Kiiännö!! b) Fysiikan tunnilla tutkittiin lääkeruiskussa olevan ilman paineen riippuvuutta lämpötilasta vakiotilavuudessa ruiskuun kiinnitetyn

Transkriptio

1 FYSKKA (FY02l: 2. KURSS: Lämpö vasraa KUUTEEN (6) TEHnÄVÄÄN il KOE a) Suuren matkustajalentokoneen lentokorkeus maahan nähden on 10,5 km, vauhti980 km/h ja massa kg. Laske lentokoneen liike-energia ja potentiaalienergia. Potentiaalienergian nollataso asetetaan maanpinnalle. b) Erään sähkömoottorin hyötysuhde on 91 % ja sähköverkosta ottama teho 850 W. Laske moottorin antoteho eli hyötyteho. Kuinka suuri on hukkateho (W)? 2. 'a) Betonista valmistetun sillan pituus on 35 m. Jos sillan lämpötila vaihtelee vuoden aikana 75 oc:lla, kuinka suuri on sillan pituuden muutos? b) Tarkastellaan kolmea ainetta: alumiinia, vettä ja ilmaa, joita on 1 dm3 normaalipaineessa 101,3 kpa ja lämpötilassa 20 oc. Aineiden lämpötila nousee 80 oc:seen paineen pysyessä vakiona. Mikä aineista laajenee eniten ja mikä vähiten? perustelut. 3. Avaruusaluksessa ja sukellusveneessä on kummassakin luukku, jonka pinta-ala on 0,50 m2. Kummassakin aluksessa on sisällä normaali ilmanpaine 101,3 kpa. Kuinka suurija minkä suuntainen paine-erosta aiheutuva voima kohdistuu luukkuun, kun a) avaruusalus on ulkoavaruudessa (paine aluksen ulkopuolella oletetaan nollaksi) b) sukellusvene on meressä 30 metrin syvyydessä? Meriveden tiheys on 1030 kg/m3. 4. a) Auton renkaiden ilmanpaineeksi säädettiin aamulla valmistajan suosittelema2,2bar. Lukema mitattiin painemittarilla, joka näyttää ylipainetta eli painetta ilmanpaineeseen verrattuna. llman lämpötila oli tuolloin 8,0 oc. lltapäivällä lämpötila oli27 oc, jolloin renkaiden paine mitattiin uudelleen. Mitä lukemaa painemittari nyt näytti? b) Fysiikan tunnilla tutkittiin lääkeruiskussa olevan ilman paineen riippuvuutta lämpötilasta vakiotilavuudessa ruiskuun kiinnitetyn.".- paineanturin avulla. Lääkeruisku lämmitettiin vesihauteessa veden kiehumispisteeseen. Alkulämpötila oli 20 oc ja paine 1,01"3 bar. Loppulämpötila oli 100 oc ja paine 1,1-Lbar. Lääkeruiskun mäntä pääsi kuitenkin liikkumaan kokeessa. Mikä oli lääkeruiskussa ilman tilavuus kokeen alussa, kun kokeen lopussa tilavuus oli 52 ml? 5. Kalorimetrin lämpökapasiteetti oli 72 J/oC, )a siinä on 650 g vettä. Veden ja kalorimetrin lämpötila oli 21 oc. Kiehuvassa vedessä lämmitetty kappale, jonka massa oli 210 g, pantiin kalorimetriin. Lämpötilan vakiinnuttua kalorimetrissä olevan veden loppulämpötila oli 24oC. Lämpövuodot oletetaan vähäisiksi. Laske aineen ominaislämpökapasiteetti. UihiS;kirioita lömmön siiilymisloin mukainen suureyhtölö: kappaleen luovuttoma kimpö = veden + kolorimetrin vostoanottomo lömpö. Ratkaise sitten tiistö suureyhtiilöstii kysytty ominoislömpökopositeetti). Kiiännö!!

2 6. Termospullon pohjalla on 125 g erästä orgaanista ainetta lämpötilassa -20 oc. Sitä aletaan lämmittää hitaasti sähkövastuksen avulla ja lämpötilaa mitataan termistorilla. Viereisessä kuviossa on esitetty tämä lämpötila termospulloon viedyn sähköenergian funktiona. a) Tulkitse lämpötilan kuvaaja. b) Määritä kuvaajasta aineen sulamispiste ja kiehumispiste. c) Määritä aineen ominaissulamislämpö ja ominaishöyrystymislämpö..t a1l. :j-1 +'-- +!i -- i H - ---l :1 1- rl 1 l ]- E] i :i i i-_ i,'- +;+ --li +-i+ -l-- H l i# j!,h = r= t_ ---r Eri +- lr +.-.] fa *_ - lf + l+ =:t : ffi =+ lr- # f- Fji H ]l,hi l.: l -.+ i i] # +i i l-li T llil J: l:- 1 ir =l+ il- t1- t:- E+ * -ri-+ + jt+ E -1 +rt _5+ = # l.r v- t r-. :11 i -i-: j: + + # f+ -t]-i-i- +ilt -t- +* t,+ { ll 1r - l-1 rtr ie+ f*' Ei - J-+,= -+ 1f= rl= _tl=: H..l l t: -+ i 1-- H+ H t] +,!+ i++ t= i--j r.l- ;-t T- - i-i t-i li += -+i +ll =1 rrt it_- ti H F. tl +.+ J.i rlq -r+ r- li r-i + il -tl +.- l,+ + j' + + Tlll t' )5 T' lrl )/ )[ )! t f v-l l U Kj : hr- +F. "rl ffi [j ' #- -= E r- i _li +,r ilr t-- L ffii 7. Hiilivoimalan generaattori käyttää energialähteenä höyryä, jonka lämpötila on noin goo K. Turbiinista poistuvan höyryn lämpötila on noin 370 K. Laske voimalaitoksen teoreettinen maksimihyötysuhde.

3

4

5

6

7

8

9

10

11 -r- TTFT ;.:-:! *i l:1:+1* -.+*,,1 rjl it _l sähkirenergia muuttuu vastuksessa låmmöksi, joka siirtyy aineeseen. Aluksi kiinteässä olomuodossa olevan aineen lämpötila nousee aineen määräämällä tavalla, kunnes saavutetaan sulamispiste (5,5 "C). Sulamisen aikana lämpötila ei muutu. Kun aine on kokonaan nesteenä, sen lämpötila nousee nesteen om inaislämpökapasiteetin määräämällå tavalla, kunnes tullaan kiehumispisteeseen (80 "C). Lämpotila pyslff vakiona, kunnes aine on kokonaan höyrystynyt. Tåmän jälkeen höyryn låmpötila alkaa kasvaa iyrkästi lämmisksen jatkuessa-

12 b) a-kohdan perusteella aineen c) Ominaissulamislämpö "=.8 Aineessr sural 1n aika#-siirtvnyt rämpömäärå p" saadaan kuvaajasta sähkoe$ergi,an lisåyksenå LQ : "=&=Åå,n * -22"7kl-6,7w =r?r H 0,125 kg '-- kg V*&arrdh tavafia saadaan *r,,r,ji"**iståmpö,-q,- Mr=l!@=398E m m 0,l25kg kg Pisteltys: a-kotre 2 p Lkohta 1 p c-kchta 3 p- SuureyhtäEiden puutfi.rminen vähensi akoman pistemelärää y&ele-

13 Hiilivoimrrlan generaattori käyttää energia_ iihteenä höyryä, jonka lämpötila on noin 800 K. Turbiinista poistuvan höyryrr lämpötila on noin J70 K. Laske voimalaitoksen teoreettineu maksimihvössuhde. Ratka is u \{akstmihvötvsuhde saadaan Carnot-h_viitysuhteen lausekkeesta, T_ '/u,,r*-l-7,l sijoittamalla lukuarvot Tr = 800 K ja Tt-37A i... Siten Vastaus 800 K : 0,5375 = 0,54. Hiilivoimalan hyöt,vsuhde on 54 0/0. Huom. Käytännössä h1ötysuhde on vain o/o.