KOĽKO ATÓMOV JE V KILOGRAMOVOM ŽELEZNOM ZÁVAŽÍ?

Pri vážení sa používajú železné závažia. Určite si viete predstaviť závažie s hmotnosťou 1 kg . . .

• Aké sú približne rozmery tohto závažia? Odhadnite jeho objem.
• Železné závažie je zložené z atómov železa. Popíšte spôsob, ako by ste mohli vypočítať, koľko atómov sa nachádza v závaží s hmotnosťou 1 kg. Uveďte aspoň dva spôsoby určenia tohto počtu. Pri každom spôsobe uveďte veličiny, ktoré by ste pri výpočte museli poznať.
• Vyjadrite vzťah medzi relatívnou atómovou hmotnosťou prvku a pokojovou hmotnosťou atómu tohto prvku veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte hmotnosť jedného atómu železa, ak viete, že jeho relatívna atómová hmotnosť je A_r = 55,85 .
• Vyjadrite vzťah medzi celkovou hmotnosťou závažia, hmotnosťou jedného atómu a počtom atómov, z ktorých sa závažie skladá, veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte približný počet atómov, ktoré sú obsiahnuté v závaží s hmotnosťou 1 kg.
• Aký dlhý rad by vznikol zoradením všetkých týchto atómov tesne vedľa seba, ak priemer jedného atómu je 10^-10m?
• Vyslovte záver z vypočítaných hodnôt. Prekvapili vás tieto čísla?

9.2

MNOŽSTVO LÁTKY A MÓLY?

Pod pojmom množstvo látky si zvyčajne predstavujeme jej hmotnosť alebo objem. V sústave SI však fyzikálna veličina látkové množstvo má jednotku 1 mól . . .

• Z hľadiska čoho je v sústave SI definované látkové množstvo?
• Koľko častíc obsahuje 1 mól látky?
• Vyjadrite vzťah medzi látkovým množstvom a počtom častíc veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Definujte fyzikálnu veličinu mólová hmotnosť, vyjadrite vzťah medzi mólovou hmotnosťou, hmotnosťou telesa a látkovým množstvom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi mólovou hmotnosťou a relatívnou atómovou hmotnosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi hustotou telesa, jeho hmotnosťou a objemom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi relatívnou molekulovou hmotnosťou a relatívnymi atómovými hmotnosťami atómov, z ktorých sa daná molekula skladá.
• Vypočítajte látkové množstvo 10 cm³ vody.
• Možno naliať do litrovej fľaše vodu s látkovým množstvom 1000 mólov?

9.3

PREČO SA LETIACA GUĽKA PRI ZASTAVENÍ ZOHREJE?

Na strelnici býva zvyčajne terč upevnený na drevenej doske. Po zásahu môže vzniknúť situácia, že olovená guľka uviazne v drevenej doske a navyše sa zmení jej . . .

• Nakreslite situáciu, keď sa letiaca guľka nachádza ešte pred terčom. Vyznačte v obrázku vektor rýchlosti pohybu guľky.
• Z akých druhov energie pozostáva celková energia letiacej guľky?
• Nakreslite situáciu, keď je guľka uviaznutá v drevenej doske. Zmenila sa energia guľky? Ktorý druh energie a ako?
• Prejaví sa zmena niektorého druhu energie na teplote guľky ? Ktorého druhu energie a ako sa zmení teplota guľky?
• Vyjadrite vzťah medzi kinetickou energiou guľky, jej hmotnosťou a veľkosťou rýchlosti jej pohybu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi teplom prijatým telesom, jeho hmotnosťou a zmenou jeho teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Predpokladajme, že po náraze guľky na drevenú dosku sa 50 % jej kinetickej energie premení na jej vnútornú energiu. Zapíšte túto súvislosť veličinovou rovnicou a doplňte rovnicu veličinou teplo.
• Vypočítajte za týchto podmienok prírastok teploty strely po jej uviaznutí v drevenej doske, ak viete, že olovená guľka letela pred nárazom na terč rýchlosťou 100 m.s^-1 ( merná tepelná kapacita olova je 0,129 kJ.kg^-1.K^-1).
• Na čo sa premení zvyšných 50 % jej kinetickej energie?

9.4

AKO RÝCHLO SA UVARÍ VODA NA KÁVU PONORNÝM VARIČOM?

Ponorný varič je vlastne kovová špirála zohrievaná prechodom elektrického prúdu cez ňu. Špirálu ponoríme do vody a tá po určitom čase začne vrieť . . .

• Vysvetlite, prečo sa kovové vodiče prechodom elektrického prúdu zahrievajú?
• Od čoho závisí, ako rýchlo sa elektrický vodič zohreje na určitú teplotu?
• Vyjadrite vzťah medzi účinnosťou variča, jeho príkonom a výkonom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi výkonom variča, celkovou energiou odovzdanou vode za čas t a týmto časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Pri varení vody ponorným varičom odovzdáva kovová špirála energiu - teplo vode. Vypočítajte množstvo tepla prijatého vodou za jednu sekundu, ak je príkon špirály 500W a účinnosť odovzdávania energie je 95 %?
• Vyjadrite vzťah medzi teplom prijatým vodou, jej hmotnosťou a zmenou jej teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte, za aký čas sa zohreje ponorným varičom voda potrebná na uvarenie šálky čiernej kávy, ak objem zohrievanej vody je 150 cm³, jej začiatočná teplota15^oC a výsledná teplota 100^oC?
• Vysvetlite, prečo je varenie malého množstva vody v nádobe ohrievanej zospodu varičom neekonomické?

9.5

PREČO TEPLOMER MUSÍ BYŤ V STYKU S MERANÝM TELESOM?

Meranie teploty teplomerom je založené na poznatku, že dvom telesám v rovnovážnom stave priraďujeme rovnakú teplotu. Pred uvedením do ich vzájomného styku sú ich teploty rôzne . . .

• Aký fyzikálny dej nastáva od okamihu, keď obidve telesá dáme do vzájomného styku?
• Nakreslite schematicky teplotnú stupnicu, vyznačte na nej začiatočné teploty telesa a teplomera a ich výslednú teplotu po dosiahnutí rovnovážneho stavu sústavy oboch telies.
• Vyznačte na teplotnej stupnici intervaly zmeny teploty telesa a teplomeru. Napíšte veličinové rovnice pre výpočet veľkosti týchto intervalov.
• Vyjadrite vzťah medzi prijatým alebo odovzdaným teplom telesom, jeho hmotnosťou a zmenou teploty veličinovou rovnicou. Popíšte veličiny, ktoré v rovnici vystupujú.
• Porovnajte teplo prijaté a odovzdané teplomerom a telesom. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi teplom prijatým telesom, tepelnou kapacitou tohto telesa a jeho hmotnosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Teplomer ponorený do vody s hmotnosťou 6,7 g zvýšil svoju teplotu o T = 14,6 K a ukazuje teplotu 32,4^oC. Aká bola teplota vody pred meraním, ak tepelná kapacita teplomera je 1,92 J.K^-1?

9.6

AKÁ JE HUSTOTA MOLEKÚL V OCEĽOVÝCH FĽAŠIACH NA ZVÁRANIE?

Pri zváraní kovov plameňom sa používa kyslík a acetylén. Obidva plyny sú v oceľových fľašiach . . .

• Na obidvoch fľašiach sú manometre. Vysvetlite ich význam.
• Ako ovplyvňuje množstvo plynu v oceľovej fľaši číselnú hodnotu, ktorú ukazujú manometre?
• Od akých veličín závisí hodnota tlaku plynu v uzavretej nádobe? Vyjadrite túto závislosť medzi veličinami základnou rovnicou pre tlak ideálneho plynu. Popíšte veličiny, ktoré sa v tejto rovnici nachádzajú.
• Závisí veľkosť tlaku plynu v uzavretej nádobe od jeho teploty? Ktorá z veličín v základnej rovnici pre tlak ideálneho plynu zmenou teploty mení svoju veľkosť?
• Vyjadrite vzťah medzi týmito veličinami veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi relatívnou atómovou hmotnosťou prvku a hmotnosťou atómu tohto prvku veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte hustotu molekúl kyslíka v oceľovej fľaši, v ktorej je tlak 3 MPa a teplota 27^oC?
• Vyjadrite vzťah medzi strednou kvadratickou rýchlosťou pohybu molekúl ideálneho plynu a jeho teplotou veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte strednú kvadratickú rýchlosť pohybu molekúl kyslíka za uvedených podmienok.

9.7

POZOR, KLINEC PO ZATĹKANÍ MÔŽE BYŤ AJ HORÚCI

Pri zatĺkaní klinca kladivom do dosky dochádza k vzniku veľkých trecích síl a následne sa zmení . . .

• Popíšte tento jav z energetického hľadiska. Akú energiu má kladivo v okamihu dopadu na klinec? Na akú energiu sa táto energia kladiva po údere premení?
• Vyjadrite vzťah medzi kinetickou energiou kladiva, jeho hmotnosťou a veľkosťou rýchlosti jeho pohybu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte kinetickú energiu kladiva, ak na klinec dopadá rýchlosťou 12 m.s^-1 a má hmotnosť 0,5 kg.
• Vypočítajte, ako sa zmení vnútorná energia klinca za predpokladu, že 60 % kinetickej energie kladiva sa mení pri údere na vnútornú energiu klinca.
• Ako sa táto zmena vnútornej energie prejaví na teplote klinca?
• Vyjadrite vzťah medzi prijatým alebo odovzdaným teplom telesom, jeho hmotnosťou a zmenou teploty veličinovou rovnicou. Popíšte veličiny, ktoré v rovnici vystupujú.
• O koľko sa zmení teplota klinca, ak jeho hmotnosť je 50 g (merná tepelná kapacita železa je 452 J.kg^-1.K^-1)?

9.8

PREČO SÚ MEDZI ŽELEZNIČNÝMI KOĽAJNICAMI MEDZERY?

Železničné koľajnice bývajú kladené tak, že medzi nimi po určitej vzdialenosti sú niekoľko milimetrové medzery . . .

• Vysvetlite, prečo nemôžu byť železničné koľajnice kladené súvislo bez toho, aby medzi nimi neboli medzery.
• Vysvetlite príčinu teplotnej rozťažnosti koľajníc z hľadiska molekulovo - kinetickej teórie látok.
• Vyjadrite vzťah medzi dĺžkou koľajnice po jej zohriatí a zmenou jej teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Železničná koľajnica má pri teplote 0^oC dĺžku 10 m. Vypočítajte jej dĺžku v lete, keď teplota stúpne na 40^oC (teplotný súčiniteľ dĺžkovej rozťažnosti železa je 12.10^-6 K^-1).
• Vypočítajte dĺžku železničnej koľajnice v zime, keď jej teplota klesne na - 20^oC.
• O koľko sa zmení dĺžka železničnej koľajnice v lete oproti zime?

9.9

NAFTA SA PREPRAVUJE V CISTERNÁCH, ALE NEMÔŽU BYŤ ÚPLNE PLNÉ

Pri preprave nafty v cisternových vagónoch môže dôjsť k zmene jej teploty až o niekoľko desiatok stupňov celzia . . .

• Vysvetlite, prečo sa cisternové vagóny nemôžu pri ich preprave úplne naplniť kvapalinou .
• Vysvetlite príčinu teplotnej rozťažnosti kvapalín z hľadiska molekulovo - kinetickej teórie látok.
• Vyjadrite vzťah medzi objemom nafty po jej zohriatí a zmenou jej teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi hustotou látky, z ktorej je teleso, hmotnosťou telesa a jeho objemom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Cisternový vagón bol naplnený 50 t nafty s hustotou 0,76.10³ kg.m^-3, pri teplote 10^oC. Vypočítajte, o koľko sa zmení objem tejto nafty, keď sa jej teplota zvýši o 20^oC. Teplotný súčiniteľ objemovej rozťažnosti nafty je 1.10^-3 K^-1.
• Čo by sa mohlo stať, keby bola cisterna úplne naplnená?

9.10

PREČO SA PALIVOVÁ ZMES V MOTOROCH ZOHRIEVA AJ STLÁČA?

Palivová zmes v motoroch automobilov je vstrekovaná do horúceho prostredia a stláčaná pri pohybe piestu nahor . . .

• Vyslovte a napíšte veličinovou rovnicou prvý termodynamický zákon.
• K akej zmene vnútornej energie palivovej zmesi dochádza po jej vstreknutí do pracovného priestoru valcov počas pohybu piesta smerom nahor (stláčanie)?
• Vypočítajte zmenu vnútornej energie palivovej zmesi, ak po jej vstreknutí do pracovného priestoru prijme teplo 2,4 MJ a vonkajšie sily pri pohybe piestu nahor vykonajú prácu 3,1 MJ.
• Ako sa prejaví zmena vnútornej energie palivovej zmesi na jej teplote?
• Vysvetlite princíp zapálenia palivovej zmesi vo vznetových motoroch.

späť