Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 7

Like dokumenter
Løsningsforslag til ukeoppgave 6

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 6

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag. for. eksamen. fysikk forkurs. 3 juni 2002

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

T L) = H λ A T H., λ = varmeledningsevnen og A er stavens tverrsnitt-areal. eks. λ Al = 205 W/m K

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 15/8 2014

Løsningsforslag til ukeoppgave 7

Manual til laboratorieøvelse Varmepumpe

Den spesifike (molare) smeltevarmen for is er den energi som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C.

PARTIKKELMODELLEN. Nøkler til naturfag. Ellen Andersson og Nina Aalberg, NTNU. 27.Mars 2014

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 19/3 2018

Løsningsforslag til ukeoppgave 8

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-0100

FYS2160 Laboratorieøvelse 1

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 4

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

Manual til laboratorieøvelse. Solfanger. Foto: Stefan Tiesen, Flickr.com. Versjon:

Fysikkolympiaden 1. runde 31. oktober 11. november 2011

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Laboratorium NA6011 Varmepumpe November 2016

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 19/8 2016

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 2/2 2012

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Anne Borg Tlf BOKMÅL. EKSAMEN I EMNE TFY4115 Fysikk Elektronikk og Teknisk kybernetikk

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag. Eksamen i: Fysikk for tretermin (FO911A)

Andreas. har 8 sider

Rust er et produkt av en kjemisk reaksjon mellom jern og oksygen i lufta. Dette kalles korrosjon, og skjer når metallet blir vått.

HØGSKOLEN I STAVANGER

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Løsningsforslag eksamen TFY desember 2010.

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 17. august 2013 Tid:

Fysikk-OL Norsk finale 2006

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 13/6 2016

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

gass Faglig kontakt under eksamen/fagleg kontakt under eksamen: Professor Edd A.Blekkan, tlf.:

Institutt for fysikk. Eksamen i TFY4106 FYSIKK Torsdag 6. august :00 13:00

UNIVERSITETET I OSLO

Q = ΔU W = -150J. En varmeenergi på 150J blir ført ut av systemet.

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til konteeksamen i FYS1001, 17/8 2018

Teknologi og forskningslære

GEO1030: Løsningsforslag kap. 5 og 6

Løsningsforslag: Gamle eksamner i GEO1030

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

FYSIKK-OLYMPIADEN

Resultatet blir tilgjengelig på studentweb første virkedag etter sensurfrist, dvs (se

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 5

FYSIKK-OLYMPIADEN

Oppgave 1: Blanda drops

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

UNIVERSITETET I OSLO

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 3/2 2011

UNIVERSITETET I OSLO

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Historien om universets tilblivelse

UNIVERSITETET I OSLO

Varme innfrysning av vann (lærerveiledning)

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 14

UNIVERSITETET I OSLO

Termofysikk: Ekstraoppgaver om varmekapasitet for gasser og termodynamikkens 1. lov uke 47-48

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 3

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. EMNE: FYS 119 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 119 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG Tema for forelesningen var studiet av noen viktige reversible prosesser som involverer ideelle gasser.

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

KOSMOS. Energi for framtiden: 8 Solfangere og solceller Figur side 161. Solfangeranlegg. Forbruker. Solfanger Lager. Pumpe/vifte

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 måndag 16. august 2010 Tid:

Oppgaver i naturfag 19-åringer, fysikkspesialistene

( ) Masse-energiekvivalens

Løsningsforslag: Gamle eksamner i GEO1030

Lagring av Kålrot. Torgeir Tajet Norsk Landbruksrådgiving Viken

Fysikkonkurranse 1. runde november 2000

Disposisjon til kap. 3 Energi og krefter Tellus 10

Oppgavesett nr.5 - GEF2200

eksamen-f0b-v2001.nb 1

2,0atm. Deretter blir gassen utsatt for prosess B, der. V 1,0L, under konstant trykk P P. P 6,0atm. 1 atm = 1,013*10 5 Pa.

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 2

Løsningsforslag Øving 2

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 16/8 2013

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 9. desember 2008 Tid: kl. 09:00-13:00

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 7 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

Både besvarelsene du leverer inn og det du gjør underveis blir vurdert. (Gruppe 1 starter med oppgave 1, gruppe 2 starter med oppgave 2 osv.) 10.

Kulde- og varmepumpetekniske prosesser Mandag 5. november 2012

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 18. august 2012 Tid:

Transkript:

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 7 Jon Walter Lundberg 26.02.2015 7.06 a) Et system mottar en varme på 1200J samtidig som det blir utført et arbeid på 400J på det. Hva er endringen i den indre energien i den indre energien i dette systemet? U = Q + W U = 1200J + 400J = 1600J b En gass avgir en varme op 800J, mens volumet er konstant. Hva er endringen i gassens indre energi? Det blir ikke gjort noe arbeid på systemet: W = 0 Varme går ut av systemet: U = Q U = 800J 7.09 a) Når vi trykket stempelet i ensykkelpumpe rasket inn, merker vi at pumpa blir varm. Forklar dette. 1

Årsaken er at du utfører et arbeid på lufta i pumpa hver gang du trykker ned stempelet. Nesten alt arbeidet du utfører på lufta, går over til indre energi i lufta. Varmen i lufta får ikke tid til å lekke ut siden du trykker stempelet sammen så raskt. Men den lille delen av varmen som lekker ut, gjør at temperaturen nederst i pumpeveggen øker, der lufta er mest komprimert. Det er den varmelekkasjen du merker. b) En gass er innestengt i en varmeisolert sylinder med et lett bevegelig stempel. Hva skjer med tempraturen hvis gassen utvider seg? Prosessen er varmeisolert: en adiabatisk prosess. Dette betyr at Q = 0 Derfor kan vi si at U = W Hvis gassen utvider seg betyr det at gassen gjør arbeid på omgivelsene. Dette betyr at U = W Endingen i gassens indre energi er negativ. 7.10 a) Finn av tabellen på side 187 hvor mye varme som trengs for å heve temperaturen i 1kg jern 1K. Q = cm t c jern = 0, 45 kj Q = (0, 45 kj )(1kg)(1K) = 0, 45kJ b) Hvor mye varme trengs for å heve tempraturen i 4, 0kg jern 5, 0K? Q = (0, 45 kj )(4kg)(5k) = 9kJ c) Hvor mye varme kommer ut av ei jerngryte på 10kg når den blir avkjølt fra 250 C til 20 C? Q = (10kg)(0, 45 kj )(230K) = 1.035MJ 2

7.11 a) Definer spesifikk varmekapasitet. c = C m t Et kar med helt ubetydelig varmekapasitet inneholder 480g av en væske. Vi varmer opp væsken med et elektrisk varmeelement på 150W i 100s, Tempraturen øker da fra 16, 5 til 31, 2 C. b) Bestem den spesifikke varmekapasiteten til væsken når vi ser bort fra varmetapet til omgivelsene P = W = E t t E = P t = 150W 100s = 15000J c = t = 31, 2 16, 5 = 14, 7K 15000J kj = 2, 125 (0, 47kg)(14, 7K) c) Finn varmetapet til omgivelsene når du får ite at væsken var benzen. c benzen = 1, 79 kj E tilfort = Q benzen + Q omgivelser Q omgivelser = E tilfort Q benzen E tilfort = 15000J Q benzen = (1, 79 kj )(0, 48kg)(14, 7K) = 12277, 44J Q omgivelser = 15000J 12277, 44J = 2722, 56J 7.14 3

En bil med farten 100 km h kjører rett i en fjellvegg. Anta at all energien går med til å varme opp metallet i bilen. Vi går ut fra at metallet er jern. Hvor mye øker tempeaturen i metalet i bilen? (Trenger du å vite massen til bilen?) 100 km h = 27, 78m s E k = Q E k = 1 2 mv 2 Q = cm t 1 2 mv 2 = cm t 1 2 V 2 = c t 1 2 V 2 c = t 1 2 (27, 78 m S )2 0, 45 kj = t t = 0, 857K 7.17 a) Forklar hvilke endinger som skjer med den indre energien til en gass som kondenserer. Hvis en gass kondenserer må den avgi like mye energi som den ble tilført for å bli omgjort til damp. Den indre potensielle energien til gassen blir omgjort til varme når den kondenserer. b) Hvorfor må vi tilføre varme for å smelte is når temperaturen likevel ikke stiger? Når isen smelter brytes bindingene mellom moekylene, betingelsen for at dette skal skje er at energi blir tilført til stoffet. Alle energien blir brukt til 4

brytningen og av molekyler og ikke til økt varme, det er derfor tempraturen ikke stiger selvom vi tilfører energi. 7.20 Ved hjelp av en elektrisk varmetråd fører vi 80W varmeeffekt til 200g naftalen i en varmeisolert beholder. Grafen nedenfor viser hvordan temperaturen i naftalenet varierer med tida. Finn den spesifikke smeltevarmen for naftalen. Smelteinterval = [3.5min, 9.5min] t = (9, 5 3, 5)min = 6min = 360s W = E t E = W t = 80W 360s = 28800J E tilfort = Q Q = lm l = Q m = 28800J 0, 2kg = 0, 144MJ kg 7.22 Mjøsa har et areal på 365km 2 og et volume på 56km 3. Bruk tabellene på side 187 og 190 til å svare på spørsmålene nedenfor. Anta at 1m 3 vann har massen 10 3 kg. Gi svarene i watt-timer, Wh. Formler: Q = mc t Q = ml V = A h Variabler: A = 365km 2 = 365 10 6 m 2 ρ vann = 1000kg m 3 kw h = 3, 6MJ = 3, 6 10 6 J 5

a) Hvor mye varme skal til om våren for å varme opp de øverste 10 meterne av vannet i Mjøsa 10 C? Q = mc t m = (ρ vann )(V ) = (ρ vann )(a)(h) = ( 1000kg m 3 )(365 10 6 m 2 )(10m) m = 3, 56 10 12 kg, c = 4, 2 10 3 J, t = 10K Q = (3, 56 10 12 kg)(4, 2 10 3 J )(10K) = 1, 533 1017 J 1, 533 10 17 J 3, 6 10 6 J = 42, 6 10 12 W h = 42, 6T W h b) Hvor mye varme må avgis om vteren når de øverste 30 centimeterene av Mjøsa fryser til is? Q = ml m = (ρ vann )(V ) = ( 1000kg m 3 )(365 10 6 m 2 )(0, 3m) = 1, 095 10 11 kg l vann = 334 kj kg Q = (1, 095 10 11 kg)(334 10 3 J kg ) = 3, 6573 1016 J 3, 6573 10 16 J 3, 6 10 6 J = 10, 16T W h c) I løpet av en solskinnsdag om sommeren kan så mye som i 5mm av vannet i Mjøsa fordampe Hvor mye energi skal til for å få dette vannet til å fordampe? Q = ml m = (ρ vann )(V ) = ( 1000kg m 3 )(365 10 6 m 2 )(0, 005m) = 1, 825 10 9 kg 6

l vann = 2259 kj kg Q = (1, 825 10 9 kg)(2259 10 3 J kg ) = 4, 1227 1015 J 4, 1227 10 15 J 3, 6 10 6 J = 1, 145T W h 7.312+ Vi har en horisontal sylinder med et stempel med terrsnittet A. En gassmengde med trykket p er avstengt i sylindern. a) Forklar at trykkraften på stempelet er F = pa. p = F A pa = F vi varmer opp gassen sakte slik at den utvider seg ved konstant trykk (ved at stempelet flytter seg friksjonsfritt). b) Forklar at arbeidet som gassen gjør på stempelet, da er W = pδv W = F s F = pa W = pas s = h W = pas = pv 7

c) Forklar hvorfor den varmen som trengs for å gi en bestemt temperaturøkning i en gassmengde, er forskellig for oppvarming ved konstant trykk. Til hvilken av disse prosessene trengs det mest varme? I følge termofysikkens 1. lov går den tilførte varmen med til å øke den indre energien i gassen og til gassens arbeid på omgivelsene. Dersom gassen har konstant volum under utvidelsen vil all varmen gå med til å øke den indre kinetiske energien siden det ikke utføre s noe arbeid på omgivelsene. Men i en konstant trykk-prosess må gassen utvide seg etter hvert som den indre kinetiske energien, og dermed temperaturen, øker. Utvidelses arbeidet som gassen gjør på omgivelsene krever altså noe av energien som ble tilført som varme. Dermed skal det mer varme til for å varme opp gassen til en bestemt temperatur i en konstant trykk-prosess(isobar prosess) enn i enkonstant volum-prosess (isokorprosess). d) Hvor stort blir volumet av gassen? Tilstand(1) Tilstand(2) P 147 10 3 P a 147 10 3 P a V 5 10 3 m 3? T 280K 300K P 0 = P 1 P 0 V 0 T 0 = P 0V 1 T 1 V 0 T 0 = V 1 T 1 V 0 T 1 T 0 = V 1 V 1 = (5 10 3 m 3 )(300K) 280K = 5, 357 10 3 m 3 8

e) Hvor stort arbeid har gassen gjort på stempelet? W = p V = p(v 1 V 0 ) W = (147 10 3 P a)(5, 357 10 3 m 3 5 10 3 m 3 ) = 52, 47J f) Finn endringen i gassens indre energi. Gassen gjør arbeid på omgivelsene, derfor blir W negativ. U = Q W U = 180J 52, 47J = 127, 53J g) Hvor mye varme trengs for å øke tempraturen i denne gassen fra 7, 0 C til 27, 0 C ved en konstant-volum-prosess? I en konstant-volum-prosess utføres ikke noe arbeid på omgivelsene. Derfor trengs det bare 127, 53J for å varme opp gassen i denne prosesssen. 7.320 320 g oksygengass blir varmet opp fra 7, 0 C 22 C. Hvis gassen er i en beholder som har konstant volum, må vi tilføre varmen 3, 12kJ. Hvis beholdern har et stempel som kan gli friksjonsfritt, må vi tilføre varmen 4, 38kJ. a) Forklar hvorfor det er forskjell på den tilføre varmen i de to tilfellene. Når gassen varmes opp, øker trykket. Dersom beholderen har et stempel som glir fritt, vil gassen utvide seg. For å gjøre det må gassen (stempelet) gjøre et arbeid på luftautenfor som skal skyves bort. Det krever ekstra energi i tillegg til energien som går med til å øke den indre energien i gassen. Hvis gassen varmes opp i en beholder med konstant volum, trengs ikke noe arbeid på om givelsene. Dermed trenger vi ikke å tilføre mer varme enn det som skal til for å øke den indre energien. 9

b) Regn ut den spesifikk varmekapasiteten til oksygen ved konstant volum og ved konstant trykk. Q Kvolum = 3, 12 10 3 J, m = 0, 32kg, Q Ktrykk = 4, 38 10 3 J t = 15K Ved konstant trykk: c v = c v = Q v m t 3, 12 103 J (0, 32kg)(15K) = 650J Ved konstant volum: c p = c p = Q p m t 4, 38 103 J (0, 32kg)(15K) = 912.5J 7.328 Vanlig granitt inneholder små mengder uran og andre radioaktive stoffer som avgir en varme på ca. 30 mj per kiogram hvert år. Ved jordoverflaten blir denne varmen avgit til omgivelsene etter hvert, slik at granitt ikke er spesielt varm. Men granitt i det indre av jorda, som er bedre varmeisoert, blir ganske varm. Det indre av jorda er delvis flytende. Rennende lava og sprutende geysier forteller om den høye tempraturen. a) Hvor lang tid tar det for tempraturen i et stykke varmeisolert granitt med spesifikk varmekapasitet 0, 79kJ/() å øke med 500K? c granitt = 0, 79 10 3 J, t = 500K 10

Massen må være proposjonal til varmen oppgitt: G(m) = 30 10 3 J m kg G(1kg) = 30 10 3 J 1 = 30 10 3 J m = 1kg Varmen oppgitt er per år. Derfor kan vi si at: tid Q = mc t tid = mc t Q (1kg)(0, 79 103 J tid = )(500K) (30 10 3 J) tid = 13166666, 67 13 millioner år 11