21. A testek hőtágulása

Átírás

1 21. A testek hőtágulása Végezzen el két kísérletet a hőtágulás jelenségének szemléltetésére a rendelkezésre álló eszközök felhasználásával! Magyarázza meg a kísérleteknél tapasztalt jelenséget! Soroljon fel legalább 1-1 gyakorlati példát a különböző halmazállapotú testek hőtágulására! Válassza ki valamelyik (lineáris vagy köbös) hőtágulási formát, vegye sorra a választott hőtágulás mértékét befolyásoló tényezőket! Fogalmazza meg szavakban a kiválasztott hőtágulási forma törvényszerűségét! Értelmezze a mellékelt grafikont! Számítsa ki a grafikon alapján, hogy 10 C hőmérséklet-változás hatására az azonos hosszúságú rudak közül az alumíniumból készült rúd megnyúlása hányszorosa a réz- és a vasrúd megnyúlásának! Mondjon 2-2 példát a gyakorlati életben előforduló hasznos és káros hőtágulásra! A különböző hőmérsékleti skálák bevezetésével kapcsolatosan nevezzen meg két ismert fizikust, jelölje meg, melyik évszázadra tehető munkásságuk! Eszközök: borszeszégő, nyeles bimetallszalag modell, gyűrű golyó modell (s Gravesande-készülék), gyufa, ábra. 1

2 A 21. tételsor értékelése A részfeladatok megnevezése Adható pontok A jelenség ismertetése és két kísérlet elvégzése A két kísérlet értelmezése (összesen három) gyakorlati példa különböző halmazállapotú testek hőtágulására. Egy adott hőtágulás kiválasztása, a hőtágulást befolyásoló tényezők (méret, hőmérséklet-különbség, anyagi minőség) számbavétele A törvényszerűség megfogalmazása. 3 3 A grafikon értelmezése. A nyúlási arányok megállapítása (1,5-szeres, 2,2-szeres) példa a hasznos és káros hőtágulásra. 4 1 Fizikusok (Celsius és Kelvin) megnevezése, munkásságuk évszázadának (XVIII. sz. és XIX. sz.) megadása. A felelet kifejtési módja Összesen 60 Adott pontszám 2

3 22. Halmazállapot-változások Jellemezze a testek különböző halmazállapotát a mellékelt modell-rajzok alapján, és sorolja fel a halmazállapot-változásokat! Válasszon ki egy halmazállapot-változást, és ismertesse a változást leíró fogalmakat, mennyiségeket! Végezze el a következő mérést: ismert tömegű (pl. 20 g) olvadó jégkockákat helyezzen főzőpohárban lévő szobahőmérsékletű, kb. 2-3 dl térfogatú vízbe! Számítsa ki a víz tömegét, ismerve annak térfogatát! Mérje meg a víz kezdeti hőmérsékletét és a jég olvadásakor a hőmérsékletet! A mérési adatokból számítsa ki a jég olvadáshőjét! A kapott eredményt hasonlítsa össze a függvénytáblázatban található értékkel, és említsen legalább két okot, melyek a mérési hibát okozhatták! Adjon javaslatot, hogy lehetne a mérést pontosabbá tenni! Ismertesse a természetben előforduló vizek (folyók, tavak, tengerek) halmazállapot-változásainak időjárást befolyásoló szerepét! Ismertesse, hogy miben áll a víz halmazállapot-változásának különlegessége, és fejtse ki, hogy ez milyen szerepet játszik az élővilágban! Halmazállapot-változással magyarázza meg legalább két csapadékforma keletkezését! Eszközök: ábrák; ismert tömegű olvadó jégkockák, kb. 5 dl-es főzőpohár, víz, hőmérő, mérőhenger. 3

4 A 22. tételsor értékelése A részfeladatok megnevezése Adható pontok A halmazállapotok jellemzése a modell-rajzok alapján. 3 2 A választott halmazállapot-változás fogalmai, mennyiségei. 6 A mérés elvégzése, az adatok felvétele A jég olvadáshőjének meghatározása (20-30%-os mérési hiba elfogadott). 7 A mérési hiba okainak legalább kettő felsorolása (nincs hőszigetelt környezet, pontatlan tömeg-, térfogat-, hőmérsékletmérés stb.) A víz halmazállapot-változásainak időjárást befolyásoló szerepe A víz halmazállapot-változásának különlegessége (fagyáskor tágulás) és a természetes vizek élővilága védelmének (vagy a sejtroncsoló hatás) kapcsolatának bemutatása. Két csapadékforma keletkezésének leírása A felelet kifejtési módja. 5 Összesen 60 6 Adott pontszám 4

5 23. A gázok állapotváltozásai Nevezze meg a gázok fizikai állapotát leíró állapotjelzőket, adja meg azok jelét és mértékegységét! Fogalmazza meg az állapotváltozás jelenségét! Sorolja fel a speciális állapotváltozásokat, és adja meg azok kísérleti megvalósításának módját! (Használja a mellékelt kísérleti összeállítások ábráját!) Értelmezze a mellékelt p V diagramon a speciális állapotváltozásokat! Válasszon ki egy speciális állapotváltozást, fogalmazza meg szavakkal a rá vonatkozó törvényszerűséget, és írja fel annak összefüggését! Soroljon fel legalább két olyan technikai berendezést (gépet), amelynek megalkotásában fontos szerepet játszott a gáztörvények ismerete! Kísérlet: Tanulmányozza a mellékelt eszközök (orvosi fecskendő, kerékpárpumpa) működését. Értelmezze az eszközök működési alapelvét a gáztörvények alapján! Számítsa ki, mekkora lesz az orvosi fecskendő hengerében a nyomás, ha befogott vég mellett, a dugattyú mozgatásával a) a bezárt levegőt 2 térfogatra préseljük össze; 3 b) a bezárt levegőt háromszoros térfogatra tágítjuk ki! (A kezdeti nyomás 100 kpa.) Eszközök: ábrák; pumpa, orvosi fecskendő, kísérleti összeállítások ábrái, p V diagram. 5

6 A 23. tételsor értékelése A részfeladatok megnevezése Adható pontok Az állapotjelzők felsorolása, az állapotváltozás megfogalmazása Speciális állapotváltozások felsorolása, a megvalósítás módjának ismertetése. 3 3 Az állapotváltozások p V diagramjának értelmezése. 3 2 A kiválasztott speciális állapotváltozás törvényszerűségének megfogalmazása, és az összefüggés felírása Technikai berendezések megnevezése (pl. gőzgép, hűtőgép, stb.) Az orvosi fecskendő és a pumpa működésének elemzése Egyszerű számítás elvégzése A felelet kifejtési módja. 5 Összesen 60 Adott pontszám 6

7 24. A termikus kölcsönhatások energiaviszonyai Fogalmazza meg a testek a termikus kölcsönhatásának legfontosabb jellemzőit! A kölcsönhatás típusra említsen legalább két gyakorlati példát! Adja meg a testek belső energiájának fogalmát! Értelmezze a belső energiát a részecskék hőmozgásával! Szemléltesse legalább 1-1 gyakorlati példával, hogy miként lehet megváltoztatni különböző módon a testek belső energiáját! Fogalmazza meg a hőtan I. főtételét általánosan (minden testre vonatkozóan)! Fejtse ki, hogy az I. főtétel miért tekinthető az energiamegmaradás általánosabb megfogalmazásának! Értelmezze egy súrlódásos lejtőn lecsúszó test energiaviszonyait, vagy mutassa be egy forró vasdarab megmunkálása közben a vas és környezete közötti energiacseréket! Röviden ismertesse a hő mechanikai egyenértékének megállapítására vonatkozó kísérlet lényegét a mellékelt ábra vagy eszköz alapján! Számítás: Az I. főtételt alkalmazva határozza meg, hogy maximálisan mennyivel növekedhet egy ólomgolyó hőmérséklete, ha azt 26 m magasságból egy szigetelőlapra ejtjük! (Az ólom fajhője: J 130 kg C.) Eszközök: A Joule-féle készülék rajza vagy maga a készülék. 7

8 A 24. tételsor értékelése A részfeladatok megnevezése Adható pontok A termikus kölcsönhatás megfogalmazása példákkal A belső energia fogalma, molekuláris értelmezése A belső energia megváltoztatásának 2 módja példákkal szemléltetve Az I. főtétel általános megfogalmazása. 6 Az I. főtétel mint az energiamegmaradás általánosítás bemutatása. 4 A lecsúszó test energiaviszonyainak ismertetése, vagy a megmunkált forró vasdarab energiacseréinek bemutatása. A Joule-féle kísérlet ismertetése ábra vagy eszköz segítségével. 8 Az egyszerű számításos feladat elvégzése. 6 A felelet kifejtési módja. 5 Összesen 60 7 Adott pontszám 8

9 25. A gázok állapotváltozásának energetikai vizsgálata Az I. főtétel alapján mutassa be, milyen energiacserék játszódnak le (egy-egy kiválasztott) speciális állapotváltozás során a gáz és környezete között! (Használja a mellékelt szemléltető ábrákat!) Adja meg a gázok hőkapacitásának és fajhőjének fogalmát és a mennyiségek mértékegységeit! Szavakban fogalmazza meg, hogy miért különbözik az izobár és izochor állapotváltozások során a gázok fajhője! Fogalmazza meg, mit nevezünk adiabatikus állapotváltozásnak! Kísérlet: A rendelkezésre álló eszközzel valósítson meg adiabatikusnak tekinthető állapotváltozást! Értelmezze a kísérlet során tapasztalt jelenséget! Soroljon fel legalább két további, a gyakorlatban (vagy a természetben) előforduló példát az adiabatikus állapotváltozásra! Számítás: Határozza meg, hogy az 1 mólnyi normál állapotú (p = 10 5 Pa, V = 22,41 dm 3, T = 273 K) ideális gáz mennyi munkát végez a külső légnyomással szemben, ha izobár állapotváltozás során 27 C-ra növeljük a hőmérsékletét! Adja meg a hőtani folyamatok lehetséges irányát, fogalmazza meg a hőtan II. főtételét! Eszközök: szén-dioxiddal töltött szifonpatron, hegyes tárgy (pl. ár vagy kötőtű), szemléltető ábrák. 9

10 A 25. tételsor értékelése A részfeladatok megnevezése Adható pontok A speciális állapotváltozások elemzése az I. főtétel alapján A gázok hőkapacitásának, fajhőjének definíciója, az egységek megadása. 2 5 A kétféle fajhő különbségének kvalitatív indoklása az I. főtételre hivatkozva. Az adiabatikus állapotváltozás megfogalmazása. 5 A kísérlet elvégzése és magyarázata példa további adiabatikus állapotváltozásra Az egyszerű példa megoldása. 6 Hőtani folyamatok iránya, a II. főtétel megfogalmazása. 6 A felelet kifejtési módja. 5 Összesen 60 6 Adott pontszám 10

11 26. A molekuláris hőelmélet alapjai, a kinetikus gázmodell Kísérlet: Végezzen el egy egyszerű kísérletet, amely az anyag atomos felépítettségét bizonyítja! Ismertesse az atomhipotézis kialakulásának rövid történetét! Mutasson be két egyszerű kísérletet, amely az anyag atomos felépítettségét bizonyítja! Említsen meg két olyan a modern fizikához tartozó jelenséget, amelyik az atomok létezésével magyarázható! Adja meg a relatív atomtömeg, az atomi tömegegység és az Avogadro-állandó fogalmát és mértékegységét! Ismertesse a kinetikus gázmodell lényegét, fogalmazza meg alapfeltevéseit! Adja meg az ideális gáz fogalmát! A gázmodell alapján kvalitatív módon értelmezze az ideális gáz egyik állapotváltozását! Szemléltesse magyarázatát a gázmodellt demonstráló eszközzel (vagy annak rajzával)! Eszközök: málnaszörp, kálium-permanganát (hipermangán), víz, mérőhenger, üvegcső, tölcsér, a gázmodellt demonstráló készülék (rázógép vagy ábrája). 11

12 A 26. tételsor értékelése A részfeladatok megnevezése Egyszerű bizonyító kísérletek elvégzése és értelmezése (málnaszörp diffúziója, vagy hipermangán oldódása). Adható pontok Atomhipotézis kialakulásának története. 7 Két modern fizikához tartozó jelenség, amely az atomokkal kapcsolatos. (Pl. vonalas színkép és radioaktív sugárzások) A relatív atomtömeg, az atomi tömegegység, ill. az Avogadro-állandó fogalmának meghatározása. A kinetikus gázmodell és a modell alapfeltevéseinek ismertetése, az ideális gáz fogalma. Egy gáztörvény kvalitatív értelmezése a gázmodell alapján. 7 A fenti gáztörvény szemléltetése a gázmodell készülékkel. 5 A felelet kifejtési módja Összesen 60 Adott pontszám 12