Toplota FERI Vaje Iz Fizike Toplota – Notranja Energija

toplota feri vaje iz fizike toplota – notranja energija 1. v izolirani bakreni posodi z maso 2 kg in specifično toploto 0,383 kj/

Toplota FERI
Vaje iz fizike
Toplota – Notranja energija
1. V izolirani bakreni posodi z maso 2 kg in specifično toploto 0,383
kJ/kgK, se nahaja mešanica vode in ledu. Masa vode v posodi je 5 kg,
masa ledu pa 2 kg. Kaj nastane, ko v posodo dovedemo 1,5 kg vodne
pare, katere temperatura je 1000C? Talilna toplota za led je 334
kJ/kg, izparilna toplota vode pa 2260 kJ/kg. (voda s temperaturo 920C)
2. V toplotno izolirani posodi je 2 kg ledu s temperaturo -10 ˚C. Kaj
nastane, ko vanj vtaknemo grelec z močjo 1 kW za 20 minut? Specifična
toplota ledu je 2100 J/kgK, talilna toplota pa
336 kJ/kg.
Grelec odda v 20 min toploto Q = Pt = 1,2 MJ
Za segretje in stalitev ledu potrebujemo Q1 = m (c1ΔT +qt)= 714 kJ
Preostanek toplote (Q2 =1,2 MJ – 714 kJ) gre za segrevanje vode: Q2 =
m c2ΔT
ΔT = Q2 / m c2 = 58 ˚C (c2 = 4200J/kgK)
3. Določeno količino neke kapljevine segrejemo od 20˚C do njenega
vrelišča pri 105˚C v 40 s. V naslednjih 5,5 minutah ta količina
popolnoma izpari. Izračunaj izparilno toploto te tekočine, če je njena
specifična toplota 3000 J/kgK in če je bila dovajana moč ves čas
stalna. (qi=2,1.106 J/kg)
4. V valju, ki ga zapira bat, je zrak pri temperaturi 200C in tlaku 1
bar. Prostornina valja je 10 dm3. Bat stisnemo na polovico začetne
prostornine.
a) Koliko toplote moramo odvesti, da bo sprememba izotermna? (693 J)
b) Kolikšen je tlak na koncu? (2 bar)
c) Kolikšna je sprememba notranje energije? (0 J)
5. Plin iz začetnega stanja stisnemo na desetino začetne prostornine:
prvič pri stalnem tlaku in drugič pri stalni temperaturi. Kolikšno je
razmerje del, ki jih prejme plin?
Ap = -p(V-Vo) = -poVo (V/Vo -1)
AT = -poVo ln(V/Vo)
Ap / AT = (V/Vo -1)/ ln(V/Vo) = 0,4
6. V toplotno izoliranem valju, ki ga zapira bat, je na dnu košček
ledu in 5 g zraka s temperaturo 0oC. Bat, ki je v začetku 20 cm nad
dnom, izotermno potiskamo, tako da je na koncu le še 1 cm nad dnom.
Koliko ledu se pri tem stali? Talilna toplota ledu je 336 kJ/kg.
A =  p0V0 ln(V/V0) = mlqt
mRT0/M∙ ln(h0/h) = mlqt
ml = mRT0/qtM∙ ln(h0/h) = 3,7 g
7. Valj, napolnjen z zrakom pri 20˚C in tlaku 1 bar, zapira lahek bat
s presekom 1 dm2. Bat miruje 1 m nad dnom. Nanj položimo 10 kg utež.
Za koliko se bat premakne? Za koliko se premakne, če počakamo dovolj
dolgo?
adiabatna sp.: pohoκ = p1h1κ
p1 = po + mg/S
h1 = ho /(1+ mg/poS)1/ κ = 0,93 ho
Δh1 = 6,7cm
izotrmna sp.: poho = p2h2 = p1h2
p1 = po + mg/S
h2 = ho /(1+ mg/poS) = 0,91 ho
Δh2 = 9,1cm
8. 1 m3 zraka s temperaturo 50 oC in tlakom 1 bar pri stalni
prostornini segrejemo, da se mu tlak podvoji. Potem zrak adiabatno
razpnemo do prostornine 5,6 m3, temperatura pa pri tem pade do začetne
vrednosti. Končno zrak izotermno stisnemo do začetnega stanja. Ali je
plin v celoti prejel ali oddal delo? Kolikšno je to delo?
Opravljeno delo je enako ploščini lika v p-V diagramu. Zaradi obhoda v
smislu vrtenja urnih kazalcev je delo negativno; zrak je delo oddal:
A = A12 + A23 (adiabatno) + A31(izotermno) = 0 + (p3V3  p2V2)/(κ-1) 
p3V3 ln(V1/V3)
Velja:
p2 = 2p1,
V2 = V1,
p2V2 = p3V3 in
p3V3 = p1V1
A = (p1V1  2p1V1)/(κ-1)  p1V1 ln(V1/V3) = p1V1 [ 1/(κ-1)  ln(V1/V3)]
= -7,8∙104J
9. V višini 11000 m je temperatura 56,5 oC in gostota zraka 0,364
kg/m3. Kolikšen je tlak? Kilomol zraka ima 29 kg. (0,23 bar)