate fi schimbată pentru o substanță?

c) Cum se numește temperatura la care începe topirea unei substanțe?

d) Pe ce se bazează sterilizarea obiectelor?


1.63. Știind temperatura de topire a naftalinei de 80°C determină studiind graficul dependenței temperaturii în timp, ce fenomene au loc pe porțiunea:

a) AB -0,25p

b) BC -0,25p

c) CD -0,25p



1.64. Cum are loc anestezia locală? -1p

1.65. Ce căldură degajă 300 g de nichel de la o temperatura de 2000°C până când ajunge la 1000°C? Se dau : căldura specifică a nichelului de 440 J/kg ∙K, temperatura de topire a nichelului de 1450°C și căldura latentă specifică de topire de 290.000 J/kg. -2p

Din oficiu -2p



Clasa VIII - Cap.II - Fenomene electrice și magnetice

VIII.II.1. Probleme rezolvate - Fenomene electrice și magnetice

Problemă model - Electrizarea și sarcina electrică. Interacțiunea dintre corpurile electrizate. Metode de electrizare.

2.1. Ce valoare are sarcina învelișului electronic a unui atom de oxigen știind că acesta are Z=8? Se dă e = sarcină electrică elementară = 1,6 ∙ 10-19 C.

Rezolvare:

Știind că Z = nr. p+ din nucleu = nr. ē din învelișul electronic, înseamnă că atomul de oxigen are în înveliș 8 electroni. Deci n = 8.

Sarcina unui corp (q) este un multiplu întreg al sarcinii electrice elementare :

Q = n ∙ e, unde n = nr. ē și e = sarcină electrică elementară = 1,6 ∙ 10-19 C .

Q = n ∙ e = 8 ∙ 1,6 ∙ 10-19 C = 12,8 ∙ 10-19 C.

Problemă model - Legea lui Coulomb

2.2. Două corpuri punctiforme încărcate cu sarcinile q1 = 2 nC, respectiv q2 = 5 nC, se află la distanța de 40 cm în aer. Calculează forțele de interacțiune electrică.

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și transformăm în SI :

    • q1 = 2 nC = 2 ∙ 10(-9) C

    • q2 = 5 nC = 5 ∙ 10(-9) C

    • r = 40 cm = 0,4 m

    • F = ?

  • Desenăm forțele electrice, egale în modul dar de sens opus :
  • Scriem Legea lui Coulomb:

Problemă model - Legea lui Coulomb

2.3 Două corpuri punctiforme, încărcate cu sarcinile q1 = -4 pC, respectiv q2 = 6 pC, se află la distanța de 300 mm în aer. Calculează și reprezintă forțele de interacțiune electrică.

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și transformăm în SI:

q1 = 2 pC = -4 ∙ 10 -12 C

q2 = 6 pC = 6 ∙ 10-12 C

r = 300 mm = 0,3 m

F = ?

  • Desenăm forțele electrice de atracție, egale în modul, dar de sens opus:
  • Scriem Legea lui Coulomb:
Problemă model - Intensitatea curentului electric.

2.4. La capetele unei porțiuni de circuit există o tensiune de 24 V.

a) Calculează lucrul mecanic efectuat de sursa electrică pe acea porțiune de circuit prin care trece o sarcină de 8C.

b) Știind că intensitatea curentului electric este de 2 A, află timpul în care se efectuează acest lucru mecanic ?

Rezolvare :

  • Notăm datele problemei :

    • U = 24 V

    • q = 8 C

    • I = 2 A

    • L = ?

    • t = ?

  • a) Scriem formula de definiție a tensiunii electrice :



  • b) Scriem formula de definiție a intensității curentului
Problemă model - Rezistența electrică.

2.5. Printr-un conductor trece un curent electric de 0,3 A, având la capete o tensiune de 24 V. Află rezistența conductorului.

Rezolvare :

  • Scriem datele problemei:

    • U = 24 V

    • I = 0,3 A

    • R = ?

  • Scriem formula rezistenței electrice :

Problemă model - Legea lui Ohm pentru întregul circuit.

2.6. Pe un bec de lanternă este scris 0,2 A și 6,3 V. Se leagă becul la o baterie de 9 V. Determină :

a) Rezistența electrică a filamentului becului.

b) Sarcina electrică ce trece prin filamentul becului timp de o oră.

c) Tensiunea internă a bateriei.

d) Rezistența internă a bateriei.

e) Intensitatea curentului de scurcircuit.

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • I = 0,2 A

    • U = 6,3 V

    • E = 9 V

    • t = 1h = 3600 s

  • Calculăm necunoscutele :

Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.7. Dacă la bornele unui generator electric se leagă un rezistor cu o rezistență de 20 Ω, prin circuit se măsoară cu ampermetru un curent de 3 A. Știind rezistența generatorului de 1 V, află tensiunea electromotoare notată pe acest generator. Ce intensitate are curentul electric la scurtcircuitarea rezistorului?

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei:

    • R = 20 Ω

    • I = 3 A

    • r = 1 V

    • E = ?

  • Aflăm tensiunea la bornele rezistorului din legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit:



  • Aflăm tensiunea internă din legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit :


  • Calculăm tensiunea electromotoare aplicând relația dintre cele trei tensiuni ale unui circuit (Tensiunea la bornele circuitului exterior este egală cu tensiunea la bornele rezistorului, fiind un singur consumator, adică Ub = U):

    • E = Ub + u = 60 + 3 = 63 V

  • Aplicăm legea lui Ohm pentru întreg circuitul, punând condiția ca rezistența circuitului exterior (a rezistorului) să fie 0 :

Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.8. Un fir de cupru este legat la o baterie. Firul metalic are rezistivitatea 1,68 ∙ 10-8Ω ∙ m. El este străbătut de un curent de 120 mA, când are o lungime de 4 m și o secțiune transversală de 0,2 mm2. Să se determine tensiunea la capetele firului.

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și le transformăm în SI:


  • Calculăm rezistența firului de cupru, aplicând formula rezistenței în funcție de dimensiunile conductorului:


  • Calculăm tensiunea la capetele conductorului, din legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit :

Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.9. La o baterie electrică cu tensiune electromotoare de 4,5 V se alimentează un bec. Știind tensiunea la bornele becului de 4 V și rezistența becului de 20Ω, determină:

a) Intensitatea curentului ce trece prin bec.

b) Numărul de electroni ce traverează secțiunea transversală a filamentului becului.

c) Tensiunea internă a bateriei.

d) Rezistența internă a bateriei.

e) Puterea electrică a becului.

f) Energia electrică consumată de bec în 20 min, atât în SI, cât și în kWh.

g) Intensitatea curentului la scurtcircuit.

Rezolvare:


  • Notăm datele problemei:

    • E = 4,5 V

    • Ub = 4 V

    • R = 20 Ω

    • I = ?


a) Scriem legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit (bornele becului) :



b) Numărul de electroni (n) ce traverează secțiunea transversală a filamentului becului în 20 min.

  • n = ?

  • t = 20 min = 20 ∙ 60 s = 1200 s

  • Scriem formula de definiție a intensității curentului electric :

  • Scoatem necunoscuta n :


c)Tensiunea internă: u = ?

  • Scriem relația dintre cele trei tensiuni ale unui circuit:

    • E = Ub + u

    • u = E – Ub = 4,5 – 4 = 0,5 V


d) Rezistența internă: r = ?

  • Scriem formula rezistenței:


e) Puterea electrică a becului: P = ?

  • P = U ∙ I = 4 ∙ 0,2 = 0,8 W

f) Energia electrică W =? J, kWh.



g) Intensitatea curentului la scurtcircuit Isc = ?


Intensitatea la scurtcircuit a crescut de 9 ori față de valoarea nominală a intensității unui bec (0,2 A) și beculețul se poate arde.

Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.10. Un acumulator de 110 V alimentează un bec prin filamentul căruia trece o sarcină de 20 C timp de 10 s. Știind tensiunea internă de 10 V, determină:

a) Tensiunea la bornele becului, Ub = ?

b) Intensitatea curentului electric, I = ?

c) Rezistența becului, R = ?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • E = 110 V

    • Q = 20 C

    • t = 10 s

    • u = 10 V

a) Scriem relația dintre cele trei tensiuni electrice:

  • E = Ub + u

  • Ub = E – u = 110 – 10 = 100 V

b) Scriem formula de definiție a intensității curentului electric :



c) Scriem legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit (bornele becului):

Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.11. Dacă tensiunea la bornele unui generator este U1 = 5 V, prin rezistorul R1 trece un curent de 3 A. Când unui alt rezistor R2 îi aplicăm la capete o tensiune U2 = 8 V, prin el trece un curent de 2 A. Cât este tensiunea electromotoare a sursei electrice și rezistența sa internă?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • U1 = 5 V

    • I1 = 3 A

    • U2 = 8 V

    • I1 = 2 A

    • E = ?

    • r = ?

  • Calculăm rezistențele celor două rezistoare:



  • Aplicăm legea lui Ohm pentru întreg circuitul, atât pentru I1, cât și pentru I2:
Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.12. Fie o grupare serie de n1 = 6 rezistoare identice, cu valoarea R1 = 2Ω identică cu o grupare paralel de n2 rezistoare identice, cu rezistența R2 = 48Ω fiecare. Determină numărul de rezistoare, n2, grupate în paralel.


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • n1 = 6 rezistoare

    • R1 = 2Ω

    • R2 = 48Ω

    • n2 = ?

  • Calculăm rezistența echivalentă serie:


  • Calculăm rezistența echivalentă paralel:


  • Egalăm Rs cu Rp și scoatem necunoscuta n2:
Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.13. Un consumator alimentat la o tensiune de 220 V, în 8h de funcționare consumă o energie electrică de 10 kWh.

a) Ce valoare are intensitatea curentului electric prin acest consumator?

b) Ce putere electrică are el?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și le transformăm în SI:

    • U = 220 V

    • t = 8 h = 8 ∙ 3600 s = 28.800 s

    • W = 10 kWh = 10 ∙ 1000 W ∙ 3600 s = 36 ∙ 106 J

a) Scriem formula energiei electrice și scoatem necunoscuta I:



b) Calculăm puterea consumatorului:

Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.14. Neglijând pierderile de energie, calculați ce lucru mecanic efectuează motorul unui troleibuz, în timp de 8h, dacă curentul este de 120 A și tensiunea de 500 V. Exprimați rezultatul și în kWh.


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și le transformăm în SI:

    • U = 500 V

    • I = 120 A

    • t = 8 h = 8 ∙ 3600 s = 28.800 s

    • L = ? J, kWh

  • Scriem formula intensității curentului electric și scoatem necunoscuta Q:



  • Scriem formula tensiunii electrice și scoatem necunoscuta L:


  • Transformăm lucrul mecanic din J în kWh, știind că 1J = 1W ∙ 1s :
Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.15. Cât costă pe lună (30 de zile) consumul unui bec de 100 W, care luminează 6 h pe zi, știind că 1 kWh costă 50 de bani?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • W = ? kWh

    • Cost = ?

    • P = 100 W = 100/1000 = 1/10 kW

    • 1 kWh costă 50 bani

    • t = 8 h = 30 ∙ 6 h = 180 h

  • Calculăm energia electrică în kWh:
Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.16. Ce căldură degajă un bec de 25 W în timp de 1h, știind că din energia electrică consumată 4% se transformă în energie luminoasă ?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • Q = ?

    • P = 25 W

    • t = 1 h = 3600 s

    • W → Lumină 4%

  • Calculăm energia electrică:



  • Calculăm căldura degajată de bec:
Problemă model - Gruparea rezistoarelor.

2.17. Determină rezistenţa echivalentă a rezistoarelor din următoarea grupare mixtă :



Rezolvare:

  • Se notează pe rețea toate nodurile cu litere mari.

  • Mergem pe conturul circuitului de la un nod la altul și echivalăm grupările de rezistoare cu rezistoarele echivalente, serie sau paralel.

  • Între nodul A și B avem 2 rezistoare pe aceeași latură, deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs1.

  • Între nodul B și C avem 2 rezistoare pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp1.

  • Între nodul A și E avem 1 rezistor pe care îl copiem.

  • Între nodul E și F avem 2 rezistoare pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp2.



  • Calculăm rezistențele echivalente :


  • Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare :

    • Între nodul A și D, pe latura de sus, avem 2 rezistoare pe aceeași latură (Rs1 cu Rp1), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs2 .

    • Între nodul A și D, pe latura din mijloc, avem 2 rezistoare pe aceeași latură (R5 cu Rp2), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs3 .



  • Calculăm rezistențele echivalente:

    • Rs2 = Rs1 + Rp1 = 25 + 4 = 29Ω

    • Rs3 = R5 + Rp2 = 2 + 6 = 8Ω

  • Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare:

    • Între nodul A și D avem 2 rezistoare pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp3.


  • Calculăm rezistența echivalentă:


Problemă model - Extindere: Teoremele lui Kirchhoff.

2.18. Determină intensitățile curenților din următorul circuit ramificat:

Rezolvare:

  • Notăm cu litere mari nodurile rețelei (A și B).

  • Notăm laturile rețelei, stabilim arbitrar sensurile curenților de pe fiecare latură:

    • AE1B (I1)

    • AE2B (I2)

    • AR3B (I3)

  • Notăm ochiurile simple ale rețelei. Stabilim arbitrar (cum dorim) câte un sens de parcurs pentru fiecare ochi (orar sau antiorar).


  • Aplicăm prima teoremă a lui Kirchhoff: “Suma algebrică a intensităților curenților care intră într-un nod de circuit este egală cu suma intensităților curenților care ies din nodul respectiv“.

  • Pentru n = nr. noduri, se scriu (n-1) ecuații cu prima teoremă a lui Kirchhoff, aplicată nodurilor de rețea, deci pentru un singur nod:

    • I1 + I2 = I3

  • Aplicăm a doua teoremă a lui Kirchhoff: “Suma algebrică a tensiunilor electromotoare pentru un ochi de circuit este egală cu suma algebrică a căderilor de tensiune din acel ochi de circuit“, pentru două ochiuri simple:


  • Facem un sistem de 3 ecuații și cu cele trei necunoscute I1, I2, I3


  • Înlocuim datele numerice:


  • Scoatem pe I1 din prima ecuație: I1 = I3 – I2 și îl înlocuim în a doua ecuație


  • Se înlocuiește I2 într-o ecuație cu I3:


  • Din prima ecuație îl aflăm pe I1:



Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.19. Determină rezistenţa echivalentă a rezistoarelor din următoarea grupare mixtă:



Rezolvare:

  • Notăm pe rețea toate nodurile cu litere mari.

  • Mergem pe conturul circuitului de la un nod la altul și echivalăm grupările de rezistoare cu rezistoare echivalente, serie sau paralel.

  • Între nodul A și B, în partea stângă, avem 2 rezistoare pe aceeași latură (R1 și R2), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs1.

  • Între nodul A și B avem 2 rezistoare pe aceeași latură (R4 și R7), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs2.

  • Între nodul B și C avem 1 rezistor (R3), pe care îl copiem.

  • Între nodul A și C avem 2 rezistoare pe aceeași latură (R5 și R6), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs3.

  • Între nodul B și C avem sursa pe care o copiem.



  • Calculăm rezistențele echivalente :


Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare:

  • Între nodul A și B avem 2 rezistoare (Rs1 și Rs2) pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp1.

  • Restul schemei o copiem.



  • Calculăm rezistența echivalentă:


Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare:

  • Între nodul B și C avem 2 rezistoare (Rp1 și Rs3) pe aceeași latură, deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs4.


  • Calculăm rezistența echivalentă:


Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare:

  • Între nodul B și C avem 2 rezistoare (Rs4 și R3) pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp2.


  • Calculăm rezistența echivalentă a întregii grupări:


Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.20. Determină intensitățile curenților din următorul circuit ramificat:



  • Notăm cu litere mari nodurile rețelei (A și B).

  • Notăm laturile rețelei, stabilim arbitrar sensurile curenților de pe fiecare latură:

    • AE1B (I1)

    • AE2B (I2)

    • AR3B (I3)

  • Notăm ochiurile simple ale rețelei. Stabilim arbitrar (cum dorim) câte un sens de parcurs pentru fiecare ochi (orar sau antiorar).

  • Aplicăm prima teoremă a lui Kirchhoff: “Suma algebrică a intensităților curenților care intră într-un nod de circuit este egală cu suma intensităților curenților care ies din nodul respectiv“.

  • Pentru n = nr. noduri, se scriu (n-1) ecuații cu prima teoremă a lui Kirchhoff, aplicată nodurilor de rețea, în cazul nostru pentru un singur nod:

    • I1 + I2 = I3
  • Aplicăm a doua teoremă a lui Kirchhoff: “Suma algebrică a tensiunilor electromotoare pentru un ochi de circuit este egală cu suma algebrică a căderilor de tensiune din acel ochi de circuit“, pentru două ochiuri simple:



Facem un sistem de 3 ecuații și cu cele trei necunoscute I1, I2, I3.



  • Înlocuim datele numerice:


  • Scoatem pe I1 din prima ecuație:


  • Rezolvăm sistemul cu 2 ecuații și 2 necunoscute, prin reducere:


  • Înlocuim pe I3 într-o ecuație cu I2:


  • Schimbăm sensul curentului I2 ales inițial, arbitrar, pe rețea:


  • Din prima ecuație îl aflăm pe I1:


Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.21. Realizează electroliza fluorurii de zinc (ZnF2).



Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.22. Rezistența internă a unei baterii crește treptat în timp de când a fost fabricată, chiar dacă nu este folosită, tensiunea electromotoare a acesteia rămânând constantă. Astfel bateria, în timp, chiar dacă nu este folosită, va produce un curent de intensitate mai mică, crescându-i rezistența internă.

Poți determina vârsta unei baterii legând ampermetrul la bornele bateriei și citind intensitatea la scurtcircuit.

Pentru o baterie de 1,5 V, Isc = 2-3 A, când este nou fabricată.

a) Determină cât este rezistența internă a bateriei când este nouă și la ce valoare ajunge când Isc = 1,3 A.



b) Determină cât este rezistența internă a acumulatorului de 12V când este nou, știind că are o intensitate la scurtcircuit Isc = 40A.



Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.23. O sursă electrică cu t.e.m. de 12 V are o rezistență internă de 0,5 Ω. Ea este legată la un bec cu rezistența de 10 Ω.

Se cere:

a) Cât este intensitatea curentului ce trece prin bec dacă rezistența ampermetrului este de 0,001 Ω (considerăm că nu este un ampermetru ideal care are rezistența zero)?

b) Cât este intensitatea măsurată de ampermetru dacă scoatem becul din circuit ?

c) Cât este intensitatea curentului dacă la bornele becului legăm un voltmetru care nu este ideal, având o rezistență de 100.000 Ω ( voltmetrul ideal are rezistența care tinde spre infinit, pentru a nu permite treacerea curentului prin acesta și astfel se obține citirea corectă) ?

d) Dacă legăm direct voltmetrul la bornele sursei, cât este intensitatea curentului ?

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei:

    • E = 12 V

    • r = 0,5 Ω

    • Rb = 10Ω

    • RA = 0,001 Ω

    • RV = 100.000 Ω

a)



  • Becul și rezistorul ampermetrului și rezistența sursei sunt în serie și au rezistența echivalentă:


b)



  • Dacă ampermetrul ar fi fost unul ideal, cu rezistența 0, el ar fi scurtcircuitat sursa și ar fi măsurat curentul de scurtcircuit cu formula


  • Însă acest ampermetru nu are rezistența 0 și vom avea o intensitate:


c)



  • Rb și RV sunt în paralel și le calculăm rezistența echivalentă Rp:


  • Rp, RA și r sunt în serie și au rezistența echivalentă:


d)



  • Legând direct voltmetrul la sursă, r și RV vor fi în serie și intensitatea va deveni:


Dacă voltmetru ar fi fost unul ideal (cu rezistența infinită), intensitatea curentului ar fi fost zero.

Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.24. Un resort are lungimea inițială de 10 cm. Când suspendăm de el o tijă de fier cu mase marcate de 20 g, lungimea lui este de 14 cm. Sub tija de fier se așază un electromagnet legat la o baterie, caz în care lungimea resortului ajunge la 18 cm.

Se cere:

a) Greutatea tijei.

b) Forța de atracție a electromagnetului.

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei și le transformăm în SI:

    • l0 = 10 cm = 0,1 m

    • l1 = 14 cm = 0,14 m

    • l2 = 18 cm = 0,18 m

    • m = 20 g = 0,02 kg

  • a) Calculăm greutatea tijei cu masa marcată:

    • G = m ∙ g = 0,02 ∙ 10 = 0,2 N

    • Forța deformatoare este chiar greutatea tijei și ea produce o deformare de :

    • Δl1 = l1 – l0 = 0,14 – 0,10 = 0,04 m

    • F = G = k ∙ Δl1

  • b) Calculăm a doua deformare:

    • Δl2 = l2 – l0 = 0,18 – 0,10 = 0,08 m = 2 ∙ Δl1

    • Forța de atracție a electromagnetului asupra tijei de fier adunată cu greutatea tijei produce a doua deformare a resortului:

    • Fa + G = k ∙ Δl2

    • Fa = k ∙ Δl2 - k ∙ Δl1 = k ∙ 2Δl1 - k ∙ Δl1 = k ∙ Δl1 = G = 0,2 N

Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.25. Becurile B2 și B3 au valorile nominale de 6 V și 0,1 A și funcționează normal. Ampermetrul indică 300 mA. Este identic becul B1 cu becurile B2 și B3 ?



Rezolvare:



I = I1 + I2 = 0,3 A

I2 = I3 + I4 = 0,2 A

I3 = I4 = 0,1 A

I1 = 0,1 A

Curentul din ramura principală cu sursa și cu ampermetrul se ramifică pe laturile becurilor B2 și B3, care fiind identice și legate în paralel, vor avea fiecare un curent de intensitate egală cu jumătate din curentul I2, adică 0,1 A.

Becul B1 are tensiunea nominală de 6 V și intensitatea nominală de I1 = 0,1 A.

Deci becul B1 este identic cu becurile B2 și B3.



VIII.II.2. Exerciții - Fenomene electrice și magnetice

Exerciții recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.26. Două corpuri punctiforme, încărcate cu sarcinile q1 = 7 nC, respectiv q2 = 3 nC, se află la distanța de 10 cm în aer. Calculează și reprezintă forțele de interacțiune electrică.


2.27. Completează spațiile libere:

  • a) Curentul electric este ………………………………………. a purtătorilor de sarcină electrică printr-un circuit electric.

  • b) Generatoare electrice ( surse electrice ) sunt dispozitive care au rolul de a ………………….. și de a menține …………………………………… printr-un circuit.

  • c) Becul este un dispozitiv care transformă energia electrică în …………………

  • d) Rezistorul este un dispozitiv care transformă energia electrică în …………………

  • e) Motorul este un dispozitiv care transformă energia electrică în …………………

  • f) Curentul electric trece prin circuit când întrerupătorul este ……………………


2.28. Ce valoare are sarcina nucleului unui atom de sulf, știind că acesta are Z=16? Se dă e = sarcină electrică elementară = 1,6 ∙ 10-19 C.


2.29. Pe un bec este scris 100 W și 220 V. Becul alimentat la rețeaua electrică funcționează normal. Calculează:

  • a) Sarcina electrică ce trece prin filamentul becului într-o zi în care luminează 8 ore.

  • b) Puterea becului.

  • c) Energia electrică consumată de bec într-o lună de zile (cu media de 30 de zile), cu media de funcționare de 8 ore/zi, atât în J, cât și în kWh.

  • d) Care este costul energiei electrice consumată de 5 astfel de becuri într-o locuință într-o lună de zile, cunoscând prețul unui kWh de 0,8 lei ?

  • e) Dacă am înlocui cele 5 becuri de 100 W cu becuri economice de 23 W, ce economie de bani am face într-o lună de zile ?

Exerciții - Studiul experimental (calitativ) al efectului magnetic. Electromagneţi.

2.30. Priveşte cu atenţie imaginile ce urmează şi descoperă ce efect al curentului electric corespunde fiecăreia.

Efectul:

.........................................



..........................................



..........................................

Exerciții recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.31. Determină rezistenţa echivalentă a rezistorilor din următoarea grupare mixtă:

a)



b)




2.32. Determină intensitățile curenților din următorul circuit ramificat:




2.33. Realizează electroliza fluorurii de zinc (ZnF2).


2.34. Completează următoarele afirmații:

a) Efectul electrotermic constă în …………………..unui conductor la trecerea curentului electric prin el.

b) Efectul electrochimic constă în ………………..de gaze și ……………….de substanțe la cei doi ………………legați la o sursă electrică și introduși într-o soluție sau topitură de ………………….

c) Efectul electromagnetic constă în apariția unui ………………………… în jurul unui conductor la trecerea curentului prin el.


2.35. O bobină având în interior un miez de fier potcoavă, cu 150 spire și lungimea de 10 cm este alimentată la o baterie de 4,5 V. Ea atrage 5 agrafe de birou. Când atrage mai multe agrafe de birou:

a) Când o alimentăm la o sursă de 1,5 V sau 12 V?

b) Când micșorăm la jumătate lungimea bobinei, păstrând numărul de spire sau când îi dublăm lungimea?

c) Când îi punem un miez de fier bară sau unul închis?

d) Când dublăm numărul de spire sau când înjumătățim numărul de spire, la aceeași lungime a bobinei?


2.36. Avem un conductor de cupru legat la o baterie. În care din următoarele situații câmpul magnetic este cel mai intens?

a) Conductorul este înfășurat pe un cui?

b) Conductorul este liniar (întins)?

c) Conductorul este înfășurat pe un suport izolator?


2.37. Scrie în dreptul fiecărei afirmații ce efect al curentului electric are la bază:

a) Ampermetrul

b) Becul cu incandescență

c) Obținerea industrială a clorului

d) Purificarea metalelor

e) Plita electrică

f) Macaraua electromagnetică.


2.38. Avem următorul circuit electric în care cele două becuri sunt identice. Ampermetrul ideal indică 0,2 A, iar voltmetrul ideal indică 4V. Știind că bateria are 4,5 V, determină:

a) Valoarea rezistenței fiecărui bec.

b) Rezistența internă a bateriei.

c) Căldura degajată de un bec într-o oră de funcționare.





VIII.II.3. Test de autoevaluare - Fenomene electrice și magnetice

TEST1: Test de autoevaluare - Electrizare. Circuit electric simplu.

2.39. Două corpuri punctiforme, încărcate cu sarcinile q1 = 8 pC, respectiv q2 = -3 pC, se află la distanța de 20 cm în aer (constanta k= 9∙ 109 N ∙ m2/C2). Calculează și reprezintă forțele de interacțiune electrică.


2.40. Completează următoarele afirmații:

  • a) Electrizarea corpurilor prin frecare are loc printr-un transfer de ………………. de la un corp la altul.

  • b) Interacțiunile electrostatice sunt de două feluri :………………………………..

  • c) La electrizarea prin contact, corpul neutru se încarcă cu sarcină .................................................ca sarcina celui deja electrizat.

  • d) La electrizarea prin influență, corpul neutru se încarcă cu sarcină .............................................ca sarcina celui deja electrizat.


2.41. Completează în dreptul fiecărui simbol ce dispozitiv reprezintă:

a) ...................



b) ....................



c) ....................



d) ....................




2.42. Dă exemple de:

  • 2 surse electrice

  • 2 aparate electrocasnice care au ca piesă de bază un motor electric

  • 2 aparate electrocasnice care au ca piesă de bază un rezistor electric

  • 2 metale folosite la conductoarele de legătură.


2.43. Desenează schema unui circuit electric format din: acumulator electric, fier de călcat, bec, mixer și un întrerupător închis. Apoi arată pe desen sensul curentului electric.


2.44. Ce unități de măsură în SI au următoarele mărimi fizice:

  • Rezistența electrică

  • Intensitatea curentului electric.

  • Tensiunea electrică.

  • Puterea electrică

  • Energia electrică.


2.45. Ce instrumente de măsură în SI au următoarele mărimi fizice:

  • a) Intensitatea curentului electric.
  • b) Energia electrică.
  • c) Tensiunea electrică.
  • d) Puterea electrică
  • e) Rezistența electrică

2.46. Un bec este alimentat la o baterie pe care scrie 24 V și care are o tensiune internă de 2 V. Știind că prin bec trece un curent de 0,2 A, calculează:

  • a) Tensiunea la bornele becului.

  • b) Rezistența becului.

  • c) Intensitatea la scurtcircuit.

  • d) Energia electrică în kWh consumată de bec într-o lună de zile, știind că becul a funcționat 5 h pe zi.


Fiecare subiect are 1p, iar subiectul 8 are 2p. Din oficiu 1p.

TEST2: Test de autoevaluare - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2.47. Realizează electroliza fluorurii de zinc (ZnF2). -1p


2.48. Completează următoarele afirmații: -1p

a) Efectul electrochimic constă în ………………..de gaze și ……………….de substanțe la cei doi ………………legați la o sursă electrică și introduși într-o soluție sau topitură de ………………….

b) Efectul electrotermic constă în …………………..unui conductor la trecerea curentului electric prin el.

c) Efectul electromagnetic constă în apariția unui ………………………… în jurul unui conductor la trecerea curentului prin el.


2.49. Avem un conductor de cupru legat la o baterie. În care din următoarele situații câmpul magnetic este cel mai intens? -1p

a) Conductorul este înfășurat pe un cui?

b) Conductorul este liniar (întins)?

c) Conductorul este înfășurat pe un suport izolator?


2.50. Scrie în dreptul fiecărei afirmații ce efect al curentului electric are la bază: -1p

a) Macaraua electromagnetică.

b) Purificarea metalelor

c) Becul cu incandescență

d) Fierul de călcat


2.51. Determină rezistenţa echivalentă a rezistorilor identici din următoarea grupare mixtă: -2p




2.52. Determină intensitățile curenților din următorul circuit ramificat: -2p



Din oficiu: -2p



Clasa VIII - Cap.III - Fenomene optice

VIII.III.1. Probleme rezolvate - Fenomene optice

Problemă model - Refracția luminii. Indicele de refracție.

3.1. Să se calculeze indicele de refracție al apei, știind că viteza de propagare a luminii prin apă este 220.000.000 m/s. Voi trebuie să știți pe dinafară numai viteza luminii în vid.

  • Scriem datele problemei:

    • c = 300.000.000 m/s
    • v = 220.000.000 m/s
  • Scriem formula indicelui de refracție:

Problemă model - Refracția luminii. Indicele de refracție.

3.2. Să se calculeze viteza luminii prin diamant care are indicele de refracție de 2,42.

  • Scriem datele problemei:

    • c = 300.000.000 m/s
    • n = 2,42
  • Scriem formula indicelui de refracție:



  • Scoatem necunoscuta din ecuație, astfel n coboara la numitor și v urcă la numărător în partea opusă (fiind extremi pot schimba locul între ei).
Probleme model recapitulative – Reflexia luminii. Dispersia luminii. Culorile corpurilor. Refracția luminii. Legile refracției. Consecințele refracției.

3.3. O rază de lumină provenită din aer mediu cu n = 1 cade sub un unghi de incidență de 45° pe suprafața altui mediu. Știind unghiul de refracție de 30°, se cere:

a) Cât este unghiul de reflexie?

b) Cât este indicele de refracție al celui de-al doilea mediu ?

c) Desenul fenomenului de reflexie și de refracție suferite de acestă rază.

d) Calculează viteza luminii prin al doilea mediu.

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei:

    • n1 = 1

    • n2 = ?

    • i = 45°

    • r' = 30°

    • r = ? °

    • v2 = ?

a) Unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență de 45°.

b) Pentru a calcula indicele de refracție aplicăm legea a II-a a refracției:





c) Scriem formula indicelui de refracție și scoatem necunoscuta, v1:



Probleme model recapitulative – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.4. Un scafandru aflat la o adâncime de 2m îndreaptă lanterna telefonului acvatic spre suprafața apei. Știind indicele de refracție al apei de 4/3 și cel al aerului de 1, află suprafața circulară a luminii care iese din apă. Cum variază această suprafață a luminii ieșită în aer cu creșterea adâncimii scafandrului?

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei:

    • h = 2 m

    • n1 = 4/3

    • n2 = 1

    • S = ?

  • Se desenează traseul razelor de lumină care ies din apă:



  • Se aplică legea a II-a a refracției punând condiția ca unghiul de incidență să fie egal cu unghiul limită (i = l) și unghiul de refracție r = 90°. Știind că sin 90° = 1 obținem:


  • Calculăm cos i cu formula:


  • Calculăm tg i și raza suprafeței circulare:


  • Calculăm aria suprafeței circulare:


  • Observăm că raza suprafeței luminoase din aer este direct proporțională cu adâncimea scafandrului, deci aria acestei suprafeței crește odată cu adâncimea scafandrului.


Probleme model recapitulative – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.5. O prismă optică are unghiul refringent A = 90° și indicele de refracție √2 . Află dacă o rază de lumină ce cade pe o față a prismei sub un unghi de 45° poate suferi reflexie totală pe una dintre fețele prismei.



Rezolvare:

  • Secțiunea transversală a prismei este un triunghi dreptunghic isoscel cu A = 90° și B = C = 45°.


  • În ΔDI1I2: D = r' + i2


  • Pentru a afla unghiul limita aplicăm a II–a lege a refracției punând condiția ca unghiul de incidență să fie egal cu unghiul limită (i2 = l) și unghiul de refracție r' = 90°. Știind că sin 90° = 1 obținem:


  • Cum i2 > l și primul mediu (sticla prismei) are indicele de refracție mai mare decât al doilea mediu (aerul) înseamnă că sunt îndeplinite ambele condiții pentru a se produce reflexie totală.


Probleme model recapitulative – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.6. În fața unei lentile convergente cu distanța focală de 20 cm se așază o lumânare la o distanță de 60 cm.

Se cere:

a) Desenează formarea imaginii lumânării în această lentilă.

b) Calculează coordonata (distanța) la care trebuie așezat un ecran pe care să se formeze imaginea clară a lumănării.

c) De câte ori este mărită/micșorată imaginea? Caracterizează imaginea lumânării.

d) Câte dioptrii are această lentilă?

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • f = 20 cm (distanța focală a lentilei se ia pozitivă, întrucât lentila este convergentă și refractă lumina prin focarul pozitiv)

    • x1 = - 60 cm (distanța de la obiectul AB la lentilă se ia negativă, întrucât este pe axa numerelor întregi negativă)

    • x2 = distanța de la imaginea A'B' la lentilă = ?

    • β = ?

    • C = ?

a)



b) Scriem formula fundamentală a lentilelor subțiri:



c)



d) Calculăm convergența lentilei:





Probleme model recapitulative – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.7. Știind că microscopul are două lentile convergente, obiectivul are o distanță focală foarte mică și este așezat în apropierea obiectului și că ocularul preia imaginea formată de obiectiv și o mărește și mai mult decât obiectivul, imaginea finală fiind virtuală, desenează formarea imaginii unui obiect într-un microscop.

Rezolvare:




Probleme model recapitulative – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.8. Determinarea indicelui de refracție al unui mediu folosind rigla.

O rază de lumină (folosește un laser) intră într-un vas gol (cu aer) și apoi vasul se umple cu apă cu indice de refracție necunoscut. Află indicele de refracție al apei.



Rezolvare:

  • Se măsoară segmentele AB (înălțimea apei din vas), BC și BD cu ajutorul riglei (ruletei).

  • Se calculează cu ajutorul teoremei lui Pitagora AC și AD.



  • Se calculează sin i și sin r:


  • Aplicăm legea a doua a refracției, știind că naer = 1.


  • Scoatem necunoscuta napă:


Exemplu aplicativ :

AB = 4 cm

BC = 5 cm

BD = 2,5 cm

AC2 = AB2 + BC2 = 42 + 52 = 16 +25 = 41

AC = √41 = 7,21 cm

AD2 = AB2 + BD2 = 42 + 2,52 = 16 + 6,25 = 22,25

AD = √22,25 = 4,71 cm




Probleme model recapitulative – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.9. Scrie un cuvânt cu creionul roșu. Apoi cu un creion albastru taie cuvântul scris până nu se mai vede ce ai scris. Uită-te la ce ai scris cu un filtru albastru (corp transparent albastru). Ce observi ?

Privind prin geamul albastru vei vedea ce ai scris cu roșu. Care este explicația?

Geamul albastru este opac pentru lumina roșie, dar este transparent pentru lumina albastră, deoarece filtrul albastru transmite numai radiația albastră iar pe celelalte culori le absoarbe.

Filtrul albastru elimină propria culoare și de aceea noi nu vedem ștersătura cu culoarea albastră și vedem numai culoarea roșie reflectată de coala albă colorată cu roșu.


Probleme model recapitulative – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.10. De ce un om nu vede clar obiectele când înoată sub apă ? Care om, cu miopie sau cu hipermetropie, vede mai clar sub apă ?



Chiar dacă apa este limpede noi nu vedem clar în apă, deoarece apa are indicele de refracție aproximativ egal cu cel al umoarei apoase și sticloase astfel încât refracția luminii în ochi se produce puțin diferit ca în aer. În apă imaginea obiectelor nu se mai formează pe retină (ca în aer), ci în spatele ei și de aceea obiectele se văd cețoase (ca la hipermetropi).

Miopii văd mai clar sub apă decât oamenii normali sau cei cu hipermetropie, deoarece imaginea obiectelor la ei în aer se formează în fața retinei, iar sub apă se va deplasa mai spre retină.

Ochelarii de scafandru au lentile plan-concave (convergente), goale în interior, pentru ca lumina să intre în aerul din interiorul căștii și vederea să aibă loc ca în aer.




VIII.III.2. Exerciții - Fenomene optice

Exerciții recapitulative – Reflexia luminii. Dispersia luminii. Culorile corpurilor. Refracția luminii. Legile refracției. Consecințele refracției.

3.11. Completează următoarele afirmații:

a) Fenomenul de trecere al luminii în cel de-al doilea mediu se numește…………..

b) Fenomenul de întoarcere al luminii în primul mediu se numește………………..

c) Fenomenul descompunere al luminii albe în fascicule de culorile curcubeului se numește…………..

d) Oglinzile sunt corpuri ………………..și ……………………

e) Culorile curcubeului sunt ......................................................................................................................................................

f) Un corp opac negru ……………………… toate culorile.

g) Un corp opac alb ……………………… toate culorile.

h) Un corp opac roșu ……………………… culoarea roșie.

i) Un corp transparent roșu lasă …………………. prin el culoarea roșie.


3.12. Scrie ce fenomen este implicat în următoarele afirmații:

a) Un corp aflat în apă pare rupt la suprafața apei.

b) Formarea imaginii unui obiect într-o oglindă.

c) Obiectele aflate în apă par mai mari decât în realitate.

d) Apele limpezi sunt mult mai adânci decât par.

e) Licărirea stelelor.


3.13. Desenează razele reflectate și cele refractate în următoarele situații și apoi calculează viteza de propagare a luminii în mediile transparente:

a)



b)




3.14. Răspunde cu adevărat sau fals pentru afirmațiile următoare:

a) Indicele de refracție caracterizează un mediu transparent și depinde de viteza luminii în mediul respectiv.

b) Imaginea reală este imaginea formată la intersecția razelor refractate/reflectate.

c) Unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență.

d) Când primul mediu are indicele de refracție mai mare decât al celui de-al doilea, raza refractată se apropie de normală.

e) Unghiul de refracție este unghiul dintre raza refractată și normală.

f) Unghiul de reflexie este unghiul dintre raza reflectată și suprafața de separare.

g) Când lumina cade perpendicular pe suprafața de separare, ea nu își schimbă direcția de propagare.

h) Imaginea unui obiect într-o oglindă este reală.


3.15. O rază de lumină trece din diamant (n = 2,42) în aer (n = 1) sub un unghi de incidență de 15°. Află sinusul unghiului de refracție, știind că sin 15° este de 0,25. Cum este unghiul de refracție față de cel de incidență?


3.16. O rază de lumină provenită din aer cu n = 1, cade sub un unghi de incidență de 60° pe suprafața unui alt mediu. Știind unghiul de refracție de 30°, determină:

a) Unghiul de reflexie .-0,25p

b) Cât este indicele de refracție al celui de-al doilea mediu ?-0,75p

c) Desenul fenomenului de reflexie și de refracție suferite de acestă rază.- 1p

d) Calculează viteza luminii prin al doilea mediu.-0,5p

Exerciții recapitulative – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.17. Completează următoarele afirmații:

a) Fenomenul de reflexie care are loc cu un unghi de refracție de 90° se numește…………………………….

b) Lentilele sunt corpuri………………… și ……………………

c) Fibrele optice sunt ..................... subțiri de sticlă sau plastic, prin care lumina suferă o succesiune de reflexii .............................

d) Culorile primare din optică sunt........................, ........................și..................

e) Lentilele pozitive se numesc lentile………………………..

f) Lentilele negative se numesc lentile………………………..

g) Miopia este defectul de vedere când nu se văd clar obiectele ………….. Imaginea obiectelor se formează în ……….. retinei, ochiul miop fiind prea …………. Prin urmare miopia se corectează cu lentile ………………..

h) Hipermetropia este defectul de vedere când nu se văd clar obiectele …………. Imaginea obiectelor se formează în ……………. retinei, ochiul hipermetrop fiind prea puțin …………….. Prin urmare hipermetropia se corectează cu lentile ………………………..


3.18. Scrie ce fenomen este implicat în următoarele afirmații:

a) Fibrele optice folosite la internet și televiziunea prin cablu.

b) Formarea imaginii unui obiect într-o lentilă.

c) Catadioptrii roșii folosiți la panourile reflectorizante.

d) Endoscopul medical.

e) Ochelarii folosiți pentru defectele de vedere.


3.19. Desenează razele reflectate și cele refractate în următoarele situații și apoi calculează viteza de propagare a luminii în mediile transparente:

a)



b)



3.20. Care lentile din cele reprezentate sunt convergente, respectiv divergente?




3.21. Răspunde cu adevărat sau fals pentru afirmațiile următoare:

a) Imaginea reală este imaginea formată la intersecția razelor refractate/reflectate.

b) Lentila divergentă mărește scrisul.

c) Lentila convergentă este mai subțire la mijloc și mai groasă la capete.

d) Imaginea virtuală poate fi proiectată pe un ecran.

e) Lentila are un focar.

f) Distanța focală a unei lentile este distanța dintre centrul optic al lentilei și focar.

g) Convergența unei lentile divergente este negativă.

h) Convergența unei lentile se măsoară în dioptrii.

i) Lentila convergentă transformă un fascicul paralel într-un fascicul divergent.

j) Lupa este o lentilă divergentă.


3.22. O rază de lumină trece din diamant (n = 2,42) în aer (n = 1) sub un unghi de incidență de 15°. Se cere :

a) Sinusul unghiului de refracție, știind că sin 15° este de 0,25.

b) Poate avea loc reflexia totală pentru un alt unghi de incidență . Dacă da, calculează sinusul unghiului limită.


3.23. La ce adâncime se poate ascunde un peștișor în apă sub frunza unui lotus cu diametrul de 20 cm, știind indicele de refracție al apei de 4/3 și cel al aerului de 1?


3.24. Care sunt condițiile ca pe cer să apară curcubeul?


3.25. Descompunerea luminii albe în culorile curcubeului se poate observa nu numai pe cer la apariția curcubeului, ci și în alte situații : pe o peliculă de săpun, pe o peliculă de petrol, pe picăturile de rouă, pe marginea teșită a unei oglinzi etc. Cum se numește acest fenomen suferit de lumină?


3.26. În care din cele trei cazuri raza vine din aer (n = 1), trece prin plexiglas (n = 1,49) și iese în aer?




3.27. Maria când a venit azi la școală și-a uitat ochelarii de vedere acasă. Ea citește un exercițiu la fizică ținând cartea departe de ochi. Ce defect de vedere are ea?


3.28. Vlad când a venit azi la școală și-a uitat ochelarii de vedere acasă. El citește o problemă la fizică ținând cartea foarte aproape de ochi. Ce defect de vedere are el?


3.29. Cum poate un copil care nu știe ce defect de vedere are să își dea seama cu ajutorul ochelarilor săi și a caietului de fizică?


3.30. Câte dioptrii au ochelarii cu o distanță focală de 25 cm?


3.31. Cum poți determina distanța focală a unei lupe de ceasornicar?


3.32. De ce lumina pâlpâie deasupra flăcării unei lumânări?



VIII.III.3. Test de autoevaluare - Fenomene optice

TEST1: Test de autoevaluare – Reflexia luminii. Dispersia luminii. Culorile corpurilor. Refracția luminii. Legile refracției. Consecințele refracției.

3.33. Completează următoarele afirmații: 4x0,25p = 1p

a) Când lumina trece în cel de-al doilea mediu spunem că ea suferă fenomenul de …………………

b) Când lumina se descompune în fasciculele componente ale curcubeului spunem că ea suferă fenomenul de …………………

c) Când lumina se întoarce în primul mediu spunem că ea suferă fenomenul de ………………………………………

d) Când lumina se întoarce în primul mediu sau trece în al doilea mediu, ea își schimbă ………………………………


3.34. Scrie ce fenomen optic este implicat în următoarele afirmații:

a) Un corp aflat în apă pare rupt la suprafața apei. -0,25p

b) Licărirea stelelor. -0,25p

c) Formarea imaginii unui obiect într-o oglindă. -0,25p

d) Apele limpezi sunt mult mai adânci decât par. -0,25p


3.35. Răspunde la următoarele întrebări:

a) De ce un corp opac este negru? -0,25p

b) Un corp opac roșu, de ce are culoarea roșie? -0,25p

c) Unde trebuie să fie Soarele pentru a se forma curcubeul? -0,25p

d) Cum este imaginea unui obiect într-o oglindă plană? -0,25p

e) Ce aplicații are oglinda concavă? -0,25p

f) Ce aplicații are oglinda convexă? -0,25p

g) Când raza refractată se apropie de normală? -0,25p

h) Când unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență? -0,25p


3.36. O rază de lumină provenită din aer cu n = 1 cade sub un unghi de incidență de 30° pe suprafața unui mediu cu n = √3. Determină:

a) Unghiul de reflexie. -0,5p

b) Unghiul de refracție. -1p

c) Desenul fenomenului de reflexie și de refracție suferite de acestă rază. -1,5p

d) Calculează viteza luminii prin al doilea mediu. -1p

Oficiu -2p

TEST2: Test de autoevaluare – Reflexia totală. Lentile. Formarea imaginii unui obiect în lentile. Formulele lentilelor. Ochiul uman. Defecte de vedere.

3.37. Completează următoarele afirmații:

a) Reflexia totală are loc când lumina se întoarce în primul mediu având unghiul de refracție de ………. -0,25p

b) Culorile primare din optică sunt :...................................................... -0,25p

c) Pentru a avea loc reflexia totală indicele primului mediu trebuie să fie mai ...........decât al celui de-al doilea. -0,25

d) Distanța focală este distanța dintre centrul optic și ...............al lentilei. -0,25p


3.38. Scrie ce fenomen optic este implicat în următoarele afirmații:

a) Formarea imaginii în lentile. -0,25p

b) Fibrele optice folosite la internet și televiziunea prin cablu. -0,25p

c) Ochelarii de vedere corectează defectele de vedere. -0,25p

d) Catadioptrii roșii folosiți la panourile reflectorizante. -0,25p


3.39. Răspunde la următoarele întrebări:

a) Ce obiecte nu vede clar un miop? -0,25p

b) Cu ce lentile se corectează miopia? -0,25p

c) Unde se formează imaginea obiectelor la ochiul hipermetrop? -0,25p

d) Ce rol joacă cristalinul pentru vederea noastră? -0,25p


3.40. O rază de lumină provenită din apă cu n = 1,33 pe suprafața apei. Știind indicele de refracție al aerului n = 1, unghiul limită al acestei perechi apă-aer de 49°, desenează o rază de lumină reflectată total în apă. -1p


3.41. În fața unei lentile divergente cu distanța focală de 30 cm se așază un bec la o distanță de 40 cm. Se cere:

a) Desenează formarea imaginii becului în această lentilă. -1,25p

b) Calculează coordonata (distanța) la care se formează imaginea clară a becului față de lentilă. – 1p

c) Caracterizează imaginea becului. – 0,75p

d) De câte ori este mărită/ micșorată imaginea? -0,5p

e) Câte dioptrii are această lentilă? -0,5p

Oficiu -2p