Példakérdések a hőmérsékletről és a hőről

15 példa hőmérséklettel és hővel kapcsolatos kérdésekre

Hőmérő kalibrálása

1. Az X kalibrált hőmérő -30-at mutat^o a víz fagyáspontján és 90^o a víz forráspontján. Hőmérséklet 60^oX egyenlő …-val/-vel

A. 20 ^oC

B. 45 ^oC

C. 50 ^oC

D. 75 ^oC

E. 80. ^oC

Vita

Köztudott, hogy:

A víz fagyáspontja a hőmérőn X = -30^o

A víz forráspontja a hőmérőn X = 90^o

Kérdezte: 60^oX = ….. ^oC

Válasz:

A Fahrenheit-skálán a víz fagyáspontja 32^oF, a víz forráspontja pedig 212^oF. A víz fagyáspontja és forráspontja között 212 fok különbség van.^o - 32^o = 180^o.

A Celsius-skálán a víz fagyáspontja 0^oC, a víz forráspontja pedig 100^oC. A víz fagyáspontja és forráspontja között 100°C különbség van.^o - 0^o = 100^o.

Az X skálán a víz fagyáspontja -30^oX és a víz forráspontja 90^oX. A víz fagyáspontja és forráspontja között 90 fok különbség van.^o – (-30^o) = 90^o + 30^o = 120^o.

X skála átváltása Celsius skálára:

A helyes válasz a D.

Terjeszkedés

2. Egy fémrudat 80 °C-os hőmérsékletre hevítenek.^oA C hossza 115 cm lesz. Ha a fém lineáris hőtágulási együtthatója 3.10^{-3 o}C^-1 és a fém kezdeti hőmérséklete 30^oC, akkor a fém kezdeti hossza….

A. 100 cm

Kb. 101,5 cm

Kb. 102 cm

D. 102,5 cm

E. 103 cm

Vita

Köztudott, hogy:

Kezdeti hőmérséklet (T₁) = 30^oC

Végső hőmérséklet (T₂) = 80^oC

Hőmérsékletváltozás (ΔT) = 80^oC - 30^oC = 50^oC

A fém lineáris tágulási együtthatója (α) = 3.10^{-3 o}C^-1

A fém végső hossza (L) = 115 cm

Kérdezte: A fém kezdeti hossza (L_o)

Válasz:

Hossztágulási képlet:

A helyes válasz az A.

3. Egy sárgaréz rúd kezdetben 40 cm hosszú. 80 °C-os hőmérsékleten hevítve^oA C hossza 40,04 cm lesz. Ha a sárgaréz lineáris hőtágulási együtthatója 2,0 x 10^{-5 o}C^-1 Tehát a sárgaréz rúd kezdeti hőmérséklete….

A. 20 ^oC

B. 22 ^oC

C. 25 ^oC

D. 30 ^oC

E. 50. ^oC

Vita

Köztudott, hogy:

Végső hőmérséklet (T₂) = 80^oC

Kezdeti hossz (L_o) = 40 cm

Végső hossz (H) = 40,04 cm

Hossznövekedés (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm

A sárgaréz lineáris hőtágulási együtthatója (α) = 2,0 x 10^{-5 o}C^-1

Kérdezte: Kezdeti hőmérséklet (T₁)

Válasz:

Fém tágulási képlete:

0,04 = (2,0 x 10^-5)(40)(80 – T₁)

0,04 = (80 x 10^-5)(80 – T₁)

0,04 = 0,0008 (80 – T₁)

0,04 = 0,064 – 0,0008 T₁

0,0008 T₁ = 0,064 - 0,040

0,0008 T₁ = 0,024

T₁ = 30^oC

A helyes válasz a D.

Hőátadás hővezetéssel

4. Azonos méretű, de különböző fémekből készült fémrudakat az alábbi képen látható módon összekapcsolunk. Ha az I fém hővezető képessége négyszerese a II fém hővezető képességének, akkor a két fém találkozásánál a hőmérséklet…

A. 45⁰ C

B. 40⁰ C

C. 35⁰ C

D. 30⁰ C

E. 25.⁰ C

Vita

Köztudott, hogy:

Azonos szárméret

Fém hővezető képessége I = 4k

A fém hővezető képessége II = k

Fémhegy hőmérséklete I = 50⁰ C

Fémhegy hőmérséklete II = 0⁰ C

Kérdezte: A két fém találkozási pontjánál mért hőmérséklet

Válasz:

A hővezetéssel történő hőátadás sebességének képlete:

Leírás: Q/t = hőátadási sebesség, k = hővezető képesség, A = felület, T₁-T₂ = hőmérsékletváltozás, l = a rúd hossza

Hőmérséklet a P és Q határsíkon:

Két fémrúd, az A és a B azonos méretű, így a rudak felületét (A) és hosszát (l) kihagyjuk az egyenletből.

A helyes válasz a B.

5. Figyelj a következő állításra!

(1) Fémek vezetőképessége

(2) A fém végei közötti hőmérsékletkülönbség

(3) Fém hossza

(4) Fémtömeg

A fémekben a hő terjedésének sebességét meghatározó tényezők a következők...

A. (1), (2) és (3)

B. (1) és (4)

C. (2) és (4)

D. (3) és (4)

Csak E. (4)

Vita

A hővezetéses hőátadás sebességének képlete alapján a hőátadás sebességét meghatározó tényezők a fém vezetőképessége (k), a fém végei közötti hőmérsékletkülönbség (T) és a fém hossza (l). A fém tömegének nincs hatása.

A helyes válasz az A.

6. Két azonos méretű, de különböző fémből készült PQ rudat az alábbi ábrán látható módon rögzítettünk. Ha a hővezetési együttható (P) kétszerese a hővezetési együtthatónak (Q), akkor a P és Q határán a hőmérséklet...

A. 84°C

B. 78°C

72°C

D. 70°C

K. 90°C

Vita

Köztudott, hogy:

A PQ rudak azonos méretűek.

A fém hővezetési együtthatója P (k_P) = 2 ezer

A fém hővezetési együtthatója Q (k_Q) = k

Kérdezte: Hőmérséklet a határsíkon P és Q

Válasz:

A hővezetéssel történő hőátadás sebességének képlete:

Leírás: Q/t = hőátadási sebesség, k = hővezető képesség, A = felület, T₁-T₂ = hőmérsékletváltozás, l = a rúd hossza

Hőmérséklet a P és Q határsíkon:

A PQ rudak azonos méretűek, így A és l kiesnek az egyenletből.

Nincs helyes válasz.

Alakváltozás

7. 1 kg jég 0 °C hőmérsékleten ^oC 0,5 kg vízzel elkeverve 0 hőmérsékleten ^oC, akkor…

A. a víz egy része megfagy

B. a jég egy része elolvad

C. az összes jég elolvad

D. az összes víz megfagy

E. a vízben lévő jég tömege állandó marad

Vita

A jég szó szilárd halmazállapotú vizet jelöl, míg a víz szó folyékony halmazállapotú vizet.

0 fokos hőmérsékleten^oA jég szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotúvá válik. Ahhoz, hogy a jég halmazállapota megváltozzon, a jégnek hőt kell elnyelnie. A jég vízzel keveredik, ezért a jégnek el kell nyelnie a víz hőjét. A víz hőmérséklete azonban szintén 0 °C.^oC, így a jég nem tud hőt elnyelni. Így a jég tömege a vízben állandó marad.

A helyes válasz az E.

Fekete elv

8. Egy 200 gramm tömegű vasedényben 100 gramm olaj van 20 °C hőmérsékleten. ^oC. 50 gramm 75 °C-os vasat helyezünk az edénybe. ^oC. Ha az edény hőmérséklete 5 fokkal emelkedik^oC és fajhő olaj = 0,43 kcal/g ^oC, akkor a vas fajhője...

A. 0,143 kcal/g ^oC

B. 0,098 kcal/g ^oC

C. 0,084 kcal/g ^oC

D. 0,075 kcal/g ^oC

E. 0,064 kcal/g ^oC

Vita

Köztudott, hogy:

A vasedény tömege (m3) = 200 g

A vasedény kezdeti hőmérséklete (T₁) = 20^oC

Az olaj a vasedényben van, így az olaj hőmérséklete = a vasedény hőmérséklete.

A vasedény végső hőmérséklete (T₂) = 20^oC+5^oC = 25^oC

Olaj tömege (m3) = 100 gramm

Az olaj fajhője (c olaj) = 0,43 kcal/g ^oC

Kezdeti olajhőmérséklet (T₁) = 20^oC

Az olaj úgy van a tartályban, hogy az olaj termikus egyensúlyban legyen a vasedénnyel. Tehát, ha a vasedény végső hőmérséklete 25^oC, akkor az olaj végső hőmérséklete 25^oC.

Végső olajhőmérséklet (T₂) = 20^oC+5^oC = 25^oC

A vas tömege (m) = 50 gramm

A vas kezdeti hőmérséklete (T₁) = 75^oC

A vasat olajba merítik egy edényben, így a vas termikus egyensúlyban van az olajjal és az edénnyel. Tehát, ha az edény végső hőmérséklete 25^oC, akkor a vas végső hőmérséklete 25^oC.

Kérdezte: A vas fajhője (c vas)

Válasz:

A vas által leadott hő:

Q = mc ΔT = (50)(c)(75-25) = (50)(c)(50) = 2500 kalória

A vas edény által elnyelt hő:

Q = mc ΔT = (200)(c)(25-20) = (200)(c)(5) = 1000 kalória

Az olaj által elnyelt hő:

Q = mc ΔT = (100)(0,43)(25-20) = (43)(5) = 215 kalória

Black elve kimondja, hogy egy zárt, izolált rendszerben a magas hőmérsékletű tárgy által kibocsátott hőt egy alacsony hőmérsékletű tárgy nyeli el.

Felszabaduló Q = elnyelt Q

2500°C = 1000°C + 215°C

2500°C – 1000°C = 215°F

1500c = 215

c = 215/1500

c = 0,143 kcal/g ^oC

A helyes válasz az A.

9. Egy 200 gramm 20°C-os vizet tartalmazó pohárba 50 gramm -2°C-os jéget teszünk. Ha csak hőcsere történik a víz és a jég között, az egyensúly beállta után a következő képződik: (c víz = 1 kcal/gr°C; c_es = 0,5 kcal/gr°C; L = 80 kcal/gr)

A. az összes jég elolvad, és a hőmérséklet 0°C felett van

B. az összes jég elolvad, és a hőmérséklet 0°C

C. Nem minden jég olvad el, és a hőmérséklet 0°C.

D. a teljes rendszer hőmérséklete 0°C alatt van

E. a víz egy része megfagy, és a rendszer hőmérséklete 0°C

Vita

Köztudott, hogy:

Víztömeg (m_levegő) = 200 gramm

Vízhőmérséklet (T_levegő) = 20^oC

A víz fajhője (c_levegő) = 1 kcal/g°C

Jégtömeg (m_es) = 50 gramm

Jéghőmérséklet (T_es) = -2^oC

A jég fajhője (c)_es) = 0,5 kcal/g°C

Olvadáshő (L) = 80 kcal/g

Válasz:

Melegítéssel emeljük a jég hőmérsékletét -2-ről^oC-től 0-ig^oVS:

Q = mc ΔT

Q = (50 gramm)(0,5 kcal/gr°C)(0^oC – (-2^oC))

Q = (50)(0,5 kcal)(2)

Q = 50 kalória

Melegítsük fel, hogy az összes jég vízzé olvadjon:

Q = m L = (50 gramm)(80 kcal/gramm) = 4000 kalória

Melegítse le az összes víz hőmérsékletét 20-ról^oC-től 0-ig^oVS:

Q = mc ΔT

Q = (200 gramm)(1 kcal/gr°C)(0^oC – (20^oC))

Q = (200)(1 kcal)(-20)

Q = -4000 kalória

A pozitív előjel hő hozzáadását, a negatív előjel hő felszabadulását jelenti.

Melegítéssel a jég hőmérsékletét 0-ra emeljük^oA C 50 kalória, és az összes jég megolvasztásához szükséges hő 4000 kalória. Tehát az összes jég megolvasztásához szükséges teljes hő 4050 kalória. A rendelkezésre álló hő a víz által felszabaduló hő, ami 4000 kalória.

Megállapítható, hogy a rendelkezésre álló hő nem elegendő ahhoz, hogy az összes jeget vízzé olvadja. A jég nagy része vízzé olvadt, de egy kis része nem. Ez a víz és a maradék jég 0°C-os.^oC.

A helyes válasz a C.

10. Egy 200 gramm súlyú alumíniumdarab 20 °C hőmérsékleten^oC-t egy 100 gramm tömegű és 80 °C hőmérsékletű vízzel teli edénybe helyezünk.^oC. Ha az alumínium fajhője 0,22 kcal/g, akkor ^oC, a víz fajhője pedig 1 kcal/g ^oC, akkor az alumínium végső hőmérséklete közel van…

A. 20^oC

B. 42^oC

C. 62^oC

D. 80^oC

E. 100.^oC

Vita

Ismert :

Az alumínium tömege = 200 gramm

Alumínium hőmérséklete = 20^oC

A víz tömege = 100 gramm

Víz hőmérséklete = 80^oC

Az alumínium fajhője = 0,22 kcal/g ^oC

A víz fajhője = 1 kcal/g ^oC

Kérdezte : az alumínium végső hőmérséklete

Jawab :

Az alumínium a vízben van, tehát az alumínium végső hőmérséklete = a víz végső hőmérséklete.

A magasabb hőmérsékletű víz által felszabaduló hő (Q felszabadult) = az alacsonyabb hőmérsékletű alumínium által elnyelt hő (Q elnyelt)

m_levegő c (ΔT) = m_alumínium c (ΔT)

(100)(1)(80 – T) = (200)(0,22)(T – 20)

(100)(80 – T) = (44)(T – 20)

8000 – 100T = 44T – 880

8000 + 880 = 44T + 100T

8880 = 144T

T = 62^oC

A helyes válasz a C.

11. Egy 50 g tömegű, 85 °C hőmérsékletű érmét 50 g 29,8 °C hőmérsékletű vízbe mártunk (a víz fajhője = 1 kcal/g). ^-1 .°C^-1 ). Ha a végső hőmérséklet 37 °C, és a tartály nem nyel el hőt, akkor a fém fajhője…

A. 0,15 kcal/g ^-1 .°C^-1

B. 0,30 kcal/g ^-1 .°C^-1

C. 1,50 kcal/g ^-1 .°C^-1

D. 4,8 kcal.g ^-1 .°C^-1

E. 7,2 kcal.g ^-1 .°C^-1

Vita

Ismert :

Fém tömege (m_fém) = 50 gramm

Fém hőmérséklete = 85^oC

Víztömeg (m_levegő) = 50 gramm

Víz hőmérséklete = 29,8^oC

A víz fajhője (c_levegő) = 1 kcal.g ^-1 .°C^-1

A keverék végső hőmérséklete = 37^oC

Kérdezte : a fém fajhője (c fém)

Jawab :

A magasabb hőmérsékletű fém által felszabaduló hő (felszabadult Q) = az alacsonyabb hőmérsékletű víz által elnyelt hő (elnyelt Q)

m_fém c (ΔT) = m_levegő c (ΔT)

(50)(c)(85 – 37) = (50)(1)(37 – 29,8)

(c)(85 – 37) = (1)(37 – 29,8)

48 c = 7,2

c = 0,15 kcal/g ^-1 .°C^-1

A helyes válasz az A.

12. Egy 50 grammos, 0°C-os jégkockát 200 gramm 30°C-os vízbe mártunk egy speciális edényben. Tegyük fel, hogy az edény nem nyeli el a hőt. Ha a víz fajhője 1 kcal.g^{- 1} ° C ^-1 és a jég olvadáshője 80 kcal.g ^-1, akkor a keverék végső hőmérséklete….

A. 5°C

B. 8°C

11°C

D. 14°C

K. 17°C

Vita

Ismert :

Jégtömeg (m_es) = 50 gramm

Jég hőmérséklete = 0°C

Víztömeg (m_levegő) = 200 gramm

Víz hőmérséklete = 30^oC

A víz fajhője (c_levegő) = 1 kcal.g^{- 1} ° C ^-1

A jég olvadáshője (L)_es) = 80 kcal.g ^-1

Kérdezte : a keverék végső hőmérséklete

Jawab :

Először becsülje meg a végső állapotot:

A víz által felszabaduló hő, amikor a hőmérséklete 30-ról csökken^oC-től 0-ig^oVS:

Q_le = m_levegő c_levegő (ΔT) = (200)(1)(30-0) = (200)(30) = 6000

A teljes jég megolvasztásához szükséges hőmennyiség:

Q_olvad = m_es L_es = (50)(80) = 4000

A jég teljes megolvasztásához felhasznált hő mindössze 4000, míg a rendelkezésre álló hőmennyiség 6000. Megállapítható, hogy a keverék végső hőmérséklete 0 felett van.^oC.

Fekete elv :

A víz által felszabaduló hő = a jég megolvadásához szükséges hő + a jeges víz hőmérsékletének emelkedéséhez szükséges hő

(m_levegő)(c)_levegő)(ΔT) = (m_es)(L_es) + (m_es)(c)_levegő)(ΔT)

(200)(1)(30-T) = (50)(80) + (50)(1)(T-0)

(200)(30 - T) = (50)(80) + (50)(T - 0)

6000 – 200T = 4000 + 50T – 0

6000 – 4000 = 50T + 200T

2000 = 250T

T = 2000/250

T = 8^oC

A helyes válasz a B.

Az anyag halmazállapotának változásai

13. Az alábbi grafikon a hőmérséklet (T) és a hő (Q) közötti összefüggést mutatja 1 gramm szilárd anyag esetén. A szilárd anyag párolgáshője…
A. 60 kalória/gramm
B. 70 kalória/gramm
C. 80 kalória/gramm
D. 90 kalória/gramm
E. 100 kalória/gramm
Megbeszélés:A párolgáshő az a hőmennyiség, amelyet egy tárgy 1 grammja elnyel (vagy lead), hogy halmazállapotát folyékonyból gázneművé (vagy gázneműből folyékonyá) változtassa.
Ismert :
Elnyelt vagy leadott hő: Q = 140 kalória – 60 kalória = 80 kalória
Szilárd anyag tömege: m = 1 gramm
Kérdezte :
Gőzhő (L_v) szilárd anyagok?
Jawab :
A gőz hőjének meghatározására szolgáló képlet :
Q = m L_v
Leírás: Q = elnyelt vagy leadott hő, m = az anyag tömege, L_v = gőz hője
L_v = Q / m
L_v = 80 kalória / 1 gramm
L_v = 80 kalória/gramm
A helyes válasz a C.

14. Az alábbi grafikon 1 kg gőz hőjét mutatja a hőmérséklet függvényében normál nyomáson. A víz forráspontja 2256 x 10³ J/kg, a víz fajhője pedig 4,2 x 10³ J/kg K, akkor a gőzből vízzé alakulás során felszabaduló hő…
A. 4,50 × 10³ Joule
B. 5,20 × 10³ Joule
C. 2,00 × 10⁶ Joule
D. 2,26 × 10⁶ Joule
E. 4,40 × 10⁶ Joule

Megbeszélés:
Ismert :
Gőzölés vagy forrásban lévő hő (L_v) = 2.256 x 10³ J/kg
A víz fajhője (c) = 4200 J/kg K
Gőz tömege (m3) = 1 kg
Kérdezte :
Felszabaduló hő (Q) ?
Jawab :
Q = m L_v
Q = (1 kg)(2.256 × 10³ J/kg)
Q = 2256 × 10³ Joule
Q = 2,256 × 10⁶ Joule
A helyes válasz a D.

15. Az a hőmennyiség, amelyet 2 kg víz hőmérsékletének -2 °C-ról történő emeléséhez kell elnyelni ^oC-től 10-ig ^oC… A víz fajhője = 4.200 J/kg C^o, a jég fajhője = 2.100 J/kg C^o, a víz olvadáshője (L_F) = 336 000 J/kg
A. 760.400 J
B. 750.000 J
C. 668.000 J
D. 600.000 J
E. 540.000 J
Megbeszélés:
Ismert :
Víz tömege (m3) = 2 kg
Kezdeti hőmérséklet (T) = -2 ^oC
Végső hőmérséklet (T) = 10 ^oC
A jég fajhője (c es) = 2100 J/kg C^o
A víz fajhője (c víz) = 4200 J/kg C^o
A víz olvadáshője (L)_F) = 336 000 J/kg
Kérdezte :
Elnyelt hő (Q) ?
Jawab :
Hőmérsékletváltozás -2-ről ^oC-től 10-ig ^oA C több szakaszon megy keresztül.
1. szakasz, a jég hőmérséklete -2-ről emelkedik ^oC-től 0-ig ^oC (a jég hőmérsékletének növekedése a víz fagyáspontjánál áll meg, ami 0) ^oC)
2. szakasz, az összes jég elolvad (a szilárd halmazállapot folyékony halmazállapotúvá alakul a víz fagyáspontján, ami 0 ^oC)
3. szakasz, a víz hőmérséklete ismét emelkedik 0-ról ^oC-től 10-ig ^oC)
Tehát -2 fokos hőmérséklettől ^oC-től 0-ig ^oC-on a víz még szilárd halmazállapotú. 0 hőmérsékleten ^oC-on a szilárd halmazállapot folyékony halmazállapotba változik. Miután a szilárd halmazállapot folyékony halmazállapotba vált, a víz hőmérséklete ismét 0-ról emelkedik. ^oC-től 10-ig ^oC.
Q₁ = (m)(ces)(ΔT) = (2 kg)(2100 J/kg C^o)(0 ^oC – (-2 ^oC)) = (2) (2100 J) (2) = 8400 J
Q₂ = (m)(L_F) = (2 kg) (334 000 J/kg) = 668 000 J
Q₃ = (m)(c víz)(ΔT) = (2 kg)(4200 J/kg C^o)(10 ^oC - 0 ^oC)) = (2) (4200 J) (10) = 84000 J
Elnyelt hő:
Q = Q₁ + Q₂ + Q₃
Q = 8400 J + 668 000 J + 84 000 J
Q = 760.400 joule
A helyes válasz az A.

Kérdés forrása:

Országos fizika vizsgakérdések középiskolák/szakközépiskolák számára