Розв’язання вправ та завдань до підручника «ФІЗИКА» 8 клас В. Д. Сиротюка - 2017 рік

Розділ 1. Теплові явища

Рівень А, с. 16

1. Склянка лопається тому, що при наливанні в неї окропу її внутрішня і зовнішня стінки по-різному прогріваються та розширюються, тобто деформуються. Ця деформація приводе до виникнення напруження у склі та його руйнації. Якщо ж поставити ложку у склянку, то при наливанні окропу частина енергії піде на нагрівання ложки і нагрівання внутрішньої стінки склянки. Але тепер нагрівання буде відбуватися повільніше і перепад температур між внутрішньою та зовнішньою стінками склянки буде незначним, що не призведе до її руйнації.

2. Металевий термометр містить біметалеву пластинку, один кінець якої закріплено на корпусі, а на другому кінці знаходиться стрілка. Біметалева пластина (латунна — залізна або алюмінієва — залізна) у результаті нагрівання (охолодження) буде розширюватися (стискатися) по-різному: наприклад, латунна більше, ніж залізна. Стрілка буде переміщуватися по шкалі термометра, фіксуючи зміни температури довкілля.

3. У новорічних гірляндах використовують блимаючі лампи, які містять у собі біметалеву пластинку. При проходженні електричного струму пластинка нагрівається (згадаємо праску або кип’ятильник). Біметалева платина під дією температури то вигинається, розриваючи контакт, то прогинається, замикаючи контакт.

4. Для спорудження печей використовують глиняний розчин, а не цементний, тому що він більш пластичний та термостійкий і за своїми фізичними властивостями такий же, як і основний матеріал кладки печі.

5. Густина холодної та нагрітої до кипіння води різна. При нагріванні рідини розширюються, оскільки збільшуються проміжки між молекулами рідин унаслідок збільшення їх кінетичної енергії, тому густина їх зменшується. При охолодженні, навпаки, густина рідин збільшується. У води є унікальна властивість: при зниженні її температури до 4 °С густина води збільшується, але при подальшому знижені температури її густина знову стає меншою.

6. Діжку, яку вщерть заповнили водою та щільно закрили, на морозі розірве, оскільки вода при замерзанні розширюється. Це пояснюється її унікальними властивостями: при зниженні температури води від 4°С розташування молекул стає іншим. Густина води зменшується, а об’єм збільшується.

7. Якщо бляшану банку нагріти й щільно закрити корком, то після охолодження вона сплющиться тому, що об’єм повітря у банці зменшиться. Молекули повітря будуть рухатися повільніше, тиск у середині банки стане меншим, і під дією зовнішнього тиску бляшанка розплющиться.

Рівень Б, с. 16

8. Кришку і дно консервних банок роблять гофрованими — штампують концентричними кільцями (колами) для того, щоб при зміні температури не порушилася герметичність банки, тобто враховується теплове розширення матеріалу, з якого виготовлена консервна банка.

9. Порівнюючи дані, наведені у таблиці, можна зробити такі висновки:

1) за однакової довжини при зміні температури на однакову кількість градусів найбільше розширився алюмінієвий стержень;

2) довжина мідного стержня при 200 °С буде 1,0032 м;

3) алюмінієвий стержень довжиною 2 м, якщо нагріти його від 0 до 100 °С, видовжиться на 0,0044 м.

10. Стрічка буде вигинатися тому, що внутрішня та зовнішня сторони пакету мають різну структуру, тому швидкість висихання (прогрівання) у них різна, що зумовлює не однакову зміну їх поверхонь.

11. На градуйованих посудинах (мензурках, мірних циліндрах) написано 20 °С для точності вимірювання, бо при інших температурах треба буде враховувати теплове розширення матеріла, з якого виготовляють мірний посуд.

12. Посудини з соком, лимонадом, мінеральною водою та іншими рідинами заповнюють не вщерть, бо враховують зміну об’єму рідин при зміні температури, тобто їх теплове об’ємне розширення.

13. Трубку термометра, по якій піднімається або опускається рідина, роблять тонкою для того, щоб краще бачити, на скільки зміниться об’єм рідини при зміні її температури, тобто спостерігаємо теплове об’ємне розширення рідини.

14. У системі водяного опалення та в системі водяного охолодження двигуна використовують розширювальні баки для того, щоб при підвищені температури, коли вода в них розширюється, вона не розірвала труби та радіатори.

15. Об’єм води від 0 до 4°С зменшився на 0,12 см3, а від 4 °С до 8°С збільшився на 0,11 см3. Ця особливість дістала назву аномалії (відхилення від норми) теплового розширення води. Для інших рідин при зниженні температур їх об’єм зменшується.

Рівень А, с. 27

16. Холодна і гаряча вода складається з однакових молекул. Внутрішня енергія холодної води менша за внутрішню енергію гарячої води, хоч маси їхні рівні. Внутрішня енергія - це енергія руху і взаємодії молекул. При збільшенні температури води збільшується швидкість руху її молекул, збільшується кінетична енергія молекул, а значить, збільшується внутрішня енергія води.

17. Внутрішня енергія чашки нз змінилася, коли її переставили зі столу на полицю кухонної шафи, оскільки її температура залишилася сталою.

18. Під час обробки матеріалів інструменти верстатів (різці, свердла, фрези) сильно нагріваються за рахунок виконання роботи над ними, тобто змінюється їх внутрішня енергія.

19. Виконуючи вправи на канаті, не слід швидко опускатися, обхопивши його руками, бо можна обпекти руки, оскільки внутрішня енергія каната збільшилася за рахунок роботи сил тертя.

20. Борошно, яке сиплеться з-під каменю в млині, гаряче, оскільки збільшується його внутрішня енергія за рахунок виконання роботи силами тертя при розтиранні зернят на борошно. Підшипники ковзання нагріваються під час роботи більше, ніж кулькові підшипники, оскільки робота сил тертя ковзання більша, ніж робота сил тертя кочення, то і їх внутрішня енергія відповідно більша.

21. Під час огляду космічного корабля після його повернення на Землю виявилося, що найбільше оплавилася й обгоріла поверхня того боку, яким корабель увійшов у земну атмосферу. Це пояснюється різким гальмуванням у шарах атмосфери. За рахунок тертя збільшилася температура корабля до температури плавлення його обшивки.

22. Коли варять варення, то намагаються користуватися дерев’яною ложкою, а не металевою тому, що теплопровідність дерев’яної ложки набагато менша, ніж металевої. Енергія варення при перемішуванні не зменшується, і ми, крім того, не обпікаємо руки.

23. У будинку між димарем і дошками стелі кладуть шар азбесту, бо він погано проводить тепло, тобто є добрим теплоізолятором.

24. Цегла здається теплішою за мармур за тієї самої температури, оскільки мармур добрий теплопровідний. А цегла, навпаки, добрий теплоізолятор, бо має кращі теплоізоляційні властивості.

25. У посудині «б» швидше нагріється вода, ніж в «а», оскільки а посудині «а» дно ребристе і знаходиться шар повітря, який є поганим провідником тепла.

26. У вікна вставляють подвійне або потрійне скло для кращої теплоізоляції, оскільки між склопакетами знаходиться шар повітря, який є поганим провідником тепла.

27. У холодильних камерах м’ясокомбінатів та молокозаводів труби з охолоджувальною рідиною розміщують угорі під стелею, оскільки в результаті конвекції тепле повітря (воно легше) піднімається угору, де й охолоджується завдяки такій технології. А холодне повітря опускається вниз, нагрівається і знову піднімається вгору.

28. У льоху прохолодно навіть у спеку тому, що тепле повітря піднімається угору, а холодне опускається униз.

29. У стінах приміщень роблять вертикальні труби — криниці, сполучені отворами з кімнатами. Це вентиляційні отвори. їх роблять у ванних кімнатах та на кухні.

30. Холодильні установки та вагони-холодильники фарбують у світлий колір, щоб вони менше випромінювали тепло і не нагрівалися на сонці.

31. Світла сукня випромінює і поглинає тепло гірше, ніж темна, тому у світлій сукні влітку менш спекотно.

32. Якщо залишити на підвіконні медичний термометр у сонячний день, то він зіпсується, «перегріється». Скло і рідина термометра мають різні теплові властивості.

33. Улітку повітря в будинку нагрівається за рахунок тепла, що надходить крізь стіни (теплопровідність), відчинені вікна (конвекція) і скло (випромінювання).

34. Повітря у кімнаті не охолоне, якщо відкрити дверцята холодильника. Двигун холодильника почне працювати в нештатному режимі, нагріваючи при цьому повітря у кімнаті набагато швидше, ніж воно буде охолоджуватися за рахунок того, що відкрили дверцята.

Рівень Б, с. 28

35. Пилка з недостатньо розведеними зубцями нагрівається більше, ніж із нормальним розведенням зубців тому, що виконується додаткова робота з подолання сил пружності та тертя, що збільшує внутрішню енергію та температуру пилки.

36. Після різання слюсарною ножівкою металевої деталі спостерігається нагрівання деталі і полотна ножівки. Внутрішня енергія полотна ножівки та деталі збільшилася внаслідок виконання, механічної роботи проти сил пружності та тертя.

37. Після досліду ми на дотик відчуваємо, що дротина нагрілася. Внутрішня енергія її змінилася за рахунок виконання роботи з деформування тіла.

38. У всіх випадках можна стверджувати, що внутрішня енергія свинцю змінилася. Вона збільшилася. Але, якщо вдаряти по ньому молотком, то ми виконуємо роботу з деформування деталі, а в інших випадках шматок свинцю отримав певну кількість теплоти.

39. Сірник спалахує, якщо його терти об коробку. Внутрішня енергія сірника змінилась за рахунок виконання роботи. Він спалахує, коли його вносять у полум’я свічки. У цьому випадку внутрішня енергія змінилася за рахунок теплопередачі. В обох випадках внутрішня енергія сірника збільшилася.

40. Покришки автомобільних коліс виготовляють із гуми, яка не розм’якшується й не втрачає міцності навіть при 100°С і вищій температурі. При різкому гальмуванні внутрішня енергія коліс різко збільшується, тому треба виготовляти їх із такого матеріалу, який би витримував такі температури, не втрачаючи пружні властивості.

41. Змерзлі руки можна зігріти, потерши їх одна об одну.

42. При нагріванні води на 35°С внутрішня енергія збільшилася за рахунок збільшення швидкості руху молекул води та збільшення їхньоі кінетичної енергії. При охолоджені води на 10°С внутрішня енергія зменшилася, оскільки зменшилася швидкість руху молекул води та їх кінетична енергія руху.

43. При опусканні залізної та алюмінієвої ложки в гарячу воду, алюмінієва ложка нагріється швидше, адже її теплопровідність більша.

44. Шматки заліза і дерева на морозі здаються неоднаково холодними, а влітку в спекотний день бетонний стовп огорожі і залізна огорожа неоднаково нагрітими, бо мають різну теплопровідність. У заліза вона більша, ніж у дерева і бетону. Тому на морозі він здається холоднішим порівняно зі шматком дерева, а влітку більш нагрітим у порівнянні з бетонним стовпом.

45. Щільний вологий ґрунт має значно більшу теплопровідність, ніж сухий і розпушений. У розпушеному ґрунті є шар повітря, що є добрим теплоізолятором. Щоб прискорити прогрівання ґрунту на більшу глибину, його ущільняють (коткують) і зволожують.

46. Радіатори водяного опалення в кімнаті встановлюють унизу і обов’язково біля вікна. Холодне повітря, з вікна, опускається вниз, радіатори за рахунок теплообміну його прогрівають, а тепле — піднімається вгору, і внаслідок циркуляції забезпечується його рівномірне прогрівання. Якщо розмістити ці радіатори біля протилежної до вікна стіни, то обігрів кімнати відбувався б повільніше і нерівномірно.

48. Якщо цегляний та металевий димар мають однаковий внутрішній діаметр та висоту, то кращу тягу створить цегляний димар, оскільки цегла має кращі теплоізоляційні властивості.

49. У гасових лампах використовують високе скло для збільшення тяги і покращення горіння гасу.

50. Пасажири літака, який пролітає через протоку, відчувають невелике струшування («бовтанку») в ті моменти, коли літак проходить над берегами протоки; а над водою літак летить рівно. Це можна пояснити тим, що конвекційні потоки повітря змінюють свій напрямок з області високого тиску в область з низьким тиском.

51. У посудині «б» там, де в нижній посудині вода, а у верхній лід, відбудеться швидше її охолодження, бо лід буде танути, охолоджуючи повітря над водою, яке буде опускатися до води, нагріваючись від неї, знову підніматися вгору.

52. Сталевар, спостерігаючи за процесом варіння сталі, часто загороджує обличчя рукою. Кипляча сталь випромінює тепло, яке сприймається як жар, від якого сталевар захищає обличчя.

53. Зчорнілий термометр швидше покаже зниження температури, бо тіла з темною поверхнею краще випромінюють і поглинають теплове випромінювання.

54. Земна атмосфера внаслідок своєї прозорості дуже мало поглинає сонячного проміння й через це не нагрівається. Влітку ж буває спекотно, навіть у тіні, тому що в повітрі є багато різних мікроскопічних пилинок, які добре поглинають та проводять тепло.

55. Висота польоту повітряної кулі зміниться, коли вона в літній день опиниться в тіні від хмари, бо буде перепад температур, зміниться густина повітря і величина підйомної сили, що діє на кулю.

Рівень А, с. 38

56. Якщо чотири циліндри: алюмінієвий, латунний, залізний і свинцевий, що мають однакову масу, нагріли у воді до однакової температури й одночасно поставили на парафінову пластинку, то вони віддали різну кількість теплоти парафінові: Q(Al) > Q(Fe) > Q(Л) > Q(Pb). Для нагрівання 1 кг кожної речовини на 1 °С потрібна різна кількість теплоти: алюмінію — 920 Дж, залізу — 460 Дж, латуні — 380 Дж, а свинцю — 140 Дж.

57. Швидше нагріється олія, бо її питома теплоємність менша у 2,5 рази за теплоємність води, значить, для нагрівання вона потребує менше енергії, ніж вода, у 2,5 рази.

58. Після встановлення рівноваги температура води буде більша у тій посудині, в яку поклали кусок заліза, тому що залізо має більшу питому теплоємність.

59. У склянку перед наливанням окропу кладуть чайну ложечку. Це роблять для того, щоб забрати деяку кількість теплоти, щоб не тріснула склянка. Для цього краще використовувати алюмінієву ложку, ніж срібну, бо питома теплоємність алюмінію більша, ніж срібла.

60. Сталеві деталі, нагріті у спеціальних печах до температури 800 °С, гартують, занурюючи їх у воду або масло. У воді деталь швидше охолоджується, бо питома теплоємність у води більша, ніж у масла.

61. Вода є найкращою рідиною: а) для водяного опалення; б) для охолодження двигунів автомобілів і тракторів; в) для охолодження нагрітих металевих деталей; г) для медичних грілок; д) для гасіння пожежі, бо її питома теплоємність найбільша, тобто для нагрівання 1 кг речовини на 1 °С треба витрати 4200 Дж енергії. Але стільки ж енергії вода віддає при охолоджені 1 кг речовини на 1°С.

62. Стрижні паяльників виготовляють із червоної міді, а не використовують для цього залізо, бо питома теплоємність міді менша, ніж заліза, і тому треба менше енергії для їх нагрівання.

63. Щоб визначити кількість теплоти, яку потрібно надати 1 кг води, щоб підвищити її температуру від 20 до 100 °С, треба розрахувати за формулою: Q = cm(t1 - t2). [4200 ∙ 1 ∙ 80 = 336 000], тобто 336 кДж.

64. Для визначення кількості теплоти, яку потрібно затратити, щоб нагріти на плиті алюмінієву сковорідку масою 500 г від 20 до 220 °С, треба розрахувати за формулою: Q = cm(t1 - t2). [920 ∙ 0,5 ∙ 200 = 92 000], тобто 92 кДж.

Рівень Б, с. 38

65. Дано:

Розв’язання:

Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання тіла, визначається за формулою: Q = cm(t1 - t2).

Підставивши значення величин, отримуємо:

Знак «-» означає, що енергія виділилася під час охолодження тіла.

Відповідь: сталева деталь віддала 750 кДж енергії.

66. Дано:

Розв’язання:

Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання води, визначається за формулою: Q = cm(t1 - t2).

Масу води визначимо за формулою: m = ρ ∙ V, тоді загальна формула матиме вигляд: Q = cρV(t1 - t2).

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: вода одержала 310,8 кДж енергії.

67. Дано:

Розв’язання:

Складемо пропорцію. Q1 — кількість теплоти, яку віддає вода за 1 годину, Q — кількість теплоти, яку віддає вода за 24 години:

Q1 — 1 год;

Q — 24 год.

Звідси:

Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання води, визначається за формулою: Q = cm(t1 - t2).

Масу води визначимо за формулою: m = ρ ∙ V, тоді загальна формула матиме вигляд: Q = 24cρV(t1 - t2). Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: вода віддає 241,92 МДж енергії.

68. Дано:

Розв’язання:

Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання молока, визначається за формулою:

Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання води, визначається за формулою:

За умовою Qм = Qи.

Прирівнявши рівняння, отримуємо:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: молоко віддає 102,96 МДж енергії, маса води 817,14 кг.

69. Дано:

Розв'язання:

Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання води, визначається за формулою: Q = cm ∙ Δt. Звідси визначаємо масу:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: можна нагріти 24 г води.

Рівень А, с. 50

70. У воді плаває лід. Температура води і льоду однакова — 0°С. Даних не достатньо, щоб стверджувати, що вода замерзне або лід розтане. Треба ще знати масу льоду та масу води.

71. Олово можна розплавити у полум’ї свічки, бо температура плавлення олова нижча, ніж температура полум’я свічки, а у заліза, навпаки, температура плавлення більша.

72. За формулою визначимо кількість теплоти, яку треба затратити, щоб розплавити 2 кг срібла: Отже, 174,6 кДж.

73. За формулою визначимо кількість теплоти, яку треба затратити, щоб розплавити 10 кг льоду: Отже, 3324 кДж.

74. Із формули Q = λ ∙ m знаходимо масу:

75. За формулою визначимо кількість теплоти, яка виділиться при замерзанні 5 кг: Отже, 1662 кДж.

Рівень Б, с. 50

76. Весною, коли температура повітря набагато вища за 0°С, лід ще тривалий час не тане і, навпаки, восени, коли температура повітря нижча за 0°С, вода не відразу замерзає. Плавлення відбувається з поглинанням теплоти. Це пояснюється тим, що для послаблення взаємодії між атомами льоду потрібна додаткова енергія, спроможна зруйнувати їх упорядковане розташування. Така енергія надходить до льоду з довкілля, і він поступово плавиться, але для цього потрібен час. Під час плавлення температура льоду не змінюється, бо вся енергія йде на руйнацію зв’язків між його атомами. Восени, навпаки, треба час, щоб утворилися кристали льоду.

77. Металом, яким можна заморозити воду, є ртуть. Це єдиний метал, який за нормальних умов знаходиться в рідкому стані і має низьку температуру кипіння — -39°С. Вода замерзає при температурі 0°С, тому розплавлена ртуть зможе її заморозити.

78. Дано:

Розв’язання:

Для того щоб розплавити олово, його потрібно нагріти до температури плавлення, а потім розплавити. Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання олова, визначаємо за формулою: Q1 = cm ∙ (t2 – t1).

Кількість теплоти, яку потрібно затратити, щоб розплавити олово, визначаємо за формулою: Q1 = λ ∙ m. Тоді кількість теплоти, затрачену на нагрівання і плавлення олова, визначимо так:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: для плавлення потрібно 234 кДж.

79. Дано:

Розв’язання:

Для того, щоб розплавити свинцеву штабу, потрібно нагріти її до температури плавлення, а потім розплавити. Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання свинцевої штаби, визначаємо за формулою:

Кількість теплоти, яку потрібно затратити, щоб розплавити свинцеву штабу, визначаємо за формулою:

Тоді кількість теплоти, затрачену на нагрівання і плавлення свинцевої штаби, визначимо так:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: для плавлення потрібно 276,4 кДж.

80. Дано:

Розв’язання:

Для того, щоб розплавити алюмінієву штабу, потрібно нагріти її до температури плавлення, а потім розплавити. Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання алюмінієвої штаби, визначаємо за формулою:

Кількість теплоти, яку потрібно затратити, щоб розплавити алюмінієву штабу, визначаємо за формулою:

Тоді, кількість теплоти, затрачену на нагрівання і плавлення алюмінієвої штаби, визначимо так:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Порівнюємо Q0 і Q: Q0 < Q.

Відповідь: енергії недостатньо, щоб повністю розплавити алюмінієву штабу. 81. Процеси нагрівання та плавлення показано на графіку для золота. Температура плавлення золота становить 1064 °С.

81. Процеси нагрівання та плавлення показано на графіку для золота. Температура плавлення золота становить 1064 °С.

Рівень А, с. 55

82. Випаровування рідин відбувається за будь-якої температури, бо в рідині завжди є молекули, які рухаються досить швидко. їх кінетичної енергії достатньо, щоб виконати роботу проти сил міжмолекулярного притягання, і молекула вилетить за межі рідини.

83. Перебуваючи в поході, турист налив у посудину води з холодного джерела і побачив, що посудина ззовні вкрилася крапельками рідини. Водяна пара, що є у повітрі, конденсується на стінках посудини.

84. Фрукти та овочі, призначені для сушіння, розрізають на тонкі шматки, щоб збільшити площу поверхні висихання.

85. На лісових дорогах калюжі висихають довше, ніж на польових, бо на відкритому просторі (в степу) випаровування рідини інтенсивніше, ніж у лісі під деревами та під тінню.

86. За формулою визначимо кількість теплоти, яку треба затратити, щоб перетворити 150 г води в пару за температури 100 °С:

87. За формулою визначимо кількість теплоти, яка виділиться при конденсації 10 кг водяної пари: Отже, 23 МДж.

Рівень Б, с. 55

88. Відомо, що надмірне випаровування води з ґрунту призводить до його висихання і зниження врожайності. Проте без випаровування неможливо уявити собі розвиток рослин, бо у суху жарку погоду випаровування знижує температуру рослин та оберігає їх від надмірного нагрівання.

89. Найхолоднішою буде вода у глечику, бо крізь пори у глині вода просочується і випаровується. Воду залишають найшвидші молекули, а середня кінетична енергія решти молекул зменшується і вода охолоджується.

90. Рослини, що ростуть у місцях з вологим кліматом, мають широке листя. Це зумовлено тим, що чим більша площа поверхні, тим більше (швидше) молекули рідини випаруються і рослини не загниють. У місцях із сухим кліматом листя в рослин вузьке, розміщене вертикально, щоб менша кількість молекул змогла випаруватися і рослини не засохли.

91. Дано:

Розв’язання:

Для того щоб перетворити воду на пару, потрібно нагніти її до температури кипіння, а потім випарувати. Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання води, визначаємо за формулою: Q1 = cm ∙ (t2 – t1). Кількість теплоти, яку потрібно затратити, щоб випарувати воду, визначаємо за формулою: Q2 = L ∙ m. Тоді кількість теплоти, затрачену на нагрівання і випаровування води, визначимо так:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: потрібно 13,18 МДж енергії.

92. Більша кількість теплоти виділиться унаслідок конденсації водяної пари, ніж при охолоджені такої ж маси води від 100 до 0°С, бо питома теплота конденсації пари набагато більша, ніж питома теплоємність води.

93. Дано:

Розв’язання:

Для того, щоб розплавити лід, потрібно нагріти його до температури плавлення, а потім розплавити, отримавши з нього воду. Маса льоду і води буде однаковою і дорівнюватиме 2 кг. Для того щоб перетворити воду на пару, потрібно нагріти її до температури кипіння, а потім випарувати. Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання алюмінієвої штаби, визначаємо за формулою:

Кількість теплоти, яку потрібно затратити, щоб розплавити лід, визначаємо за формулою: Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання води, визначаємо за формулою: Кількість теплоти, яку потрібно затратити, щоб випарувати воду, визначаємо за формулою:

Тоді кількість теплоти, затрачену на нагрівання льоду та його плавлення, нагрівання і випаровування води, визначимо так:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: потрібно 6,13 МДж енергії.

94. На малюнку 85 зображені такі процеси:

АВ — нагрівання твердого тіла від початкової температури до температури плавлення,

ВС — плавлення за температури плавлення речовини,

CD — нагрівання рідини від температури плавлення до температури кипіння,

DE — випаровування при температурі кипіння речовини.

Рівень А, с. 61

95. Паливо можна поділити на тверде (вугілля, дрова тощо), рідке (дизельне пальне, бензин, мазут тощо) та газоподібне (природний газ, пропан, водень тощо).

96. Для опалювання в Україні найбільше використовують дрова, вугілля, дизельне пальне, бензин, гас, природний газ та пропан. Останнім часом також використовують біопальне.

97. Теплота згорання антрациту 3 ∙ 107 Дж/кг, сухих дров 1,1 ∙ 107 Дж/кг. Це значить, що при згоранні 1 кг антрациту виділяється 30 МДж енергії, а при згоранні сухих дров 11 МДж енергії.

98. Щоб нагріти повітря в кімнаті до однакової температури, треба спалити у грубі різну кількість дров, кам’яного вугілля або торфу. Чим більша теплота згорання пального, тим менше його треба спалити: qв > qт, то mв < mт < mд.

99. При спалюванні сирих дров виділяється менша кількість теплоти, ніж при спалюванні сухих дров, бо частина енергії іде на випаровування води.

100. У котлі при спалюванні кам’яного вугілля виділилося 324 МДж енергії:

Рівень Б, с. 61

101. Дано:

Розв’язання:

Складемо пропорцію:

Підставимо числа:

Отримуємо:

Відповідь: виділиться 6,6 кг вуглекислого газу.

102. Дано:

За умовою:

Розв’язання:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: 36,4 г; 6,8 г; 145,6 г; 54,4 г.

103. Дано:

Розв’язання:

Визначимо об’єм кімнати: V0 = abc.

Визначимо об’єм кисню у повітрі кімнати за нормальних умов: V02) = 0,2аbс.

Складемо пропорцію: Або: m0 —> 0,2аbc.

Отримуємо:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: знадобиться 8 кг сухої деревини.

104. Дано:

Розв’язання:

Кількість теплоти, яка виділяється за повного згорання деревного вугілля, визначаємо за формулою: Q1 = q1 ∙ m1. Кількість теплоти, яка виділяється за повного згорання спирту, визначаємо за формулою: Q2 = q2 ∙ m2. Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: виділиться 510 МДж та 175 МДж енергії, Q2 < Q1.

105. Дано:

Розв’язання:

Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання води, визначаємо за формулою: Кількість теплоти, яка виділяється за повного згорання спирту, визначаємо за формулою: Q2 = q ∙ m2. Вважаємо, що вся енергія, яка виділяється під час спалювання спирту, піде на нагрівання води: Q1 = Q2. Тоді: Звідси:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: воду можна нагріти на 29,8 °С.

106. За графіком залежності кількості теплоти від маси палива (див. мал. 88 підручника) отримаємо:

1) Кількість теплоти, яка виділяється при повному згоранні 2 кг сухого торфу, 30 МДж (показано на малюнку).

2) Питома теплота згорання бензину:

3) За однакової маси найбільшу теплоту згорання палива має метан, а найменшу ракетне паливо.

4) Щоб виділилося 20 МДж енергії, треба спалити 2,3 кг (див. малюнок).

5) При спалювані 0,5 кг бензину виділяється 22 МДж енергії (див. малюнок). Щоб одержати таку саму кількість теплоти (див. малюнок), треба спалити 2 кг сланців.

6) Щоб визначити, скільки антрациту треба спалити для нагрівання цинкового відра з водою від 0 до 100 °С, визначимо спочатку, скільки енергії для цього знадобиться:

Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання цинкового відра, визначаємо за формулою:

Кількість теплоти, яку потрібно затратити на нагрівання води, визначаємо за формулою:

Загальну кількість енергії визначимо так:

Підставивши значення величин, отримуємо:

За графіком величину маси визначити важко, тому розрахуємо її.

Кількість теплоти, яка виділяється за повного згорання антрациту, визначаємо за формулою: Q = q ∙ m. Звідси:

Підставивши значення величин, отримуємо:

Відповідь: маса антрациту дорівнює 0,14 кг.

Рівень А, с. 71

108. Трубки радіатора автомобільного або тракторного двигуна виготовляють з латуні або алюмінію, бо ці речовини мають добру теплопровідність, дешеві, стійкі до корозії та прості у виготовленні.

109. Під час роботи двигунів внутрішнього згорання двигун нагрівається і температура води в радіаторах підвищується, бо вода забирає від нього частину енергії, охолоджуючи його.

110. Трубки радіатора обдувають швидким потоком повітря за допомогою вентилятора, причому вентилятор засмоктує повітря всередину капота двигуна, а не видуває його з-під капота через радіатор. Вентилятор охолоджує рідину в радіаторах, яка у свою чергу надходить у двигун, охолоджуючи його.

111. У систему охолодження двигуна внутрішнього згоряння треба наливати чисту воду. Брудна вода в системі охолодження залишає шар накипу, порушуючи теплообмін. Від цього підвищується температура двигуна, від чого починається його інтенсивне зношування.

112. Для охолодження автомобільних двигунів використовується саме вода, бо вона має найбільшу питому теплоємність серед рідин, тобто щоб нагріти 1 кг води на 1°С, треба витратити 4200 Дж енергії.

113. У мотоциклах та авіаційних двигунах охолодження повітряне. Охолодження відбувається за рахунок зустрічного потоку повітря, яке забезпечує достатній відвід тепла.

115. Тепловий двигун, у циліндрі якого періодично згорає пальна суміш, називається двигуном внутрішнього згорання.

116. За один оберт колінчастого валу відбувається чотири робочих ходів у чотирициліндровому двигуні. Робота циліндрів у ньому узгоджується так, що в кожному з них по черзі здійснюється робочий хід і колінчастий вал весь час одержує енергію від кожного з поршнів.

117. У парових турбінах використовується кінетична енергія пари, яка утворюється з води і нагрівається в спеціальних парових котлах. З котла пара під високим тиском надходить до турбіни, обертаючи її диск, а отже, і вал, тобто пара виконує роботу.

118. Парова турбіна — це тепловий двигун, у якому пара, нагріта до високої температури, перебуває під високим тиском і обертає його вал без допомоги поршня, шатуна і колінчастого валу.

119. Автомобіль з потужним двигуном, який розвиває під час змагань швидкість 250 км/год, за 5 с подолає відстань у 347,22 м [s = v ∙ t].

120. Тролейбус загальмував і зупинився. Його кінетична енергія руху перейшла у внутрішню енергію.

121. Частими ударами молотка можна розігріти шматок металу. Молоток діє на метал, деформуючи його. Молекули металу починають швидше рухатися. Температура металу збільшується. Отже, механічна енергія перетворилася на внутрішню енергію.

122. Під час роботи теплового двигуна енергія палива перетворюється в механічну енергію руху; при нагріванні води в котлі енергія палива йде на зміну внутрішньої енергії води; під час їзди на велосипеді механічна (кінетична) енергія руху перетворюється у внутрішню енергію (шини на колесах нагріваються), як і при русі автомобіля з вимкненим двигуном.

Рівень Б, с. 72

123. Під час сильного перегрівання двигуна внутрішнього згорання можливе так зване заклинювання поршнів — збільшення розмірів, при яких неможливий їхній рух. Причиною такого заклинювання є неоднакове теплове розширення частин двигуна.

124. За наявності глушника потужність двигуна зменшується, бо вихлопна система матиме підвищений опір, і частина потужності двигуна витрачається на те, щоб проштовхнути гази через цей додатковий опір у такті випуску.

125. У паровій турбіні температура відпрацьованої пари нижча, ніж температура пари, що надходить на лопаті турбіни, бо більша частина енергії пари перетворюється на механічну енергію обертання лопатей турбіни.

126. Реактивний двигун — це такий тепловий двигун, у якому енергія палива безпосередньо перетворюється на механічну енергію рухомого апарату.

127. Під час спалювання палива в камері згорання реактивного двигуна утворюються гази, які під високим тиском і з великою швидкістю витікають через отвір (сопло) у задній стінці камери. Відбувається взаємодія між реактивним апаратом і газом, що вилетів із сопла. Вони ніби відштовхуються один від одного. Якщо б камера згорання не мала отвору, то реактивний двигун розірвало, бо тиск газів у камері згорання занадто високий.

128. Космічні ракети значну частину свого шляху рухаються за межами земної атмосфери. Рух ракет можливий у безповітряному просторі, бо, за законом взаємодії, рух ракети пов’язано зі взаємодією апарату з газом, що вилетів із сопла ракети. Дія дорівнює протидії. Крім того, для роботи реактивного двигуна не потрібне повітря.

129. Щоб визначити, скількох людей позбавляє кисню автомобіль, що протягом 4 год рухається зі швидкістю 80 км/год, спочатку знайдемо, який шлях він подолає за цей час: s= v ∙ t [80 ∙ 4], тобто 320 км. Автомобіль добову норму кисню споживає на шляху 2,5 км, отже, виходить, що людей залишаться без кисню.

130. Сучасний реактивний лайнер за 1 год польоту спалює 8 т кисню. Якщо літак пролетить відстань 2550 км зі швидкістю 850 км/год, а це 3 год польоту то повітря збідніє на 24 т кисню [3 ∙ 8].

131. Осі машин і механізмів під час роботи нагріваються. Причиною нагрівання є тертя між деталями машин. Щоб його зменшити, використовують мастильні матеріали та замінюють, якщо можливо, тертя ковзання на кочення. Механічна енергія переходить у внутрішню.

132. Існує такий спосіб зварювання деяких деталей: на токарному верстаті одну деталь закріплюють у задній бабці верстата, а другу, притискуючи до першої, швидко обертають разом з його шпинделем. Кінетична енергія деталі збільшується, переходячи у внутрішню. Коли місце деталей нагрівається до температури плавлення, деталі стискують і зварюють.

133. Заточуючи на точилі зубило, доводиться кілька разів занурювати його у воду, бо кінетична енергія переходить у внутрішню, адже температура різко збільшується. Теплова енергія нагрітого зубила частково переходить у теплову енергію всієї рідини і в кінетичну енергію молекул пари. Енергія так і переходить: з потенційної в кінетичну, з кінетичної в теплову, з теплової в енергію обертання і т. д.

Перевірте свої знання, с. 75

Контрольні запитання

1. Внутрішню енергію тіла можна змінити шляхом виконання роботи або теплообміну.

2. Теплопровідність пухкого снігу менша, ніж злеглого, бо у пухкого снігу між сніжинками є повітря, яке є поганим провідником тепла.

3. Удень вітер дме з моря, а вночі навпаки. Удень поверхня берегу розігрівається більше, нагріваючи повітря, яке піднімається вгору. На його місце з моря поступає більш холодне повітря.

4. Скафандри космонавтів та астронавтів мають сріблястий колір, який відбиває теплове випромінювання.

5. При нагріванні 1 кг води на 1 °С треба витратити більше енергії, ніж для нагрівання 1 кг олії на 1 °С, бо питома теплоємність води найбільша між рідинами.

6. За температури 900 °С срібло перебуває у твердому стані, бо температура плавлення срібла 962 °С.

7. Золоту пару отримати можна, але для цього треба створити певні умови, оскільки температура плавлення золота 1064 °С за нормальних умов. Крім того, ми знаємо, що випаровування відбувається за будь-якої температури і тверді тіла теж випаровуються. Цей процес — перехід Твердого тіла у газоподібний стан — називається сублімацією.

8. Найенергетичнішим паливом є водень. Його питома теплота згорання 120 МДж/кг.

9. Дизельний двигун більш економічній, ніж карбюраторний. Переваги: двигун, що працює на дизельному паливі, має в середньому коефіцієнт корисної дії 30-40 %, у вихлопних газах двигуна менше окису вуглецю; дизпаливо (солярка) — нелеткі, у зв’язку з чим імовірність загоряння у дизельного двигуна набагато менша, ніж у карбюраторного; до того ж у дизельному двигуні не використовується система запалювання. Високий ККД пояснюється набагато вищим робочим тиском в циліндрах двигуна.

10. У реактивному двигуні внутрішня енергія палива переходить у кінетичну енергію газу.

11. ККД теплових машин можна збільшити так:

а) збільшити температуру нагрівана і зменшити температуру холодильника;

б) використовувати якісне пальне, наприклад, бензин із високим октановим числом, таким чином виділяється більша кількість теплоти;

в) зменшити витрати на тертя та інертність поршневої групи;

г) своєчасно змінювати мастило в ДВЗ.

Що я знаю і вмію

1. Способи зміни:

а) виконання роботи над тілом;

б) теплообмін;

в) робота виконується самим тілом.

2. 1 кг води та 1 кг заліза нагріли на 1 °С . Енергія води змінилася на 4200 Дж, а заліза на 460 Дж. їх молекули починають рухатися швидше, кінетична енергія молекул збільшується та збільшується внутрішня енергія тіл.

3. Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання чавунної деталі від 20 до 320 °С, якщо її маса дорівнює 2 кг, визначається за формулою:

4. 120 000 кДж енергії вистачить, щоб розплавити 12 кг олова, бо для цього потрібно тільки 780 кДж [Q = 12 ∙ 59 000 = 708 000 Дж].

5. Щоб випарувати за температури кипіння 3 кг води, температура якої 20°С, треба витратити 7,91 МДж енергії:

6. Енергії, що надходить при згоранні 100 г бензину, вистачить, щоб довести до кипіння 0,5 кг води, температура якої 20°С, якщо ККД двигуна дорівнює 25 %: різниця енергій становить 982 кДж. Цього достатньо, щоб випарувати ще 0,43 кг води

7. В алюмінієвому чайнику нагрівають воду. За однакових умов на нагрівання води йде більше часу, ніж на нагрівання чайника.

8. Двигун внутрішнього згорання відрізняється від реактивного своєю будовою та розмірами.

9. Налили у велику каструлю воду і довели її до кипіння. Помістили в неї меншу каструлю з холодною водою. Вода в меншій каструлі не закипить, бо весь час енергія буде витрачатися на нагрівання самої каструлі.

10. У воду при температурі 0°С вкинули лід, температура якого така сама, як і води. Температура води не змінилася. Настала теплова рівновага між льодом та водою.

11. Колесо турбіни обертається, бо пар, який поступає через сопло, має достатньо енергії, щоб зрушити її. Пар ударяється об лопаті, надає їм енергії та обертає турбіну.

12. У газовій турбіні енергія газу перетворюється в енергію руху

Тестові завдання (с. 77)

Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

І

Б

А

В

А

В

А

Б

В

В

Г

Б

Б

II

Б

Б

В

Б

В

А

А

Г

В

Г

В

А

Варіант 1

8. Унаслідок повного згорання сухих дров виділилось 50 000 кДж енергії. Щоб дізнатися, скільки дров згоріло поділимо 50 000 кДж на 10 МДж/кг. Отримаємо 5 кг.

Відповідь: В.

Варіант 2

8. Спочатку визначимо, скільки виділиться енергії при повному згоранні 0,2 кг водню: Q = m ∙ q. Отримаємо Q = 120 МДж/кг ∙ 0,2 кг = 24 МДж енергії. Щоб визначити кількістьводи, що нагріється від 0 до 100 °С, використаємо формулу: Отримаємо

Відповідь: Г.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.