37. A hőmérséklet és a hőmennyiség
37. A hőmérséklet és a hőmennyiség
🌡️ Hőmérséklet
A testek "hőállapotát" számszerűen jellemző fizikai mennyiség a hőmérsékelet.
Fizikai mennyiség, jele: T.
Mértékegysége: Kelvin (K), de a gyakorlatban °C-ot használunk.
A részecskék átlagos mozgási energiáját fejezi ki.
🔥 Hő:
A termikus kölcsönhatás közben átadott energiát, amely megváltoztatja az anyagok hőmérsékletét, halmazállapotát hőmennyiségnek, vagy röviden hőnek nevezzük.
Energiaváltozás, amely különböző hőmérsékletű testek között áramlik. Mindig a melegebből a hidegebb felé. Nem anyag, hanem energiaátadás.
⚡ Hőmennyiség
A test által felvett vagy leadott hőenergia.
Fizikai mennyiség, jele: Q.
Mértékegysége: Joule(J)
🌡️Kelvin-skála
A Kelvin-skála az abszolút hőmérsékleti skála, amelynek nullpontja az abszolút nulla (0 K = –273,15 °C). Nincsenek negatív értékei, minden hőmérséklet ezen a skálán ettől a ponttól mérhető.
Kelvin: A hőmérséklet SI-alapegysége, jele: K.
Nullpont: 0 K = abszolút nulla, amikor a részecskék hőmozgása megszűnik.
Kapcsolat a Celsius-skálával:
T(K)=T(°C)+273,15
Példa: 0 °C = 273,15 K; 100 °C = 373,15 K.
Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) német fizikus és műszerkészítő volt.
Ő találta fel a higanyos hőmérőt (1714).
Kidolgozta a Fahrenheit-skálát (1724), ahol:
32 °F = víz fagyáspontja
212 °F = víz forráspontja
Skáláját ma is használják főként az USA-ban.
Anders Celsius (1701–1744) svéd csillagász és fizikus volt.
Ő vezette be a Celsius-skálát (1742).
Skáláján: 0 °C = víz fagyáspontja, 100 °C = víz forráspontja.
A világ legtöbb országában ma is ezt használjuk a hőmérséklet mérésére.
Lord Kelvin (William Thomson, 1824–1907) brit fizikus volt.
Megalkotta az abszolút hőmérsékleti skálát (Kelvin-skála), ahol 0 K az abszolút nulla.
Fontos eredményei voltak a termodinamikában.
Részt vett az Atlanti-óceán alatti távírókábel lefektetésében.
Feladatok:
Hőmérséklet és hőmennyiség
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_hotan.html
(5., 7., 17., 43., 44.)
HŐMÉRSÉKLETI SKÁLÁK
5. feladat:
Egy test hőmérséklet‑változását kelvinben és Celsius‑fokban is meghatározzuk. Melyik érték nagyobb?
Válasz: C) A két érték egyenlő.
Indoklás: A Kelvin‑ és Celsius‑skála osztásköze azonos, ezért ugyanakkora hőmérséklet‑változás mindkét skálán ugyanannyi.
7. feladat
Egy vékony csőben végződő palackba vizet teszünk. A vízszint magasságát megjelöljük, amikor a víz 1 °C-os és amikor 100 °C-os. Ezután e két jel között 98 egyenlő közű beosztást festünk az üvegre. Mekkora a víz hőmérséklete, amikor a vízszint magassága alulról a 4. jelnél van?
Válasz: C) 4 °C-nál nagyobb.
Indoklás:
A víz nem lineárisan tágul, ezért a 98 egyenlő beosztás nem felel meg a valódi hőmérsékletnek. "…98 egyenlő közű beosztást festünk az üvegre." A víz 4 °C körül a legsűrűbb, ezért a skála nem egyenletes.
17. feladat
Feladat szövege: "A levegő hőmérséklete reggeltől délig 10 °C‑ot emelkedett. Hány kelvinnel változott a hőmérséklet?"
Válasz: B) 10 Kelvinnel.
Indoklás: A Celsius‑ és Kelvin‑skála lépésköze azonos, ezért a hőmérsékletváltozás ugyanannyi. "10 °C‑ot emelkedett." Ezért ΔT = 10 K.
43. feladat
Feladat szövege: "Egy mérés során egy anyag hőmérsékletének abszolút értéke Celsius‑fokban és Kelvinben is azonos volt. Mekkora volt az anyag hőmérséklete?"
Válasz: B) 136,5 K
Indoklás: A Celsius‑ és Kelvin‑skála 273,15 fokkal el van tolva egymástól. "…abszolút értéke Celsius‑fokban és Kelvinben is azonos volt."
Az egyenlet
|T°C| = |T K| → T = –136,5 °C → 136,5 K.
44. feladat
Feladat szövege: "Egy szilárd testet először 20 °C‑kal, majd 20 K‑nel melegítünk fel. Melyik esetben változik többet a test hőmérséklete?"
Válasz: C) A hőmérséklet‑változás egyforma.
Indoklás: A Celsius‑ és Kelvin‑skála osztásköze azonos, ezért 20 °C változás ugyanakkora, mint 20 K. "Először 20 °C‑kal, majd 20 K‑nel melegítünk fel."
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_hotan.html
1, 3, 5, 17, 18, 19, 22, 23, 24, 25, 26
1. Egy, könnyen mozgó dugattyúval elzárt edényben lévő gáz kelvinben mért hőmérséklete kétszeresére nő. Mi történik a térfogatával?
C – Kétszeresére nő.
Indoklás:
Ideális gáz esetén állandó nyomáson a V térfogat arányos a T hőmérséklettel. Ha T kelvinben kétszeresére nő, a térfogat is kétszeresére nő.
5. Egy adott mennyiségű vizet 0 °C-ról 8 °C-ra lassan melegítünk. Hogyan változik a térfogata?
B – Kezdetben csökken, majd növekszik.
Indoklás:
A víz sűrűsége 4 °C-on maximális. 0 → 4 °C-ig melegítéskor a térfogat csökken (sűrűség nő), 4 → 8 °C között a térfogat nő.
17. 5 °C-on és 38 °C-on mért távolság ugyanazzal a fém mérőszalaggal. Melyik érték nagyobb?
B – A hideg mérőszalaggal mért érték nagyobb.
Indoklás:
Melegedéskor a szalag skálaosztásai megnyúlnak. Azonos távolság kevesebb osztást fed le, ezért kisebb számot olvasunk melegen.
18. Meleg szobából hideg udvarra vitt, gumihártyával fedett üvegben a hártya behorpadt. Miért?
C – Az üvegben lévő levegő nyomása lehűlés során lecsökkent.
Indoklás:
Hűtéskor a bent lévő levegő hőmérséklete és nyomása csökken, a külső nagyobb légnyomás befelé nyomja a hártyát.
22. Két, hőtágulás elvén működő, pontos hőmérővel mérünk azonos folyadékot. Ugyanannyit mutatnak-e?
B – Ha pontosak, mindig ugyanannyit mutatnak.
Indoklás: A skála kalibrációja az eltérő hőtágulási együtthatókat figyelembe veszi. Azonos hőmérséklethez azonos számérték tartozik.
23. Mit állíthatunk a táguló folyadékok hőtágulási együtthatóiról, ha mindkét hőmérő pontos?
B – Lehetnek különbözőek.
Indoklás: A pontosságot kalibrációval érjük el; különböző térfogati hőtágulási együtthatóval is lehet korrekt skálát készíteni.
Forrás:
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_hotan.html
2, 5, 10, 14, 17, 25, 29, 30, 43, 44, 45.
2. Hogyan befolyásolja a konyhában működő hűtőszekrény a helyiség hőmérsékletét?
C – Növeli.
Indoklás: A hűtő belsejét hűti, de a kompresszor és a hőcserélő a környezetbe adja le a hőt, így a szoba összességében melegszik.
5. Egy test hőmérséklet-változását kelvinben és Celsiusban is meghatározzuk. Melyik érték nagyobb?
C – A két érték egyenlő.
Indoklás: A kelvin és Celsius skála lépésköze azonos, ezért ΔT ugyanakkora.
10. Lehet-e jéggel melegíteni más anyagot?
B – Igen, ha a jég melegebb, mint a vizsgált test.
Indoklás: A jég is adhat át energiát, ha a hőmérséklete magasabb, mint a környezeté.
14. Egy gáz hőmérséklete 300 fok, majd 400 fokkal nő, nyomása több mint duplázódik. Melyik skálát használtuk?
B – Kelvin-skálát.
Indoklás: A nyomás arányos a hőmérséklettel Kelvinben. Ha Celsiusban számolnánk, a nyomás nem nőne több mint kétszeresére.
17. A levegő hőmérséklete 10 °C-ot emelkedik. Hány kelvinnel változott?
B – 10 K.
Indoklás: 10 °C hőmérséklet-változás = 10 K, mert a két skála lépésköze azonos.
25. Mit jelent a "hő" a fizikában?
Helyes válasz: B – A termikus kölcsönhatás során átadott energia.
Indoklás: A hő nem a hőmérő által mért mennyiség, hanem az átadott energia.
29. Befűtöttünk egy szobát, a levegő melegedett, de a nyomás nem változott. Hogyan lehetséges?
Helyes válasz: A – Fűtés közben levegő áramlott ki.
Indoklás: Melegítés közben a térfogat nő, ezért levegő távozik, így a nyomás nem változik.
30. "Egy cukrászdában egy ember fogzománca megrepedt. Az alábbiak közül melyik okozhatta ezt a "balesetet"?"
Válasz: C) A hideg fagylalt után rögtön forró kávét ivott.
Indoklás: A hirtelen, nagy hőmérséklet‑különbség feszültséget kelt az anyagban, ez repedéshez vezethet.
43. "Egy mérés során egy anyag hőmérsékletének abszolút értéke Celsius‑fokban és Kelvinben is azonos volt. Mekkora volt az anyag hőmérséklete?"
Válasz: B) 136,5 K
Indoklás: A két skála 273,15 fokkal eltolva kapcsolódik: ∣T°C∣=∣TK∣ → T=−136,5 ∘C⇒136,5 K.
44. "Egy szilárd testet először 20 °C‑kal, majd 20 K‑nel melegítünk fel. Melyik esetben változik többet a test hőmérséklete?"
Válasz: C) A hőmérséklet‑változás egyforma.
Indoklás: A Celsius‑ és Kelvin‑skála osztásköze azonos, ezért 20 °C = 20 K hőmérséklet‑változás.
45. "Mit állíthatunk a levegő molekuláiról egy hideg, illetve egy meleg napon?"
Válasz: A) A meleg napon a levegő molekulái átlagosan nagyobb sebességgel mozognak.
Indoklás: Magasabb hőmérsékleten nagyobb az átlagos mozgási energia, ezért nagyobb az átlagsebesség.