CÍTITE POHYBY MOLEKÚL VO VZDUCHU?

Vzduch sa skladá z rôznych molekúl, ktoré však nie sú v pokoji. Pohybujú sa na naše pomery pomerne veľkými rýchlosťami . . .

• Vysvetlite, čo znamená, že pohyb molekúl vzduchu je chaotický.
• Definujte strednú kvadratickú rýchlosť pohybu molekúl veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite túto rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi strednou kvadratickou rýchlosťou pohybu molekúl ideálneho plynu a jeho termodynamickou teplotou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi strednou kinetickou energiou molekuly ideálneho plynu, ktorú má v dôsledku neusporiadaného pohybu molekúl, a termodynamickou teplotou tohto plynu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte strednú kinetickú energiu molekuly rôznych plynov pri tej istej teplote. Vysvetlite toto porovnanie.
• Porovnajte strednú kvadratickú rýchlosť pohybu molekuly rôznych plynov pri tej istej teplote. Vysvetlite toto porovnanie.
• Vyjadrite vzťah medzi relatívnou atómovou hmotnosťou prvku a hmotnosťou atómu tohto prvku veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte strednú kvadratickú rýchlosť pohybu molekúl dusíka a kyslíka pri teplote 20^oC.
• Vypočítajte strednú kinetickú energiu pohybu molekuly dusíka a molekuly kyslíka pri teplote 20^oC.

10.2

PREČO VPLÝVA POHYB MOLEKÚL NA TLAK PLYNU?

Ak sa " stretnú " molekuly plynu pri svojom pohybe, ovplyvňujú navzájom svoj pohyb . . .

• Vysvetlite, akým spôsobom na seba navzájom molekuly pri ich "stretnutí" pôsobia?
• Ak je plyn uzavretý v nádobe, molekuly v dôsledku neusporiadaného pohybu narážajú na steny nádoby. Vysvetlite takýto "náraz" z hľadiska silového pôsobenia medzi stenou a molekulou.
• Zadefinujte fyzikálnu veličinu tlak veličinovou rovnicou - základnou rovnicou pre tlak ideálneho plynu. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Na základe predchádzajúcej rovnice vysvetlite, od čoho všetkého závisí veľkosť tlaku plynu v uzavretej nádobe.
• Vyjadrite vzťah medzi strednou kvadratickou rýchlosťou pohybu molekúl ideálneho plynu a jeho termodynamickou teplotou veličinovou rovnicou. Vplýva teplota plynu v uzavretej nádobe na jeho tlak? Svoje tvrdenie vysvetlite.
• Vypočítajte tlak kyslíka O₂ v uzavretej nádobe, ak jeho hustota je 1,41 kg.m^-3 a stredná kvadratická rýchlosť pohybu molekúl kyslíka je 461 m.s^-1.
• Aká je teplota daného plynu?

10.3

KOĽKO MOLEKÚL JE V SIFÓNOVEJ BOMBIČKE?

Ak sifónovú fľašu napustíme oxidom uhličitým CO₂ , vznikne v nej tlak približne 0,2 MPa. Viete odhadnúť, koľko molekúl oxidu uhličitého sa v tejto fľaši nachádza?

• Nakreslite schematicky sifónovú fľašu, jej vnútro a vysvetlite princíp jej činnosti .
• Napíšte stavovú rovnicu pre ideálny plyn v takom tvare, aby sa v rovnici vyskytoval počet molekúl plynu. Popíšte veličiny, ktoré sa v rovnici nachádzajú. Vysvetlite túto závislosť medzi fyzikálnymi veličinami.
• Vyjadrite vzťah medzi objemom gule a jej polomerom veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Sifónová fľaša má približne guľovitý tvar s vnútorným priemerom 20 cm. Vypočítajte jej vnútorný objem.
• Vypočítajte, koľko molekúl oxidu uhličitého CO₂ , je v sifónovej fľaši, ak teplota v nej je 20^oC.
• Bombička do sifónovej fľaše po jej vypustení zostane studená a na povrchu je niekedy pokrytá ľadom. Vysvetlite prečo.

10.4

AKO SA SPRÁVA VZDUCHOVÁ BUBLINA V KVAPALINE?

Ak v kvapaline vznikne vzduchová bublina, stúpa smerom nahor. Pritom sa menia jej rozmery . . .

• Nakreslite vzduchovú bublinu v kvapaline v hĺbke h pod voľnou hladinou kvapaliny.
• Akým tlakom je stláčaná vzduchová bublina (berte do úvahy aj atmosferický tlak)? Aký je tlak vzduchu v nej? Porovnajte tieto tlaky. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Ak vzduchová bublina začne stúpať smerom nahor v kvapaline, uvedené tlakové pomery sa menia. Ako sa mení tlak vzduchu v bubline pri jej stúpaní nahor? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Vyjadrite vzťah medzi tlakom vzduchu v bubline v hĺbke h pod voľným povrchom hladiny kvapaliny, touto hĺbkou h a vonkajším atmosferickým tlakom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi tlakom vzduchu v bubline tesne pod voľným povrchom hladiny kvapaliny (h je nulové) a vonkajším atmosferickým tlakom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vzduch v bubline prechádza postupne rôznymi stavmi. Napíšte stavovú rovnicu ideálneho plynu v tvare, ktorý porovnáva dva rôzne stavy toho istého plynu. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi objemom vzduchovej bubliny a jej polomerom veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Vzduchová bublina s polomerom 5,0mm stúpa z dna jazera hlbokého 20,7 m. Teplota jazera v tejto hĺbke je 7^oC a pri hladine 27^oC. Aký bude polomer bubliny, keď sa dostane k hladine? Vonkajší atmosferický tlak je 101325 Pa.

10.5

KOĽKO PLYNU JE V ŽIAROVKE?

Žiarovka je naplnená plynom argónom . . .

• Ktorými veličinami je charakterizovaný stav plynu v žiarovke?
• Vyjadrite vzťah medzi týmito fyzikálnymi veličinami veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Medzi teplotou plynu v žiarovke, keď svieti a keď nesvieti, je rozdiel niekoľko sto stupňov celzia. Na ktorú stavovú veličinu vplýva zmena teploty v prostredí žiarovky? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Vyjadrite vzťah medzi mólovou hmotnosťou argónu a jeho relatívnou atómovou hmotnosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte, koľko gramov argónu obsahuje žiarovka s objemom 250 cm3, v ktorej pri teplote 293 K je vnútorný tlak 2,66.10² Pa (relatívna atómová hmotnosť argónu je 39,95).
• Ako sa zmení vnútorný tlak plynu v žiarovke, ak po jej rozsvietení je teplota plynu v nej 573 K?

10.6

AKO SA MENÍ STAV PALIVOVEJ ZMESI V MOTORE AUTOMOBILU?

Do valcov spaľovacích motorov je nasávaná výbušná zmes, ktorej stav sa veľmi rýchlo mení . . .

• Z akých taktov sa skladá činnosť štvortaktného spaľovacieho motora? Vysvetlite, čo sa pri jednotlivých taktoch v motore automobilu deje.
• Vysvetlite rozdiel medzi princípom činnosti štvortaktného spaľovacieho a štvortaktného zážihového motora.
• Ako sa mení objem palivovej zmesi vo valci počas druhého taktu?
• Ako sa mení tlak palivovej zmesi vo valci počas druhého taktu?
• Ako sa mení teplota palivovej zmesi vo valci počas druhého taktu?
• Palivová zmes je vo valci v uzatvorenom pracovnom priestore, jej hmotnosť je stála. Vyjadrite vzťah medzi stavovými fyzikálnymi veličinami pre dva rôzne stavy toho istého množstva plynu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte teplotu palivovej zmesi na konci kompresie, ak sa kompresiou zmenší jej objem o 5/6 z pôvodného objemu a tlak sa zvýši 10 - krát. Pri nasávaní má výbušná zmes teplotu 45^oC.

10.7

PREČO SA VŽDY IDE ZAHRIEVACIE KOLO FORMULY 1?

Pred samotným začiatkom pretekov Formuly 1 sa vždy ide takzvané zahrievacie kolo . . .

• Viete vysvetliť zmysel tohto zahrievacieho kola?
• Prejaví sa jazda automobilu na teplote jeho brzdových diskov, kolies a pneumatík? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• V pneumatikách automobilu je vzduch, ktorého hmotnosť je stála. Ktorými veličinami môžeme stav vzduchu v pneumatike charakterizovať? Zmenia sa veľkosti týchto veličín po prejdení zahrievacieho kola?
• Porovnajte objem pneumatiky pred a po prejdení zahrievacieho kola. Ako sa zmení?
• V pneumatike je stále to isté množstvo vzduchu. Vyjadrite vzťah medzi stavovými fyzikálnymi veličinami tlak plynu a jeho termodynamická teplota pre dva rôzne stavy toho istého množstva plynu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte tlak vzduchu v pneumatike automobilu po prejdení zahrievacieho kola, ak pred ním je tlak vzduchu v pneumatike 250 kPa a počas jazdy sa jeho teplota zvýšila zo 17^oC na 77^oC?

10.8

KOĽKO KYSLÍKA JE V KYSLÍKOVEJ BOMBE?

Kyslíkové bomby sú potrebné pri zváraní plameňom. Napĺňajú sa v továrňach, kyslík v nich je pod určitým tlakom . . .

• Ktorými fyzikálnymi veličinami je charakterizovaný stav kyslíka v kyslíkovej bombe?
• Pri napĺňaní je potrebné stlačiť určitú hmotnosť kyslíka do objemu bomby. Veľkosti niektorých stavových veličín sa pritom menia. Vysvetlite, ktoré veličiny menia svoju veľkosť a prečo.
• Naplnenie prebehne pomerne rýchlo, teplotu kyslíka pri jeho napĺňaní môžeme považovať za stálu. Vyjadrite vzťah medzi stavovými fyzikálnymi veličinami pre dva rôzne stavy toho istého množstva plynu so stálou teplotou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte koľko m³ kyslíka s tlakom 10⁵ Pa sa spotrebuje na naplnenie bomby s objemom 30 l na tlak 15 MPa.

10.9

MÔŽEME ZOHRIAŤ PLYN BEZ ZMENY JEHO TLAKU?

Pri izobarickom deji s ideálnym plynom so stálou hmotnosťou zostáva tlak plynu konštantný . . .

• Vyjadrite vzťah medzi objemom a termodynamickou teplotou plynu pri izobarickom deji s ideálnym plynom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite všeobecne konštantu úmernosti medzi nimi (využite pritom stavovú rovnicu ideálneho plynu s využitím hmotnosti plynu ).
• Vypočítajte hodnotu tejto konštanty pre kyslík O₂ s hmotnosťou 40 g a tlakom 10⁵ Pa.
• Vyjadrite vzťah medzi veličinami objem a teplota tohto kyslíka grafom. Riešte pre teplotný interval 0^oC - 100^oC.

10.10

VIETE, AKÝ JE VÝKON PARNÉHO STROJA?

V parnom stroji koná prácu para, ktorá má vysokú teplotu a veľký tlak . . .

• V akom zariadení sa získava para s vysokou teplotou a veľkým tlakom? Kde sa takéto zariadenie využíva?
• Kedy para koná prácu? Svoje tvrdenie vysvetlite.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou práce vykonanej parou pri stálom tlaku a zmenou objemu pary veličinovou rovnicou. Popíšte veličiny, ktoré vo vzťahu vystupujú.
• Vypočítajte prácu, ktorú vykoná para v parnom stroji počas jedného zdvihu piesta, ak jej priemerný tlak na piest je 1,6.10⁶ Pa, plošný obsah piesta je 750 cm³ a zdvih 50 cm.
• Akú prácu vykoná para v priebehu 20 zdvihov?
• Vyjadrite vzťah medzi výkonom stroja, celkovou vykonanou prácou za čas t a týmto časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Aký je výkon stroja, ak vykoná 20 zdvihov za jednu minútu?

späť