Przykładowe pytania dotyczące temperatury i ciepła

15 przykładów pytań dotyczących temperatury i ciepła

Kalibracja termometru

1. Skalibrowany termometr X wskazuje -30^o w temperaturze zamarzania wody i 90^o w temperaturze wrzenia wody. Temperatura 60^oX jest równe…

A. 20 ^oC

B. 45 ^oC

C. 50 ^oC

D. 75 ^oC

80 ^oC

Pembahasan

Wiadomo, że:

Temperatura zamarzania wody na termometrze X = -30^o

Temperatura wrzenia wody na termometrze X = 90^o

Zapytano: 60^oX = ….. ^oC

Jawab:

W skali Fahrenheita temperatura zamarzania wody wynosi 32^oF, a temperatura wrzenia wody wynosi 212^oF. Różnica między temperaturą zamarzania a temperaturą wrzenia wody wynosi 212^o - 32^o = 180^o.

W skali Celsjusza temperatura zamarzania wody wynosi 0^oC, a temperatura wrzenia wody wynosi 100^oC. Różnica między temperaturą zamarzania i temperaturą wrzenia wody wynosi 100°C.^o - 0^o = 100^o.

W skali X temperatura zamarzania wody wynosi -30^oX i temperatura wrzenia wody wynosi 90^oX. Różnica między temperaturą zamarzania a temperaturą wrzenia wody wynosi 90°C.^o – (-30^o) = 90^o + 30^o = 120^o.

Przelicz skalę X na skalę Celsjusza:

Prawidłowa odpowiedź to D.

Pemuaian

2. Metalowy pręt nagrzewa się do temperatury 80^oDługość C wynosi 115 cm. Jeśli współczynnik rozszerzalności liniowej metalu wynosi 3.10^{-3 o}C^-1 a początkowa temperatura metalu wynosi 30^oC, wówczas początkowa długość metalu wynosi….

A. 100 cm

B. 101,5 cm

ok. 102 cm

Średnica 102,5 cm

E. 103 cm

Pembahasan

Wiadomo, że:

Temperatura początkowa (T₁) = 30^oC

Temperatura końcowa (T₂) = 80^oC

Zmiana temperatury (ΔT) = 80^oC - 30^oC = 50^oC

Współczynnik rozszerzalności liniowej metalu (α) = 3.10^{-3 o}C^-1

Długość końcowa metalu (L) = 115 cm

Zapytano: Początkowa długość metalu (L_o)

Jawab:

Wzór na rozszerzenie długości:

Prawidłowa odpowiedź to A.

3. Pręt mosiężny ma początkowo 40 cm długości. Po podgrzaniu do temperatury 80°C^oDługość C wynosi 40,04 cm. Jeśli współczynnik rozszerzalności liniowej mosiądzu wynosi 2,0 x 10^{-5 o}C^-1 Tak więc początkowa temperatura pręta mosiężnego wynosi….

A. 20 ^oC

B. 22 ^oC

C. 25 ^oC

D. 30 ^oC

50 ^oC

Pembahasan

Wiadomo, że:

Temperatura końcowa (T₂) = 80^oC

Długość początkowa (L_o) = 40 cm

Długość końcowa (D) = 40,04 cm

Przyrost długości (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm

Współczynnik rozszerzalności liniowej mosiądzu (α) = 2,0 x 10^{-5 o}C^-1

Zapytano: Temperatura początkowa (T₁)

Jawab:

Wzór na rozszerzalność metalu:

0,04 = (2,0 x 10^-5)(40)(80 – T₁)

0,04 = (80 x 10^-5)(80 – T₁)

0,04 = 0,0008 (80 – T₁)

252 000 = 840 000 – 42 000 ton₁

0,0008 T₁ = 0,064 - 0,040

0,0008 T₁ = 0,024

T₁ = 30^oC

Prawidłowa odpowiedź to D.

Przenoszenie ciepła przez przewodzenie

4. Metalowe pręty o tej samej średnicy, ale wykonane z różnych metali, połączono, jak pokazano na poniższym rysunku. Jeśli przewodność cieplna metalu I jest czterokrotnie większa niż przewodność cieplna metalu II, to temperatura na styku obu metali wynosi…

A. 45⁰ C

B. 40⁰ C

C. 35⁰ C

D. 30⁰ C

25⁰ C

Pembahasan

Wiadomo, że:

Ten sam rozmiar łodygi

Przewodność cieplna metalu I = 4k

Przewodność cieplna metalu II = k

Temperatura końcówki metalowej I = 50⁰ C

Temperatura końcówki metalowej II = 0⁰ C

Zapytano: Temperatura na styku dwóch metali

Jawab:

Wzór na szybkość przewodzenia ciepła:

Opis: Q/t = szybkość wymiany ciepła, k = przewodność cieplna, A = powierzchnia, T₁-T₂ = zmiana temperatury, l = długość pręta

Temperatura na płaszczyźnie granicznej P i Q:

Dwa pręty metalowe A i B mają taką samą wielkość, więc powierzchnia (A) i długość (l) prętów nie wchodzą w grę.

Prawidłowa odpowiedź to B.

5. Zwróć uwagę na następujące stwierdzenie!

(1) Przewodność metali

(2) Różnica temperatur między końcami metalu

(3) Długość metalu

(4) Masa metalowa

Czynniki, które określają szybkość rozprzestrzeniania się ciepła w metalu to...

A. (1), (2) i (3)

B. (1) i (4)

C. (2) i (4)

D. (3) i (4)

E. (4) tylko

Pembahasan

Na podstawie wzoru na szybkość przewodzenia ciepła, czynnikami determinującymi szybkość przewodzenia ciepła są przewodność elektryczna metalu (k), różnica temperatur między końcami metalu (T) oraz długość metalu (l). Masa metalu nie ma wpływu.

Prawidłowa odpowiedź to A.

6. Dwa pręty PQ o tej samej średnicy, ale wykonane z różnych rodzajów metalu, są połączone, jak pokazano na poniższym rysunku. Jeśli współczynnik przewodzenia ciepła P jest dwukrotnie większy niż współczynnik przewodzenia ciepła Q, to temperatura na granicy między P i Q wynosi...

A. 84°C

B. 78°C

72°C

D. 70°C

E. 90°C

Pembahasan

Wiadomo, że:

Pręty PQ mają taki sam rozmiar.

Współczynnik przewodzenia ciepła metalu P (k_P) = 2k

Współczynnik przewodzenia ciepła metalu Q (k_Q) = k

Zapytano: Temperatura na płaszczyźnie granicznej P i Q

Jawab:

Wzór na szybkość przewodzenia ciepła:

Opis: Q/t = szybkość wymiany ciepła, k = przewodność cieplna, A = powierzchnia, T₁-T₂ = zmiana temperatury, l = długość pręta

Temperatura na płaszczyźnie granicznej P i Q:

Pręty PQ mają ten sam rozmiar, więc A i l eliminujemy z równania.

Nie ma dobrej odpowiedzi.

Zmiana formy

7. 1 kg lodu o temperaturze 0°C ^oC zmieszano z 0,5 kg wody w temperaturze 0 ^oC, więc…

A. część wody zamarza

B. część lodu się topi

C. cały lód się topi

D. cała woda zamarza

E. masa lodu w wodzie pozostaje stała

Pembahasan

Słowo lód oznacza wodę w stanie stałym, natomiast słowo woda oznacza wodę w stanie ciekłym.

W temperaturze 0 stopni^oLód przechodzi ze stanu stałego w ciekły. Aby lód zmienił stan skupienia, musi on absorbować ciepło. Lód miesza się z wodą, więc powinien absorbować ciepło z wody. Temperatura wody również wynosi 0°C.^oC, tak że lód nie może absorbować ciepła. W ten sposób masa lodu w wodzie pozostaje stała.

Prawidłowa odpowiedź to E.

Zasada Czarna

8. W naczyniu żelaznym o masie 200 gramów znajduje się 100 gramów oleju o temperaturze 20°C. ^oC. Do naczynia włożono 50 gramów żelaza o temperaturze 75°C. ^oC. Jeżeli temperatura naczynia wzrośnie o 5^oC i ciepło właściwe olej = 0,43 kcal/g ^oC, wówczas ciepło właściwe żelaza wynosi...

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

Pembahasan

Wiadomo, że:

Masa naczynia żelaznego (m) = 200 gr

Początkowa temperatura naczynia żelaznego (T₁) = 20^oC

Olej znajduje się w naczyniu żelaznym, więc temperatura oleju jest równa temperaturze naczynia żelaznego.

Temperatura końcowa naczynia żelaznego (T₂) = 20^oC+5^oC = 25^oC

Masa oleju (m) = 100 gramów

Ciepło właściwe oleju (olej c) = 0,43 kal/g ^oC

Początkowa temperatura oleju (T₁) = 20^oC

Olej znajduje się w naczyniu, dzięki czemu olej pozostaje w równowadze termicznej z naczyniem z żelazem. Zatem, jeśli temperatura końcowa naczynia z żelazem wynosi 25°C,^oC, a następnie końcowa temperatura oleju wynosi 25^oC.

Końcowa temperatura oleju (T₂) = 20^oC+5^oC = 25^oC

Masa żelaza (m) = 50 gramów

Początkowa temperatura żelaza (T₁) = 75^oC

Żelazo zanurzono w oleju w naczyniu, więc żelazo znajduje się w równowadze termicznej z olejem i naczyniem. Zatem, jeśli temperatura końcowa naczynia wynosi 25°C,^oC, a następnie końcowa temperatura żelaza wynosi 25^oC.

Zapytano: Ciepło właściwe żelaza (żelazo c)

Jawab:

Ciepło wydzielane przez żelazo:

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

Ciepło pochłonięte przez naczynie żelazne:

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

Ciepło absorbowane przez olej:

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

Zasada Blacka głosi, że w zamkniętym, izolowanym układzie ciepło wydzielane przez obiekt o wysokiej temperaturze jest absorbowane przez obiekt o niskiej temperaturze.

Q uwolnione = Q wchłonięte

2500c = 1000c + 215

2500c – 1000c = 215

1500c = 215

c = 215/1500

c = 0,143 kcal/g ^oC

Prawidłowa odpowiedź to A.

9. Szklankę zawierającą 200 gramów wody o temperaturze 20°C napełniono 50 gramami lodu o temperaturze -2°C. Jeżeli po osiągnięciu stanu równowagi nastąpi jedynie wymiana ciepła między wodą a lodem, otrzymamy: (c wody = 1 kal/gr°C; c_es = 0,5 kcal/gr°C; L = 80 kcal/gr)

A. cały lód się topi i temperatura jest powyżej 0°C

B. cały lód się topi i temperatura wynosi 0°C

C. Nie cały lód się topi i temperatura wynosi 0°C

D. temperatura całego układu jest niższa niż 0°C

E. część wody zamarza, a temperatura układu wynosi 0°C

Pembahasan

Wiadomo, że:

Masa wody (m_powietrze) = 200 gramów

Temperatura wody (T_powietrze) = 20^oC

Ciepło właściwe wody (c_powietrze) = 1 kal/gr°C

Masa lodu (m_es) = 50 gramów

Temperatura lodu (T_es) = -2^oC

Ciepło właściwe lodu (c_es) = 0,5 kal/gr°C

Ciepło topnienia wody (L) = 80 kcal/gr

Jawab:

Podgrzewaj, aby podnieść temperaturę lodu od -2^oC do 0^oC:

Q = mc ΔT

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

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

Q = 50 kalorii

Podgrzewaj, aby cały lód roztopił się i zamienił w wodę:

Q = m L = (50 gramów) (80 kcal/gram) = 4000 kalorii

Podgrzewaj, aby obniżyć temperaturę całej wody z 20^oC do 0^oC:

Q = mc ΔT

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

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

Q = -4000 kalorii

Znak dodatni oznacza, że ​​ciepło jest dodawane, znak ujemny oznacza, że ​​ciepło jest uwalniane.

Podgrzewaj, aby podnieść temperaturę lodu do 0^oC to 50 kalorii, a ciepło potrzebne do stopienia całego lodu to 4000 kalorii. Zatem całkowite ciepło potrzebne do stopienia całego lodu wynosi 4050 kalorii. Ciepło dostępne to ciepło uwalniane przez wodę, które wynosi 4000 kalorii.

Można wnioskować, że dostępne ciepło nie wystarczy, aby stopić cały lód w wodę. Większość lodu uległa stopieniu, ale niewielka część nie. Woda ta i pozostały lód mają temperaturę 0°C.^oC.

Prawidłowa odpowiedź to C.

10. Kawałek aluminium o wadze 200 gramów w temperaturze 20°C^oDo naczynia z wodą o masie 100 gramów i temperaturze 80°C wprowadzono C.^oC. Jeżeli ciepło właściwe aluminium wynosi 0,22 cal/g ^oC, a ciepło właściwe wody wynosi 1 cal/g ^oC, wówczas końcowa temperatura aluminium jest bliska…

A. 20^oC

B. 42^oC

C. 62^oC

D. 80^oC

100^oC

Pembahasan

Wiadomo, że :

Masa aluminium = 200 gramów

Temperatura aluminium = 20^oC

Masa wody = 100 gramów

Temperatura wody = 80^oC

Ciepło właściwe aluminium = 0,22 cal/g ^oC

Ciepło właściwe wody = 1 cal/g ^oC

Zapytano : końcowa temperatura aluminium

Odpowiedź :

Aluminium znajduje się w wodzie, więc końcowa temperatura aluminium = końcowa temperatura wody.

Ciepło uwolnione przez wodę o wyższej temperaturze (Q uwolnione) = ciepło pochłonięte przez aluminium o niższej temperaturze (Q pochłonięte)

m_powietrze c (ΔT) = m_aluminiowy 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

Prawidłowa odpowiedź to C.

11. Monetę o masie 50 g i temperaturze 85 °C zanurzono w 50 g wody o temperaturze 29,8 °C (ciepło właściwe wody = 1 kcalg) ^-1 .°C^-1 ). Jeżeli temperatura końcowa wynosi 37 °C i pojemnik nie pochłania ciepła, to ciepło właściwe metalu wynosi…

A. 0,15 kcal ^-1 .°C^-1

B. 0,30 kcal ^-1 .°C^-1

C. 1,50 kcal ^-1 .°C^-1

D. 4,8 kcal ^-1 .°C^-1

E. 7,2 kcal ^-1 .°C^-1

Pembahasan

Wiadomo, że :

Masa metalu (m_{zaloguj się}) = 50 gramów

Temperatura metalu = 85^oC

Masa wody (m_powietrze) = 50 gramów

Temperatura wody = 29,8^oC

Ciepło właściwe wody (c_powietrze) = 1 kcal.g ^-1 .°C^-1

Temperatura końcowa mieszanki = 37^oC

Zapytano : ciepło właściwe metalu (metal c)

Odpowiedź :

Ciepło uwolnione przez metal o wyższej temperaturze (Q uwolnione) = ciepło pochłonięte przez wodę o niższej temperaturze (Q pochłonięte)

m_{zaloguj się} c (ΔT) = m_powietrze c (ΔT)

(50)(c)(85 – 37) = (50)(1)(37 – 29,8)

(c)(85 – 37) = (1)(37 – 29,8)

48c = 7,2

c = 0,15 kcal.g ^-1 .°C^-1

Prawidłowa odpowiedź to A.

12. 50-gramowa kostka lodu o temperaturze 0°C została zanurzona w 200 gramach wody o temperaturze 30°C umieszczonej w specjalnym pojemniku. Załóż, że pojemnik nie pochłania ciepła. Jeśli ciepło właściwe wody wynosi 1 kcal.^{- 1} ° C ^-1 a ciepło topnienia lodu wynosi 80 kcal. ^-1, wówczas końcowa temperatura mieszanki wynosi….

A. 5°C

B. 8°C

11°C

D. 14°C

E. 17°C

Pembahasan

Wiadomo, że :

Masa lodu (m_es) = 50 gramów

Temperatura lodu = 0°C

Masa wody (m_powietrze) = 200 gramów

Temperatura wody = 30^oC

Ciepło właściwe wody (c_powietrze) = 1 kcal.g^{- 1} ° C ^-1

Ciepło topnienia lodu (L_es) = 80 kcal.g ^-1

Zapytano : końcowa temperatura mieszanki

Odpowiedź :

Najpierw oszacuj stan końcowy:

Ciepło uwalniane przez wodę w celu obniżenia jej temperatury z 30°C^oC do 0^oC:

Q_lepowie = m_powietrze c_powietrze (ΔT) = (200)(1)(30-0) = (200)(30) = 6000

Ciepło potrzebne do stopienia całego lodu:

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

Ciepło użyte do stopienia całego lodu wynosi zaledwie 4000, podczas gdy ilość dostępnego ciepła wynosi 6000. Można wnioskować, że końcowa temperatura mieszanki jest wyższa niż 0^oC.

Zasada Czarna :

Ciepło uwalniane przez wodę = ciepło potrzebne do stopienia całego lodu + ciepło potrzebne do podniesienia temperatury wody lodowej

(m_powietrze)(C_powietrze)(ΔT) = (m_es)(L_es) + (m_es)(C_powietrze)(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

Prawidłowa odpowiedź to B.

Zmiany stanu materii

13. Poniższy wykres przedstawia zależność między temperaturą (T) a ciepłem (Q) dostarczonym 1 gramowi ciała stałego. Ilość ciepła parowania tego ciała stałego wynosi…
A. 60 kalorii/gram
B. 70 kalorii/gram
C. 80 kalorii/gram
D. 90 kalorii/gram
E. 100 kalorii/gram
Dyskusja:Ciepło parowania to ilość ciepła pochłonięta (lub uwolniona) przez 1 gram obiektu w celu zmiany jego stanu skupienia z ciekłego na gazowy (lub z gazowego na ciekły).
Wiadomo, że :
Ciepło pochłaniane lub uwalniane: Q = 140 kalorii – 60 kalorii = 80 kalorii
Masa ciała stałego: m = 1 gram
Zapytano :
Ciepło pary (L_v) ciał stałych?
Odpowiedź :
Wzór na określenie ciepła pary :
Q = mL_v
Opis: Q = ciepło pochłonięte lub uwolnione, m = masa substancji, L_v = ciepło pary
L_v = Q / m
L_v = 80 kalorii / 1 gram
L_v = 80 kalorii/gram
Prawidłowa odpowiedź to C.

14. Poniżej znajduje się wykres zależności ciepła od temperatury 1 kg pary wodnej pod ciśnieniem normalnym. Temperatura wrzenia wody wynosi 2256 x 10³ J/kg, a ciepło właściwe wody wynosi 4,2 x 10³ J/kg K, zatem ciepło uwalniane podczas przemiany pary wodnej w wodę wynosi…
A. 4,50 × 10³ Dżul
B. 5,20 × 10³ Dżul
C. 2,00 × 10⁶ Dżul
D. 2,26 × 10⁶ Dżul
E. 4,40 × 10⁶ Dżul

Dyskusja:
Wiadomo, że :
Ciepło pary lub wrzenia (L_v) = 2.256 x 10³ J/kg
Ciepło właściwe wody (c) = 4200 J/kg K
Masa pary (m) = 1 kg
Zapytano :
Wydzielone ciepło (Q)?
Odpowiedź :
Q = mL_v
Q = (1 kg)(2.256 x 10³ J/kg)
Q = 2256 x 10³ Dżul
Q = 2,256 x 10⁶ Dżul
Prawidłowa odpowiedź to D.

15. Ile ciepła potrzeba, aby podnieść temperaturę 2 kg wody od -2°C? ^oC do 10 ^oC to… Ciepło właściwe wody = 4.200 J/kg C^o, ciepło właściwe lodu = 2.100 J/kg C^o, ciepło topnienia wody (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
Dyskusja:
Wiadomo, że :
Masa (m) wody = 2 kg
Temperatura początkowa (T) = -2 ^oC
Temperatura końcowa (T) = 10 ^oC
Ciepło właściwe lodu (c es) = 2100 J/kg C^o
Ciepło właściwe wody (c wody) = 4200 J/kg C^o
Ciepło topnienia wody (L)_F) = 336 000 J/kg
Zapytano :
Pochłonięte ciepło (Q)?
Odpowiedź :
Zmiana temperatury od -2 ^oC do 10 ^oC przechodzi przez kilka etapów.
Etap 1, temperatura lodu wzrasta od -2 ^oC do 0 ^oC (wzrost temperatury lodu zatrzymuje się w punkcie zamarzania wody, który wynosi 0 ^oC)
Etap 2, cały lód topnieje (stan stały zmienia się w ciekły w temperaturze zamarzania wody, która wynosi 0°C). ^oC)
Etap 3, temperatura wody wzrasta ponownie od 0 ^oC do 10 ^oC)
Więc od temperatury -2 ^oC do 0 ^oC, woda jest nadal w stanie stałym. W temperaturze 0 ^oC, następuje zmiana stanu skupienia ze stałego na ciekły. Po przejściu ze stanu stałego w ciekły, temperatura wody ponownie wzrasta z 0°C. ^oC do 10 ^oC.
Q₁ = (m)(c es)(delta T) = (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 woda)(delta T) = (2 kg)(4200 J/kg C^o) (10 ^oC - 0 ^oC)) = (2)(4200 J)(10) = 84000 J
Pochłonięte ciepło:
Q = Q₁ + Q₂ + Q₃
Q = 8400 J + 668 000 J + 84000 J
Q = 525 000 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to A.

Źródło pytania:

Pytania z egzaminu państwowego z fizyki dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych i zawodowych