MENÍ SA ENERGIA KVAPALINY PRI JEJ ROZPRAŠOVANÍ?

Mechanický rozprašovač vody sa používa na zvlhčenie prostredia v okolí rastlín. Voda je pritom rozprášená na drobné vodné kvapôčky . . .

• Vysvetlite existenciu povrchovej vrstvy kvapalín z energetického hľadiska.
• Vyjadrite vzťah medzi zmenou energie povrchovej vrstvy kvapaliny a zmenou plošného obsahu povrchu kvapaliny veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi plošným obsahom povrchu kvapky, ak je jej tvar guľovitý a jej polomerom veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Porovnajte plošný obsah povrchu jednej veľkej kvapky, ktorú rozprášime na drobné kvapôčky s plošným obsahom povrchu všetkých kvapôčok z nej vzniknutých. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi objemom kvapky, ak jej tvar je guľovitý a jej polomerom veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Porovnajte objem jednej veľkej kvapky, ktorú rozprášime na drobné kvapôčky s objemom všetkých kvapôčok z nej vzniknutých. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Koľkokrát sa zväčší povrchová energia drobných vodných kvapôčok s polomermi 3.10^-5 mm, ktoré vzniknú rozprášením jednej vodnej kvapky s polomerom 3 mm?

12.2

PREČO ODKVAPNE PRÁVE TAKÁ VEĽKÁ KVAPKA?

Z rúrky odkvapkáva voda nasledovne: najskôr sa vytvára pri ústí rúrky malá kvapka, ktorá sa neustále zväčšuje a pri určitej veľkosti sa od rúrky odtrhne a odkvapne . . .

• Nakreslite zvislú rúrku a na jej konci kvapku vody. Vyznačte do obrázku vektory síl, ktoré na kvapku pôsobia.
• Vyjadrite vzťah medzi tiažovou silou a hmotnosťou telesa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou povrchovej sily a dĺžkou okraja povrchovej vrstvy kvapaliny veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Čo je v prípade kvapky vytvorenej na rúrke dĺžka okraja povrchovej vrstvy?
• Ktorá zo síl pôsobiacich na kvapku mení svoju veľkosť so zväčšovaním objemu kvapky? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Porovnajte veľkosti síl pôsobiacich na kvapku v okamihu jej odkvapnutia z rúrky. Zdôvodnite toto porovnanie a zapíšte ho veličinovou rovnicou.
• Vypočítajte hmotnosť kvapky, ktorá odkvapne z rúrky priemerom 1 mm. Povrchové napätie vody je 73 mN.m^-1.
• Vypočítajte, ako sa zmení hmotnosť odkvapnutej vody, ak použijeme rúrku s priemerom 2 mm?

12.3

PREČO MÚRY NIEKTORÝCH BUDOV ZOSPODU VLHNÚ?

Pojmom kapilárne javy označujeme zvýšenie alebo zníženie hladiny kvapaliny v kapiláre oproti voľnému povrchu hladinu kvapaliny v nádobe . . .

• Nakreslite kapiláru ponorenú v kvapaline a hladinu kvapaliny v kapiláre vyššie, ako hladinu kvapaliny v nádobe.
• Zakreslite do obrázku vektory síl, ktoré pôsobia na kvapalinu v kapiláre nad voľným povrchom hladiny v nádobe. Vysvetlite príčinu existencie týchto síl.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou hydrostatického tlaku v kvapaline, jej hustotou a výškou stĺpca kvapaliny veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi kapilárnym tlakom a polomerom zakrivenia kapiláry veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte veľkosti hydrostatického tlaku a kapilárneho tlaku pôsobiaceho na kvapalinu v kapiláre v okamihu, keď je hladina kvapaliny v kapiláre ustálená. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Do akej výšky vystúpi voda v kapiláre s vnútorným priemerom 0,5 mm? Povrchové napätie vody je 73 mN.m^-1.
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťou kvapaliny v kapiláre nad voľnou hladinou kvapaliny v nádobe a jej objemom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte hmotnosť vody, ktorá v kapiláre do danej výšky vystúpi, ak kapilárna elevácia prebieha pri teplote 20 ^oC.
• Ako sa zmení výška výstupu vody v kapiláre s dvojnásobným priemerom?
• Uveďte príklady existencie kapilárnej elevácie v prírode.

12.4

JE HUSTOTA KVAPALINY VELIČINA STÁLA?

Ak chceme zistiť, či kvapalina nie je zriedená inou kvapalinou, odmeriame jej hustotu. Pritom však musíme dať pozor na . . .

• Hustotu kvapalín môžeme zistiť hustomerom. Vysvetlite, na akom princípe pracuje hustomer.
• Vyjadrite vzťah medzi hustotou látky, z ktorej je teleso, jeho hmotnosťou a objemom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Ktoré z veličín v definičnom vzťahu hustoty menia svoju veľkosť so zmenou teploty látky? Svoje tvrdenie vysvetlite.
• Vysvetlite, aké zmeny nastávajú v štruktúre látky, ak sa mení jej teplota a nenastáva skupenská premena látky.
• Vyjadrite vzťah medzi objemom kvapaliny po zmene jej teploty a touto zmenou teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Upravte predchádzajúci vzťah tak, aby ste získali závislosť medzi veličinami hustota kvapaliny a zmena jej teploty. Popíšte a vysvetlite získanú závislosť.
• Hustota benzínu pri teplote 20 ^oC je 690 kg.m^-3. Vypočítajte, akú hustotu by ste namerali hustomerom pri kontrole benzínu v nádrži pri teplote -8 ^oC. Súčiniteľ teplotnej objemovej rozťažnosti benzínu je 1.10^-3 K^-1.

12.5

POZOR NA KAPILÁRNY TLAK - NIEKEDY ZDANIE KLAME

Istotne poznáte detskú hračku s názvom "bublifuk" . Z vhodne upravenej kvapaliny je možné vyfúknuť prekrásne bubliny . . .

• Nakreslite bublinu a vyznačte do obrázku tlakové pole pôsobiace na bublinu zvonka a zvnútra bubliny.
• Porovnajte veľkosti pôsobiacich tlakov pri konštantnom polomere bubliny. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi kapilárnym tlakom v mydlovej bubline a polomerom krivosti bubliny veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte veľkosť kapilárneho tlaku mydlovej bubliny s polomerom
  1. 1 cm
  2. 3 cm
  3. 5 cm
  Povrchové napätie mydlovej vody je 40.10^-3 N.m^-1.
• Čo sa stane, ak v zariadení podľa obrázku otvoríme priepustný ventil? Vysvetlite na základe porovnania kapilárnych tlakov v jednotlivých bublinách.
• Vypočítajte veľkosť tlaku vzduchu v mydlovej bubline s polomerom 1 cm .

12.6

PREČO SA ĽAD ŤAŽKO TOPÍ?

Ak chceme roztopiť kúsok ľadu vo vode nie príliš teplej, celý dej trvá pomerne dlho. Ľad nie a nie sa roztopiť . . .

• Popíšte, čo sa deje so štruktúrou látky - ľadu, keď začne prijímať teplo a
  1. ľad má teplotu menšiu ako 0 ^oC,
  2. ľad má teplotu 0 ^oC.
• Vyjadrite vzťah medzi teplom prijatým telesom a zmenou teploty telesa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Definujte veličinu skupenské teplo topenia. Vyjadrite vzťah medzi merným skupenským teplom topenia, skupenským teplom topenia a hmotnosťou telesa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Ako sa mení teplota ľadu pri prijímaní tepla pri teplote 0 ^oC? Zdôvodnite prečo.
• Z akých tepiel pozostáva celkové teplo, ktoré musí prijať ľad s teplotou menšou ako 0 ^oC, ak sa má roztopiť a voda dosiahnuť teplotu vyššiu ako 0 ^oC?
• Vypočítajte teplo potrebné na roztopenie ľadu s hmotnosťou 5,4 kg a začiatočnou teplotou -15 ^oC. Merná tepelná kapacita ľadu je 2,1 kJ.kg^-1.K^-1 a merné skupenské teplo topenia ľadu je 334 kJ.kg^-1.

12.7

ROVNAKÉ ZOHRIEVANIE TELIES NEZNAMENÁ ROVNAKÝ NÁRAST TEPLOTY?

Ak zohrievame dve telesá rovnakým zdrojom energie, ich teplota nemusí stúpať rovnako . . .

• Od čoho závisí, ako rýchlo bude narastať teplota zohrievaného telesa?
• Vyjadrite vzťah medzi teplom prijatým telesom a zmenou jeho teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Ako je možné experimentálne zistiť mernú tepelnú kapacitu látky?
• Čo je to kalorimeter? Popíšte, z čoho sa skladá a aká je jeho funkcia.
• V kalorimetri sa nachádza ľad s teplotou 0 ^oC a vložíme doň zinkové teleso s teplotou 100 ^oC. Nakreslite teplotnú stupnicu a vyznačte na nej počiatočnú teplotu ľadu, zinku a vyslednú teplotu sústavy po dosiahnutí rovnovážneho stavu.
• Vyjadrite vzťah medzi teplom prijatým ľadom pri jeho roztopení a jeho hmotnosťou veličinovou rovnicou, ak po dosiahnutí rovnovážneho stavu je teplota sústavy 0 ^oC. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi teplom odovzdaným zinkovým telesom pri tejto tepelnej výmene a zmenou jeho teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte teplo prijaté ľadom a odovzdané zinkovým telesom. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vypočítajte mernú tepelnú kapacitu zinku, ak v kalorimetri je ľad s hmotnosťou 10 g a teplotou 0 ^oC a vložíme doň zinok s hmotnosťou 80 g a teplotou 100 ^oC. Po dosiahnutí rovnovážneho stavu je teplota sústavy 0 ^oC. Tepelnú kapacitu kalorimetra zanedbajte, merné skupenské teplo topenia ľadu je 330 kJ.kg^-1.

12.8

VIETE, PREČO SA MLIEKO PASTERIZUJE?

Pasterizácia je proces, pri ktorom sa kvapalina zohrieva na teplotu 80 ^oC, pri ktorej hynú baktérie a kvapalina si zachováva svoje vlastnosti . . .

• Vyjadrite vzťah medzi veličinami prijaté teplo kvapalinou a zmena jej teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Pri zahrievaní sa určité množstvo kvapaliny vyparí. Definujte merné skupenské teplo vyparovania. Vyjadrite vzťah medzi merným skupenským teplom vyparovania, skupenským teplom vyparovania a hmotnosťou telesa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite veličinovou rovnicou celkové teplo potrebné na pasterizáciu mlieka, ak počítame s tým, že časť mlieka sa vyparí.
• Vypočítajte teplo potrebné na pasterizáciu 100 kg mlieka, pri ktorej sa zohreje z 283 K na 353 K, ak sa pritom 1% mlieka vyparí. Merné skupenské teplo vyparovania mlieka je 2303J.kg^-1 a jeho merná tepelná kapacita je 3,9.10 ³ J.kg^-1.K^-1.
• Viete, prečo sa uvedený proces nazýva " pasterizácia "?

12.9

VYSTRELENÁ OLOVENÁ GUĽKA SA PRI DOPADE NA CIEĽ ZOHRIEVA

Pri dopade olovenej guľky na cieľ dochádza k jej zahriatiu a za určitých okolností sa môže aj roztaviť . . .

• Akú energiu má olovená guľka pred dopadom na cieľ? Vyjadrite vzťah medzi touto energiou a veľkosťou rýchlosti pohybu guľky veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Popíšte premenu uvedenej energie pri dopade guľky na cieľ. Na aké formy energie sa premení? Zmení sa pritom teplota guľky?
• Vyjadrite vzťah medzi teplom potrebným na zohriatie guľky a zmenou jej teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Ak guľka dopadne na oceľovú dosku predpokladajme, že celá jej energia sa spotrebuje na jej zohriatie. Zapíšte toto porovnanie energií veličinovou rovnicou.
• Aká musí byť najmenšia rýchlosť olovenej guľky za týchto podmienok, aby sa nárazom na oceľovú dosku guľka zohriala na teplotu topenia olova? Teplota guľky pred nárazom je 27 ^oC, teplota topenia olova je 327 ^oC.
• Vysvetlite, čo sa stane, ak rýchlosť guľky bude väčšia ako vypočítaná v predošlej úlohe.
• Vyjadrite vzťah medzi skupenským teplom topenia, merným skupenským teplom topenia a hmotnosťou telesa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Aká musí byť najmenšia rýchlosť olovenej guľky za týchto podmienok, aby sa nárazom na oceľovú dosku guľka roztopila? Merné skupenské teplo topenia olova je 20,9.10³ J.kg^-1 a merná tepelná kapacita olova je 125 J.kg^-1.K^-1.

12.10

MÔŽE SA PRI VARENÍ VODY VŠETKO VYPARIŤ?

Pri varení vody sa občas stane to, že vody zrazu niet . . .

• Vyjadrite vzťah medzi veličinami prijaté teplo a zmena teploty telesa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Pri zahrievaní sa určité množstvo kvapaliny vyparí. Definujte merné skupenské teplo vyparovania. Vyjadrite vzťah medzi skupenským teplom vyparovania, merným skupenským teplom vyparovania a hmotnosťou vyparenej látky veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Pri ktorej teplote kvapaliny dochádza k maximálnemu vyparovaniu? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Vypočítajte teplo potrebné na premenu 200 g vody teploty 10 ^oC na paru teploty 100^oC. Merná tepelná kapacita vody je 4,2 kJ.kg^-1.K^-1, merné skupenské teplo varu vody 2260 kJ.kg^-1.K^-1.

späť