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)

Q=c⋅m⋅ΔT

m: tömeg

c: fajhő (anyag jellemzője)

ΔT: hőmérséklet-változás

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. 

Kapcsolat a Celsius-skálával:

• Definíció: A hőmérséklet SI-alapegysége, jele: K.

• Nullpont: 0 K = abszolút nulla, amikor a részecskék hőmozgása megszűnik.

T(K)=T(°C)+273,15T(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

1, 3, 5, 17, 18, 19, 20, 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 V∝TV \propto T (charles-i törvény). Ha TT kelvinben kétszeresére nő, a térfogat is kétszeresére nő.

3. Egy 0 °C-os jégkocka elolvad és 0 °C-os víz keletkezik. Melyik állítás igaz?

A – A keletkező víz térfogata kisebb, mint a jégkockáé volt.

Indoklás: A víz sűrűsége nagyobb, mint a jégé; olvadáskor a tömeg változatlan, de a sűrűség nő, ezért a térfogat csökken.

5. Egy adott mennyiségű vizet 0 °C-ról 8 °C-ra lassan melegítünk. Hogyan változik a térfogata?

Helyes válasz: 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?

Helyes válasz: 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?

Helyes válasz: 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.

19. Forró (95 °C-os) teába hideg (-18 °C-os) jégkockákat dobunk, pattogó hang hallatszik. Mi az oka?

Helyes válasz: B – A jégkockák a meleg teától tágulni kezdenek, ezért megrepednek.

Indoklás: A jég felületén hirtelen melegítés miatt gyors tágulás és hőfeszültség alakul ki, miközben a belseje még hideg. A belső–külső rétegek eltérő tágulása repedéseket és pattogó hangot okoz.

20. Szobahőmérsékleten "félig" beállított olajszint egy autóban. Mi történik a szinttel, ha éjszaka −10 °C-ra hűl?

Helyes válasz: C – Az olajszint egy kicsit csökken.

Indoklás: A folyadékok többsége hűtésre összehúzódik (térfogati hőtágulás negatív ΔV\Delta V), ezért a mérőpálcán alacsonyabb szintet látunk.

22. Két, hőtágulás elvén működő, pontos hőmérővel mérünk azonos folyadékot. Ugyanannyit mutatnak-e?

Helyes válasz: 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?

Helyes válasz: B – Lehetnek különbözőek.

Indoklás: A pontosságot kalibrációval érjük el; különböző térfogati hőtágulási együtthatóval is lehet korrekt skálát készíteni.

24. Azonos tömegű hélium- és neongázt 20 °C-ról 40 °C-ra melegítünk, állandó nyomáson. Melyiknek nagyobb a térfogatváltozása?

Helyes válasz: A – A héliumé.

Indoklás: Állandó nyomáson ΔV=nRΔTp\Delta V = \frac{n R \Delta T}{p}. Azonos tömeg mellett n=m/Mn = m/M, így a kisebb moláris tömegű héliumnak nagyobb nn-je van, ezért nagyobb ΔV\Delta V.

25. Fémhab, melynek térfogatának 50%-a levegővel telt lyukakból áll, jelentős melegedésnek van kitéve. Hogyan változik a lyukak térfogata?

Helyes válasz: A – Nő.

Indoklás: A szilárd váz tágulása geometriailag "nagyítja" a pórusokat, és a benne lévő levegő térfogata is nő hőmérséklet-emelkedésre, így a lyukak térfogata összességében nő.

26. Hogyan lehet ráhúzni a túl szűk fémkarikát a csőre?

Helyes válasz: A – Melegíteni kell a karikát.

Indoklás: Melegítéskor a karika belső átmérője (a "lyuk") is tágul, mintha anyag töltené ki, így könnyebben ráhúzható a csőre.

Forrás:
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_hotan.html

1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 11, 12, 14, 17, 18, 25, 26, 28, 29, 30, 43, 44, 45, 51, 52

1. Azonos tömegű rézcsövet és ólomcsövet azonos mértékben melegítünk. A réz fajhője háromszorosa az óloménak. Melyikhez kell több hő?

Helyes válasz: A – A rézcső melegítéséhez háromszor akkora hő szükséges.

Indoklás: A fajhő megmutatja, mennyi hő kell 1 kg anyag 1 K hőmérséklet-változtatásához. Ha a réz fajhője háromszor akkora, akkor ugyanakkora tömeg és ΔT esetén háromszor több hő kell.

2. Hogyan befolyásolja a konyhában működő hűtőszekrény a helyiség hőmérsékletét? 

Helyes válasz: C – Növeli. 

Indoklás: A hűtő belsejét hűti, de a kompresszor és a hőcserélő a környezetbe adja le a hőt, így a szoba összességében melegszik.

3. Miért jó a meleg sót tartalmazó vászonzsák fájós fülre? 

Helyes válasz: B – A sónak nagy a fajhője, sokáig tartja a meleget. 

Indoklás: A nagy fajhő miatt a só lassan hűl ki, így tartósan biztosítja a meleg hatást.

4.  Egy 60 W teljesítményű ventillátor egy zárt szobában működik. Mi történik a levegővel? 

Helyes válasz: C – A szoba levegője melegszik. 

Indoklás: A villamos energia végül hővé alakul, így a szoba hőmérséklete nő.

5. Egy test hőmérséklet-változását kelvinben és Celsiusban is meghatározzuk. Melyik érték nagyobb? 

Helyes válasz: C – A két érték egyenlő. 

Indoklás: A kelvin és Celsius skála lépésköze azonos, ezért ΔT ugyanakkora.

6. Két különböző fajhőjű anyagot keverünk össze. Mekkora lesz a keverék fajhője? 

Helyes válasz: B – A két fajhő közötti érték. 

ndoklás: Az energia-megmaradás miatt a keverék fajhője köztes értékre áll be.

10. Lehet-e jéggel melegíteni más anyagot? 

Helyes válasz: B – Igen, ha a jég melegebb, mint a vizsgált test. 

Indoklás: A jég is adhat át energiát, ha a hőmérséklete magasabb, mint a környezeté.

11. A fajhő mértékegységeinek átváltása. 

Helyes válasz: J/(kg·K). 

Indoklás: A fajhő definíciója szerint az egységnyi tömegű anyag 1 K hőmérséklet-változtatásához szükséges hő.

12. Két test belső energiája különböző, egyik 1000 J, másik 500 J. Melyiknek nagyobb a hőmérséklete?

Helyes válasz: B – A két test hőmérséklete akár egyenlő is lehet.

Indoklás: A belső energia függ a tömegtől is, nem csak a hőmérséklettől.

14. Egy gáz hőmérséklete 300 fok, majd 400 fokkal nő, nyomása több mint duplázódik. Melyik skálát használtuk? 

Helyes válasz: 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? 

Helyes válasz: B – 10 K. 

Indoklás: 10 °C hőmérséklet-változás = 10 K, mert a két skála lépésköze azonos.

18. A vizet gyakran alkalmazzák hűtőközegként. Miért előnyös? 

Helyes válasz: A – Nagy fajhője miatt. 

Indoklás: Sok hőt tud elnyelni, ezért hatékony hűtőközeg.

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.

26. Egy termoszban forró kávéhoz hideg tejet öntünk. Hogyan változik a hőmérséklet és a belső energia?

 Helyes válasz: A – Mindkettő csökken. 

Indoklás: A hideg tej lehűti a keveréket, így a hőmérséklet és belső energia is kisebb lesz.

28.  Azonos hőmérsékletű forró testek közül melyikkel lehet a legnagyobb mértékű melegedést elérni?

 Helyes válasz: D – Amelyiknek legnagyobb a tömeg és fajhő szorzata. 

Indoklás: Ez határozza meg a hőtároló képességet, így a leadható hő mennyiségét.

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.  Miért repedhet meg a fogzománc hideg fagylalt után forró kávétól? 

Helyes válasz: C – A hirtelen hőtágulás okozza. 

Indoklás: A zománc nem bírja a gyors hőmérséklet-változást, ezért megreped.

Vissza