Фізика. Повторне видання. 8 клас. Бар’яхтар

Підбиваємо підсумки розділу I. «Теплові явища»

У ході вивчення розділу І ви ознайомилися з деякими тепловими процесами, фізичними величинами, що характеризують ці процеси, а також із такими фундаментальними поняттями фізики, як температура та внутрішня енергія.

1. Ви довідалися, що внутрішню енергію можна змінити двома способами.

2. Ви довідалися, що зміну внутрішньої енергії в процесі теплопередачі характеризує фізична величина кількість теплоти Q. Як і енергія, кількість теплоти в СІ вимірюється в джоулях.

3. Ви дізналися про рівняння теплового балансу, яке відтворює закон перетворення та збереження енергії під час теплообміну.

РІВНЯННЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСУ

В ізольованій системі тіл, у якій внутрішня енергія тіл змінюється тільки внаслідок теплопередачі, загальна кількість теплоти, відданої одними тілами системи, дорівнює загальній кількості теплоти, одержаної іншими тілами цієї системи:

4. Ви згадали, що існують три стани речовини.

5. Ви дізналися про фізичні величини, які характеризують теплові властивості речовин.

6. Ви переконалися, що в процесі згоряння палива виділяється енергія, і довідалися, що ця енергія використовується в роботі як різних нагрівальних пристроїв, так і теплових двигунів.

ПРИНЦИП ДІЇ ТЕПЛОВИХ МАШИН

7. Ви довідалися про фізичні величини, які характеризують паливо, нагрівальні пристрої, теплові двигуни.

Завдання для самоперевірки до розділу І. «Теплові явища»

Частина 1. Температура. Внутрішня енергія. Теплопередача

У завданнях 1-5, 7 виберіть одну правильну відповідь.

1. (1 бал) Під час охолодження тіла зменшується:

• а) кількість його молекул;
• б) маса його молекул;
• в) розмір його молекул;
• г) швидкість руху його молекул.

2. (1 бал) Після вимкнення герметично закритої електричної духовки температура повітря в ній зменшилася. Чи змінилася при цьому внутрішня енергія повітря, і якщо змінилася, то як і чому?

• а) не змінилась;
• б) зменшилася внаслідок теплопередачі;
• в) збільшилася внаслідок теплопередачі;
• г) зменшилася внаслідок виконання роботи.

3. (1 бал) Унаслідок якого із зазначених процесів внутрішня енергія повітря в повітряній кульці зменшується?

• а) кульку надули;
• б) кулька лопнула;
• в) кульку занесли в тепле приміщення;
• г) кулька повільно опустилася на підлогу.

4. (1 бал) Мідна деталь під час нагрівання розширюється. При цьому збільшується:

• а) відстань між атомами міді;
• б) розмір атомів міді;
• в) кількість атомів у деталі;
• г) густина міді.

5. (2 бали) Яка кількість теплоти виділиться під час охолодження 2 кг алюмінію на 50 °С?

• а) 92 кДж;
• б) 100 кДж;
• в) 420 кДж;
• г) 920 кДж.

6. (2 бали) Спекотного літнього дня хлопець і дівчинка одягнені в бавовняний одяг (рис. 1). Чому дівчинка почувається комфортніше?

Рис. 1

7. (2 бали) Коли деякій речовині масою 100 г було передано 750 Дж теплоти, її температура збільшилася від 25 до 40 °С. Яка це речовина?

• а) алюміній;
• б) залізо;
• в) сталь;
• г) срібло.

8. (2 бали) Одна людина перебуває на Крайній Півночі, друга — в пустелі. Обидві одягнені «тепло» (рис. 2). Поясніть чому.

Рис. 2

9. (2 бали) Які з наведених дій приведуть до теплозбереження? Позначте всі правильні відповіді.

• а) прикриття вентиляційної решітки

• б) розміщення за радіатором відбивального екрана з алюмінію

• в) закриття радіатора меблями або шторами

• г) фарбування радіатора у світлий колір

10. (3 бали) У чавунному казані масою 2 кг міститься 1,5 л води. Яку кількість теплоти одержить казан з водою в ході нагрівання від 10 до 60 °С?

11. (3 бали) За даними рис. 3 обчисліть кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання зображеного сталевого циліндра від 0 до 12 °С.

Рис. 3

12. (3 бали) На скільки градусів можна нагріти 510 г міді, якщо використати ту саму кількість теплоти, яка виділяється під час охолодження 2 л олії від 60 до 20 °С?

13. (4 бали) Відомо, що за температури навколишнього середовища 20 °С кожен кілограм тіла людини за 1 с випромінює в середньому 1,6 Дж теплоти. На скільки градусів можна нагріти 1 л води, якщо передати воді теплоту, яку виділяє учень масою 49 кг за урок (45 хв)?

14. (4 бали) 3 якої висоти падала свинцева куля, якщо внаслідок удару об сталеву плиту вона нагрілася на 2,5 °С? Вважайте, що початкова швидкість руху кулі дорівнювала 0, а на нагрівання кулі було витрачено 80 % її початкової потенціальної енергії.

15. (4 бали) Визначте, якою була початкова температура латунного циліндра (рис. 4), якщо після його занурення вода в мензурці охолола від 37 до 20 °С. Втратами енергії знехтуйте.

Рис. 4

Звірте ваші відповіді з наведеними в кінці підручника. Позначте завдання, які ви виконали правильно, і полічіть суму балів. Потім цю суму поділіть на три. Одержаний результат відповідатиме рівню ваших навчальних досягнень.

Тренувальні тестові завдання з комп’ютерною перевіркою.

Частина 2. Зміна агрегатного стану речовини. Теплові двигуни

У завданнях 1-8, 10 виберіть одну правильну відповідь.

1. (1 бал) Яка з поданих речовин за кімнатної температури зберігає об’єм, але не зберігає форми?

• а) сталь;
• б) кисень;
• в) гелій;
• г) ртуть.

2. (1 бал) Газ легко стиснути, тому що молекули газу:

• а) зіштовхуються одна з одною;
• б) майже не взаємодіють одна з одною;
• в) перебувають у безперервному хаотичному русі;
• г) розташовані доволі далеко одна від одної.

3. (1 бал) Коли речовина переходить з одного агрегатного стану в інший, змінюється:

• а) маса молекул;
• б) розмір молекул;
• в) характер руху та взаємодії молекул;
• г) склад молекул.

4. (1 бал) Під час кристалізації температура речовини:

• а) залишається незмінною;
• б) зменшується;
• в) збільшується;
• г) для одних речовин збільшується, для інших — зменшується.

5. (2 бали) Газ у закритій посудині стиснули, зменшивши його об’єм удвічі. У результаті цього:

• а) кількість молекул газу в посудині зменшилася вдвічі;
• б) густина газу збільшилася вдвічі;
• в) маса газу зменшилася вдвічі;
• г) середня відстань між молекулами збільшилася вдвічі.

6. (2 бали) Яку речовину можна розплавити в посудині зі свинцю?

• а) залізо;
• б) мідь;
• в) олово;
• г) вольфрам.

7. (2 бали) У лабораторних умовах за нормального атмосферного тиску проводили дослідження залежності температури деякої рідини від часу її нагрівання. Результати дослідження подали у вигляді графіка (див. рисунок). Визначте досліджувану рідину.

• а) вода;
• б) ефір;
• в) олія;
• г) спирт.

8. (2 бали) Яку кількість теплоти необхідно витратити для плавлення 5 кг алюмінію, взятого за температури плавлення?

• а) 3 кДж;
• б) 607 кДж;
• в) 1965 кДж;
• г) 3036 кДж.

9. (3 бали) Установіть відповідність між тепловим процесом, який відбувається з певною речовиною, і формулою для визначення кількості теплоти, яку виділяє речовина в ході цього процесу.

• 1 Вода в калюжі перетворилася на лід.
• 2 Господар запалив дрова в каміні.
• 3 Над річкою утворився туман.
• A Q = qm
• Б Q = rm
• В Q = λm
• Г Q = cm△t

10. (2 бали) Визначте, скільки гасу потрібно спалити, щоб отримати 92 МДж теплоти. Вважайте, що гас згоряє повністю.

• а) 450 г;
• б) 500 г;
• в) 2 кг;
• г) 100 кг.

11. (2 бали) Нормальна температура в пахвах людини дорівнює 36,8 °С, а в легенях — 32 °С. Чим, на вашу думку, зумовлена нижча температура в легенях?

12. (2 бали) Чому температура пальної суміші в циліндрі двигуна під час стискання збільшується, а під час робочого ходу — зменшується?

13. (2 бали) У газовому нагрівнику під час згоряння 2,5 кг природного газу було отримано 82,5 МДж теплоти. Визначте ККД нагрівника.

14. (3 бали) Ефір масою 20 г за температури 15 °С повністю випарувався. Яку кількість теплоти поглинув ефір під час цього процесу?

15. (3 бали) На скільки градусів можна нагріти 10 кг міді, використавши кількість теплоти, яка може виділитися під час повного згоряння 100 г дров?

16. (4 бали) У залізній коробці масою 200 г міститься 100 г свинцю за температури 27 °С. Яку масу природного газу потрібно спалити, щоб розплавити свинець? Вважайте, що на нагрівання коробки зі свинцем витрачається 40 % енергії, яка може виділитися в ході повного згоряння газу.

17. (4 бали) Автомобіль, рухаючись із середньою швидкістю 144 км/год, витратив 8 кг дизельного палива на 100 км шляху. Визначте середню потужність і середню силу тяги двигуна автомобіля на всьому шляху, якщо його ККД 30 %.

Звірте ваші відповіді з наведеними в кінці підручника. Позначте завдання, які ви виконали правильно, і полічіть суму балів. Потім цю суму поділіть на три. Одержаний результат відповідатиме рівню ваших навчальних досягнень.

Тренувальні тестові завдання з комп’ютерною перевіркою.

Що таке теплові трубки

Ви вже знаєте, що метали є дуже гарними провідниками тепла, а серед металів «рекордсменами» є срібло, мідь, золото, алюміній. І коли у вас запитають: «Як найшвидше передати тепло з однієї ділянки до іншої?», — ви, безумовно, згадаєте: якщо один кінець металевого стрижня розташувати в гарячому місці, то другий його кінець швидко нагріється. А чи можна передати тепло швидше, ніж за допомогою цих металів? Нібито ні, адже ці метали недаремно називають рекордсменами. Проте інженери розв’язали й таке завдання, а винайдений пристрій назвали тепловою трубкою.

Пояснимо принцип дії теплової трубки (рис. 1). Візьмемо запаяну трубку з невеликою кількістю води всередині. Верхній кінець трубки помістимо в гаряче місце. Крапельки води, що залишилися на внутрішній поверхні цієї частини трубки, почнуть перетворюватися на пару. Молекули пари «полетять» у всі боки, у тому числі вниз, де і сконденсуються в ділянці холодного кінця трубки. Теплота, що поглинається під час випаровування води, є дуже великою, тому передача тепла в трубці відбувається надзвичайно ефективно.

Рис. 1

На жаль, конструкція має суттєвий недолік — «одноразовість»: крапельки води випаровуються, і процес передачі тепла зупиняється. Для розв’язання цієї проблеми інженери скористалися так званим капілярним ефектом. (Згадайте: якщо край сорочки або сукні потрапить у воду, то мокрим стає не тільки він, але й тканина навколо.)

Капілярні структури розмістили вздовж внутрішних стінок теплової трубки (червона смуга на рис. 1), і трубка стала «багаторазовою». У такому пристрої вода рухається «по колу»: на гарячому кінці трубки (угорі) вода випаровується, пара переноситься вниз і конденсується в холодній частині трубки; утворена вода капілярами надходить угору, знову випаровується і т. д.

Для розв’язання конкретних завдань трубки виготовляють із металу, а капіляри роблять у вигляді або дротяного джгута (рис. 2), або напилених мікрочастинок (рис. 3).

Теплові трубки є дуже поширеними. Так, теплову трубку, подібну до наведеної на рис. 2, застосовують для охолодження персональних комп’ютерів.

Несподіване застосування теплові трубки мають на Алясці. На рис. 4 показано ділянку газопроводу, побудованого на території вічної мерзлоти. Під час перекачування газу відбувається його певне розігрівання, тепло передається на трубу, а частина цього тепла нагріває опори і йде в землю. Якщо теплової енергії передавати багато, то ділянка вічної мерзлоти навколо опори розтане і виникне ризик аварії. Конструктори розв’язали проблему, обладнавши кожну опору тепловими трубками (білі стрижні на рис. 4), завдяки яким надлишкове тепло прямує вгору, в атмосферу.

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Ефект «пам’яті форми»

У XX ст. фізики виявили надзвичайно цікаве явище, що згодом набуло широкого застосування. Ідеться про так званий ефект «пам’яті форми». У чому ж полягає його сутність?

Рис. 5

Скористаємося простим прикладом. Ефект «пам’яті форми» властивий деяким сплавам, найвідомішим із яких є нітинол — сплав нікелю й титану. Візьмемо довгий стрижень, виготовлений з нітинолу, нагріємо і в гарячому стані надамо йому будь-якої форми, скажімо, згорнемо у вигляді кільця. Потім дамо стрижню охолонути до кімнатної температури й надамо йому іншої форми, тобто не кільця, — наприклад, розпрямимо його або згорнемо у вигляді будь-якої іншої фігури. Якщо ж тепер знову нагріти стрижень, то він, ніби жива істота, «згадає» свою історію і самостійно набуде початкової форми, тобто в цьому випадку зігнеться в кільце. Більш того, стрижень надовго «зберігає пам’ять» про свою початкову форму й може набувати її за певних умов багато разів. Саме це явище й називають ефектом «пам’яті форми». Його широко застосовують у техніці. Наприклад, на рис. 5 показано кінцівку робота.

«Пальці», виготовлені зі сплаву, якому властивий ефект «пам’яті форми», були зігнуті в гарячому стані. «Суглоби пальців» являють собою електричні нагрівники, і якщо пропустити через них струм, то «суглоби» нагріються і «п’ясть» стиснеться в кулак.

Орієнтовні теми проектів

• 1. Екологічні проблеми теплоенергетики та тепловикористання.
• 2. Енергозбережувальні технології.
• 3. Унікальні фізичні властивості води.
• 4. Рідкі кристали та їх використання.
• 5. Полімери.
• 6. Холодильні машини.
• 7. Кондиціонери, теплові насоси.

Теми рефератів і повідомлень

• 1. Адаптація рослин до високих температур.
• 2. Випаровування і конденсація в живій природі.
• 3. Застосування випаровування і конденсації в техніці.
• 4. Конвекція в природі.
• 5. Як, коли і чому відбуваються такі природні явища: дощ, туман, сніг, роса, град.
• 6. Чому «плачуть» вікна?
• 7. Способи зберігання тепла в приміщеннях.
• 8. «Дива кулінарії» та закони фізики.
• 9. Аморфні речовини.
• 10. Рідкі кристали, їх особливості та використання.
• 11. Історія створення наноматеріалів.
• 12. Нанотехнології в медицині та косметології: «за» і «проти».
• 13. Внесок українських учених у розвиток нанотехнологій.
• 14. Теплове випромінювання тіла людини.
• 15. Вплив теплових двигунів на навколишнє середовище.
• 16. Глобальне потепління — загроза людству?
• 17. Альтернативні джерела енергії.
• 18. Побутові пристрої, які працюють за рахунок енергії сонячного випромінювання.

Теми експериментальних досліджень

• 1. Вивчення теплопровідності різних матеріалів.
• 2. Вирощування кристалів із різних видів солей.
• 3. Дослідження кипіння води та залежності зміни температури кипіння води від зовнішнього тиску й наявності домішок.
• 4. Створення «холодильників», які не використовують електроенергію.
• 5. Створення двигуна, який використовує енергію свічки.

Перед початком роботи над проектом, рефератом, проведенням експериментального дослідження уважно ознайомтеся з порадами в інтернет-підтримці підручника.