Fizyka w szkole średniej

Zrozumienie systemów i środowiska

System to obiekt lub grupa obiektów będących przedmiotem badania. Pozostałe obiekty we wszechświecie nazywane są środowiskiem. Zazwyczaj system jest oddzielony od swojego otoczenia „partycją/ogranicznikiem/separatorem”.

Załóżmy na przykład, że chcemy zbadać wodę w termosie. Woda wewnątrz termosu tworzy układ, a powietrze i inne obiekty na zewnątrz termosu tworzą środowisko. Ścianki termosu, zarówno szklane, jak i plastikowe na zewnątrz, pełnią funkcję przegrody. Jednym z przykładów jest termos na wodę.

Przeczytaj więcej

Zrozumienie ciepła utajonego

Jeśli włożysz termometr rtęciowy do pojemnika zawierającego mieszaninę zimnej wody i lodu, zauważysz, że po przesunięciu w dół powierzchnia rtęci pozostaje nieruchoma lub nie porusza się. Powierzchnia rtęci zatrzymuje się po osiągnięciu temperatury topnienia lub zamarzania wody (0 ^° C). Jeśli pojemnik jest otwarty, ciepło przepływa z powietrza o wyższej temperaturze do mieszaniny lodu i wody o niższej temperaturze. Dodatkowe ciepło z powietrza powoduje topnienie lodu. Czy temperatura mieszaniny lodu i wody zmienia się wraz z topnieniem lodu? Wraz z topnieniem lodu temperatura mieszaniny wody i lodu się nie zmienia.

Przeczytaj więcej

Ciepło właściwe (c) to ilość ciepła (Q) potrzebna do podniesienia temperatury (T) jednej jednostki masy (m) obiektu o jeden stopień. Wzór na c to:

Międzynarodowy układ jednostek miar wynosi J/Kg K.

Ciepło właściwe obiektu zmienia się wraz z temperaturą. Jeśli zmiana temperatury nie jest zbyt duża, wartość tę można uznać za stałą. Poniżej przedstawiono wartości c dla kilku obiektów przy ciśnieniu 1 atm i temperaturze 20 ^° C (otrzymane eksperymentalnie).

Przeczytaj więcej

Jeśli obiekty o różnych temperaturach zetkną się ze sobą, ciepło naturalnie przemieszcza się od obiektu o wyższej temperaturze do obiektu o niższej temperaturze. Przenoszenie ciepła ustaje, gdy oba obiekty osiągną równowagę termiczną . Można powiedzieć, że przenoszenie ciepła powoduje zmianę temperatury obiektów w kontakcie. Na podstawie tego krótkiego wyjaśnienia można stwierdzić, że ciepło (Q) jest związane z obiektem i zmianą temperatury (delta T) tego obiektu. Każdy obiekt ma masę (m), a jego rodzaj również się różni.

Przeczytaj więcej

Jednostką ciepła jest kaloria (w skrócie kal). Kaloria to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama wody o 1 C ^o (dokładnie od 14,5 ^o C do 15,5 ^o C). Ilość potrzebnego ciepła zmienia się dla różnych temperatur wody . Przy tej samej ilości ciepła wzrost temperatury wody o 1 C ^o występuje tylko w zakresie od 14,5 ^o C do 15,5 ^o C. Często używaną jednostką ciepła, zwłaszcza do wyrażania wartości energetycznej żywności, jest kilokaloria (kcal). 1 kcal = 1000 kalorii. Inna nazwa 1 kcal = 1 kaloria (duża litera K). Jednostką ciepła w systemie brytyjskim jest Btu (brytyjska jednostka cieplna). 1 Btu = ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 funta wody o 1 F ^o (dokładnie od 63 ^o F do 64 ^o F).

Przeczytaj więcej

Zrozumienie anomalii wodnych

Każdy obiekt rozszerza się (zwiększa objętość), gdy temperatura obiektu wzrasta i kurczy się (zmniejsza objętość), gdy temperatura obiektu spada. Woda również rozszerza się, gdy temperatura wzrasta i kurczy się, gdy temperatura spada, ale nie w temperaturach 0 ^o C - 4 ^o C. Pomiędzy temperaturami 0 ^o C i 4 ^o C objętość wody zmniejsza się (woda kurczy się) wraz ze wzrostem temperatury. Jeśli podgrzejemy wodę do temperatury 0 ^o C, im cieplejsza woda, tym bardziej zmniejszy się jej objętość. Proces kurczenia się zatrzymuje się, gdy woda osiągnie temperaturę 4 ^o C. Powyżej 4 ^o C objętość wody wzrasta (woda rozszerza się) wraz ze wzrostem temperatury. Odwrotnie, woda rozszerza się (zwiększa objętość), gdy temperatura spada od 4 ^o C do 0 ^o C. Ta dziwność wody jest znana jako anomalia wody.

Przeczytaj więcej

Przyglądając się uważnie kablom elektrycznym, zauważysz, że są one wygięte w dół z powodu luzu. Dlaczego kable elektryczne są celowo luźno naciągane, a nie po prostu napinane? Większość dachów na Flores i Lembata, we wschodniej części Nusa Tenggara, jest wykonana z cynku (Zn). Zarówno w dzień, jak i w nocy dachy cynkowe hałasują. Dlaczego cynk hałasuje? Jeśli mieszkasz na Jawie, być może widziałeś tory kolejowe. W miejscach połączeń szyn są szczeliny. Jaka jest funkcja tych szczelin? Jest wiele rzeczy, o których możesz pomyśleć i o które możesz zapytać w kontekście rozszerzalności cieplnej.

Przeczytaj więcej

Jeśli kalibrujemy różne rodzaje termometrów, na przykład termometr rtęciowy i termometr alkoholowy, skala obu termometrów jest taka sama tylko dla 0 ^° C (lub 32 ^° F) i 100 ^° C (lub 212 ^° F). Jeśli użyjemy obu termometrów do pomiaru temperatury powietrza, wartości wyświetlane przez każdy termometr niekoniecznie będą takie same. Może się zdarzyć, że termometr rtęciowy wskaże 48 ^° C, a termometr alkoholowy 46 ^° C. Wynika to z różnicy szybkości rozszerzalności rtęci i alkoholu. Podobnie jest w przypadku innych rodzajów termometrów, takich jak termometry bimetaliczne itp. Skala temperatury ustalona w ten sposób jest w dużym stopniu zależna od właściwości użytych materiałów.

Przeczytaj więcej

Skale Celsjusza i Fahrenheita to różne skale temperatur. Jeśli temperatura obiektu jest mierzona i wyrażana w stopniach Celsjusza, a następnie chcemy wyrazić temperaturę obiektu w stopniach Fahrenheita, przeliczamy stopnie Celsjusza na stopnie Fahrenheita. W tej sekcji dowiesz się, jak przeliczać lub zmieniać temperaturę.

Przy ciśnieniu 1 atm temperatura punktu lodu dla termometru Celsjusza = 0 ^oC, podczas gdy skala termometru Fahrenheita = 32 ^oF. Odwrotnie, przy ciśnieniu 1 atm, temperatura pary dla termometru w skali Celsjusza = 100 ^oC, podczas gdy skala termometru Fahrenheita = 212 ^oF. Spójrz na poniższy obrazek!

Przeczytaj więcej

Typy skal termometrów

Aby termometr mógł mierzyć temperaturę, musi być on zdefiniowany w skali. Dwie powszechnie używane skale termometrów to skala Celsjusza i skala Fahrenheita. W Indonezji najczęściej używaną skalą temperatur jest skala Celsjusza. Inną nazwą skali Celsjusza jest skala Celsjusza. Stopień Celsjusza to sto stopni. Skala Fahrenheita jest często używana w Stanach Zjednoczonych i krajach o mroźnych zimach. Szczególnie ważną skalą temperatur w nauce jest skala absolutna, czyli skala Kelvina. Skala Kelvina zostanie omówiona później.

Skale Celsjusza i Fahrenheita wykorzystują temperatury zamarzania i wrzenia wody jako punkty stałe. Temperatura zamarzania substancji to temperatura, w której faza stała i ciekła znajdują się w równowadze termicznej . Natomiast temperatura wrzenia substancji to temperatura, w której faza ciekła i gazowa znajdują się w równowadze termicznej. Temperatury zamarzania i wrzenia zawsze zmieniają się wraz z ciśnieniem powietrza, dlatego ciśnienie powietrza należy najpierw wyznaczyć. Zazwyczaj stosujemy ciśnienie standardowe, które wynosi 1 atm (jedną atmosferę). Atmosfera jest jednostką ciśnienia powietrza.

Przeczytaj więcej