4.3 Lämpöopin tehtäviä

Lämpöopin tehtävistä

Lämpöopin tehtäviä on jaoteltu aiheittain seuraavasti:

Tehtävät 1-20: Tehtäviä paineesta, kaasuista ym
Tehtävät 21-40: Tehtäviä lämmöstä ja energiasta
Tehtävät 41-60: Ei-laskennallisia tehtäviä eri aiheista
Tehtävät 61-: Haastavia tehtäviä eri aiheista

1.

Veneen massa varusteineen on 520 kg ja se on pienessä tutkimusaltaassa, jonka pinta-ala on 50 m2.

a) Kuinka suuren vesimäärän vene syrjäyttää?
b) Mitä tapahtuu altaan veden pinnalle, kun veneestä heitetään altaaseen kivi, jonka massa on 20 kg ja tiheys 2380 kg/m3?
c) Laske kiven paino ja kiveen kohdistuva noste vedessä.

(V: 520 l, 200N, 82 N)

1.

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

2. tehtävä paineesta YO k2017

U‐putkessa, joka on auki molemmista päistä, on vettä. Putken toiseen haaraan kaadetaan 5,0 cm kerros ruokaöljyä, jonka tiheys on 0,86 kg/dm3. Havaitaan, että nestepinnat asettuvat eri korkeuksille putken haaroissa.

a) Miten ulkoinen ilmanpaine vaikuttaa nestepintojen korkeuseroon? (2 p.)
b) Kuinka suuri on nestepintojen korkeusero? (4 p.)

(V: 7,0 mm)

2.

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

3. Kaasun tila

Sairaalassa potilasta hoidetaan antamalla hänelle happea virtausnopeudella 1,5 l/min happipullosta, jonka tilavuus on 6,0 l. 45 minuutin kuluttua hoidon aloitushetkestä lukien hoitaja havaitsi, että pullon painemittari näyttää painetta 2,0 bar.
Pulloa käytettiin sisätiloissa 20 °C:een lämpötilassa.

a) Mikä oli happipullossa olevan hapen paine käytön alussa?
b) Mikä on käytetyn hapen massa?

(V: 1,3 MPa, 90 g)

3

.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

4. YO 200X

Sukeltajan paineilmapullossa on 11,0 litraa ilmaa 21 °C:n lämpötilassa ja 111 kPa:n paineessa. Pullo täytetään kompressorista paineeseen 21 MPa, jolloin lämpötila pullossa nousee 42 °C:seen. Kuinka suuri on pulloon lisätyn ilman massa? Ilman moolimassa on 29,0 g/mol.

(V: 2,54 kg)

4.

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

5. YO k2007 #4

Messinkikuula on ohueen teräslevyyn poratussa reiässä. Lämpötilassa 21,5 °C kuulan halkaisija on 25,232 mm ja reiän 25,220 mm. Lämpötilaa muutetaan siten, kuula ja levy ovat koko ajan samassa lämpötilassa. Missä lämpötilassa kuula putoaa reiän läpi?

(V: alle -31 °C)

5

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

6. YO k2011 #11

Ihmisen sydämen oikea kammio pumppaa verta pieneen verenkiertoon ja vasen isoon verenkiertoon. Kammioiden toimintaa voidaan verrata yksinkertaisen mäntäpumpun toimintaan (kuva).

a) Osoita, että mäntäpumpun siirtäessä nestettä tilavuuden [[$ \Delta V $]]​, mäntään kohdistuva voima tekee työn [[$ p\Delta V $]]​, jossa [[$ p $]]​ on nesteen paine.

b) Kuinka suuren työn sydän tekee yhden syklin aikana, kun vasemman kammion supistuksessa verta siirtyy 70 ml ja verenpaine supistuksen aikana (systolinen paine) on 120 mmHg? Oikean kammion työ on kuudesosa vasemman kammion tekemästä työstä.

c) Kuinka suuri on sydämen keskimääräinen teho, kun syke on 76 min-1?

(V: 1,3 J; 1,7 W)

6.

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

7. Lääketieteen lyhyitä monivalintatyyppisiä pääsykoetehtäviä

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Uimari vetää keuhkot täyteen ilmaa ja sukeltaa järven pinnalta 10 m:n syvyyteen. Kuinka paljon keuhkojen tilavuus muuttuu sukeltaessa, mikäli kudosten tukevaa vaikutusta ei huomioida? (2015)







Mikä tai mitkä seuraavista väittämistä ovat oikein? (2014)






Paljonko vapautuu energiaa, kun 330 litraa lämpötilassa 99 °C olevaa vettä jäähtyy 17-asteiseksi? (2018)






Valitse väittämät, jotka ovat tosia. (2016)





Maksimi 9 p. (1 p./kohta)

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

8. Kaasulämpömittari YO s2019

Kaasulämpömittari koostuu tiiviistä ilmasäiliöstä, joka on yhdistetty painemittariin kuvan 2.A esittämällä tavalla. Ilmasäiliö upotettiin eri lämpötiloissa oleviin vesihauteisiin, jolloin ilmanpaine säiliössä muuttui. Mittauksista saatiin tiedoston 2.B tulokset.

Aineisto: 2.A Kuva: Kaasulämpömittari 2.B Tiedosto: Mittaustulokset

a) Piirrä valitsemallasi ohjelmalla kuvaaja ilmasäiliössä vallitsevasta paineesta lämpötilan funktiona. (5 p.)

b) Kaasulämpömittarilla voidaan määrittää lämpötila painetta mittaamalla. Kaasulämpömittari vietiin ulos eräänä talvipäivänä, jolloin painemittari asettui näyttämään arvoa 88,2 kPa. Mikä oli ulkona vallitseva lämpötila? (5 p.)

c) Ideaalikaasun paine lähestyy nollaa, kun kaasun lämpötila lähestyy absoluuttista nollapistettä. Arvioi tällä laitteella tehtyjen mittausten perusteella, kuinka suuri olisi celsiusasteina ilmaistu lämpötila absoluuttisessa nollapisteessä. Lämpötilan vaikutus säiliön tilavuuteen oletetaan vähäiseksi. (5 p.)

(V: -12,1 C[[$^{\circ}$]]; -283 C[[$^{\circ}$]])

8

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

21. YO s2011 #3

a) Monen ravintoaineen ominaislämpökapasiteetti voidaan arvioida olettamalla, että se koostuu pääosin vedestä. Arvioi 1,8 kg:n hauen lämpökapasiteetti.

b) Mikroaaltouunissa kuumennetaan 2,0 dl kylmää vettä 750 W:n teholla 30 s:n ajan. Kuinka paljon veden lämpötila nousee?

c) Pakastimessa 1,8 dl huoneenlämpöistä (+20 °C) vettä pakastetaan jääkuutioiksi, joiden lämpötila on -18 °C. Kuinka paljon lämpöenergiaa on poistettava vedestä?

(V: 7,5 kJ/K; 27 K; 82 kJ)

21

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

22. YO-20XX

Nestekaasuseoksen lämpöarvoa tutkittiin kaasupolttimella varustetun retkikeittimen avulla. Alkutilanteessa keittimen tuulelta suojatussa alumiiniastiassa oli 0 ℃ vettä 540 g ja jääpaljoja 820 g. Seos kuumennettiin kiehumispisteeseen. Kuumennuksen aikana nestekaasua kului 22 g. Arvioi näiden tietojen perusteella kaasuseoksen lämpöarvo (MJ/kg). Minkä tekijöiden vuoksi lämpöarvo todennäköisesti poikkeaa todellisesta lämpöarvosta?

(V: 38 MJ/kg)

22

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

23. Graafinen tehtävä YO-s2018

Pekka tutki kahvin jäähtymistä emalimukissa. Hän kaatoi kahvia mukiin, mittasi kahvin lämpötilan minuutin välein ja kirjasi tulokset tietokoneelle. Pekan mittaussarjan tulokset on annettu taulukossa 2.A.
kahvi.cmbl
a) Laadi valitsemallasi ohjelmalla mittaussarjan tuloksista kahvin lämpötilan kuvaaja ajan funktiona ja liitä kuvaaja kuvakaappauksena vastauslaatikkoon. (5 p.)

b) Kahvia oli mukissa
192 ml. Kuinka paljon lämpöä kahvi luovutti ympäristöön aikavälillä 2,5 min5,5 min? (5 p.)
 
c) Kahvia oli mukissa 192 ml. Kuinka suurella teholla kahvia pitäisi lämmittää mukissa, että kahvin lämpötila pysyisi 65 °C:ssa? (5 p.)

(V: b) 6,6 kJ c) 21 W)

23

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

24. YO s2007 #3

Kivikaudella ihmisillä ei ollut käytettävissä tulenkestäviä keittoastioita. He kuumensivat vettä esimerkiksi puuastioissa keittokiven avulla. Keittokivet kuumennettiin nuotiossa. Astiassa on 2,0 litraa vettä, jonka lämpötila on 20 °C. Astiaan pannaan keittokivi, jonka massa on 2,1 kg ja lämpötila 430 °C . Kuinka lämpimäksi vesi lämpenee? Kiven ominaislämpökapasiteetti on 870 J/(kg °C ) ja puuastian lämpökapasiteetti on 380 J/°C.

(V: 91 °C)

24

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

25. YO 2018 #4

a) Imatran vesivoimalaitoksen sähköteho on 170 MW. Laske voimalaitoksen hyötysuhde, kun tiedetään, että voimalaitoksen putouskorkeus on 24 m ja läpi virtaava vesimäärä 930 m3/s

b) Olkiluodon ydinvoimala on lauhdevoimalaitos, jossa turpiineihin virtaavan höyryn lämpötila tulee olemaan 290 ℃ ja paine 154 bar. Laske voimalan hyötysuhteen teoreettinen maksimiarvo olettaen, että vesihöyry lauhtuu 20 ℃:n lämpötilaan. 
(b-kohta vanhan opetussuunnitelman mukainen)

(V: 78%)

25

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

5. YO 2018 #4

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

26. YO s2012 #3

Suuren omakotitalon katolle asennettujen aurinkolämpökeräinten kokonaispinta-ala on 9,2 m2. Keräimissä kiertävän nesteen avulla siirretään lämpöenergiaa lämminvesivaraajaan. Eräänä kesäpäivänä Aurinko paistoi kohtisuorasti keräinten pintaan. Auringon säteilyn intensiteetti oli 1,0 kW/m2. Varaajaan menevän siirtonesteen lämpötila oli 65 °ja sieltä palaavan 56 °C. Virtausmittarin lukema oli 11 kg/min. Lämmönsiirtonesteen ominaislämpökapasiteetti on 3,98 kJ/(kg K).

a) Kuinka suuri oli keräinten hyötysuhde?

b) Kuinka paljon nousi 750-litraisen lämminvesivaraajan veden lämpötila tunnissa?

(V: 71%; 7,5 °C)

26

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

27. YO s2010 #3

Uima-altaassa on 31 m3 vettä, jonka lämpötila on 8,0 °C. Uima-altaan vesi lämmitetään puulämmittimellä 23 °C:n lämpötilaan. Kuinka paljon kuivia halkoja on lämmittimessä vähintään poltettava, kun lämpöhäviöt oletetaan pieniksi?

(V: 100...110 kg)

27

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

28. YO k2011 #3

Lyijykuula, jonka massa on 9,30 g, on raskaan alasimen päällä. Kuulaa lyödään pajavasaralla, jolloin se litistyy ja lämpenee. Vasara pysähtyy litistyneen kuulan päälle.

a) Mistä kuulan lämpeneminen johtuu? (2 p.)

b) Kuinka paljon kuulan lämpötila hetkellisesti nousee yhdellä iskulla? Vasaran massa on 1,2 kg ja sen nopeus ennen kuulaan osumista on 5,3 m/s. Oletetaan, että iskun vaikutus ilmenee vain kuulan lämpötilan nousuna. (4 p.)

(V: 14 °C)

28

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

29. YO k2012 #4

Olkiluoto 3 ydinvoimalan sähköntuotannon hyötysuhde on 0,37. Ydinreaktorin jäähdytykseen käytetään merivettä, jonka lämpötila nousee lauhduttimessa 12 °C, kun voimalan sähköteho on 1 600 MW. Laske lauhduttimen läpi virtaavan meriveden määrä sekunnissa.

(V: 54 000 kg)

29

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

30. Sauna YO s2020

Leo ja Jukka saunovat lämpötilaan 90 °C lämmitetyssä saunassa ja kiistelevät siitä, kannattaako kiukaalle heittää kylmää (lämpötila 7 °C) vai lämmintä (lämpötila 40 °C) vettä. Leon mielestä kylmä vesi jäähdyttää kiviä liikaa, kun taas Jukan mielestä löylyveden lämpötilalla ei ole juurikaan merkitystä. Kiukaassa on 100 kg kiuaskiviä, ja niiden lämpötila on 250 °C. Kivien ominaislämpökapasiteetti on 1,30 kJ/(kg K). Vettä heitetään kiukaalle 0,30 litraa. Veden keskimääräinen höyrystymislämpötila kiuaskivien pinnalla on 90 °C.

a) Kuinka monta prosenttia enemmän kylmän löylyveden käyttö vähentää kiuaskiviin varastoitunutta energiaa kuin lämpimän veden käyttö? 7 p.

b) Kuinka paljon kiuaskivien lämpötila laskee koko kivimassassa keskimäärin, kun käytetään kylmää (7 °C) löylyvettä? 4 p.

c) Selitä fysikaalisia käsitteitä käyttäen, mihin perustuu heti löylynheiton jälkeen iholla tuntuva lämmittävä vaikutus. 4 p.

(V: a) 5,6% b) 6,0 K)

30

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

41. YO k2010 #11

Oheisissa kuvissa ovat veden ja hiilidioksidin faasidiagrammit.

a) Missä olomuodossa aineet esiintyvät alueissa 1, 2 ja 3? Nimeä alueita rajoittavat käyrät.
b) Selitä, mitä tarkoittavat kolmoispiste ja kriittinen piste.
c) Kumpi on veden diagrammi? Perustele.

41

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

42. YO s2006 #8

Selitä, mihin fysikaalisiin ilmiöihin perustuu ruoan lämpeneminen
a) sähköliedellä
b) induktioliedellä
c) mikroaaltouunissa.

42

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

43. YO k1995 #2

a) Selosta lyhyesti kuumailmapallon toimintaperiaate.
b) Miksi nestekaasupullo jäähtyy, kun siitä otetaan kaasua?
c) Teräspultti on juuttunut alumiinikappaleeseen. Helpottaako rakenteen lämmittäminen (esim. kuumailmapuhaltimella) pultin irtoamista?

43

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

44. YO k1992 #2

Mitkä fysikaaliset ilmiöt ja aineen ominaisuudet ovat oleellisia seuraavien laitteiden toiminnassa:

a) hydraulinen nostolaite,
b) painekattila ja
c) kylmälaukku (styrox-laatikko, jonka sisällä on pakastimesta otettu vesitäytteinen muovipullo)?

44

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

45. YO k1999 #16

Mitä fysiikan ilmiöitä voidaan käyttää hyväksi

a) lämpötilan,
b) paineen mittaamisessa?

45

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

46. YO s1998 #1

Miten määrität

a) umpinaisen metallisylinterin, b) epäsäännöllisen muotoisen kiven ja c) nesteen tiheyden?

Kuvaile kussakin tapauksessa koejärjestely ja tarvittavat mittavälineet. Kiinteät kappaleet ovat noin 100 g:n painoisia, ja nestettä on riittävästi.

46

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

47. YO s2002 #16, osa

Selosta vähintään kaksi menetelmää, joilla voit mitata läpinäkyvän nesteen
a) tiheyden
b) ominaislämpökapasiteetin.

Esitä kussakin tapauksessa, mitä välineitä käytetään, mitä suureita mitataan ja miten kysytty suure lasketaan mitatuista. Vertaile myös esittämiesi menetelmien tarkkuutta toisiinsa nähden.

47

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

48. Videoaineistoon perustuva tehtävä

Yksi sähköisen kokeen aineistotyyppi on video. Saatetaan kysyä esimerkiksi selityksiä havaittaville ilmiöille. Osaatko selittää esimerkkivideolla havaittavat 4 lämpöopin ilmiötä?

48

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

61. YO k2020 (Osio 3)

Höyrypuhdistin on laite, joka koostuu paineastiasta ja sähkövastuksesta. Astiassa olevaa vettä lämmitetään sähkövastuksen avulla, jolloin astiaan muodostuu vesihöyryä. Höyryä johdetaan suuttimen kautta puhdistettavalle pinnalle. Kuvissa 11. A ja 11. B on annettu tietoa höyrypuhdistimesta. Kuvassa 11. C on esitetty veden faasidiagrammi. Vastaa tehtäviin 11.1.–11.3. annetun aineiston ja oman tietämyksesi avulla.
a) Määritä annetun aineiston perusteella, missä lämpötilassa vesi on höyrypuhdistimen paineastiassa, kun laite on käyttövalmis. 8 p.

b) Paineastian tilavuus on 1,0 litraa. Astia täytetään vesijohtovedellä, jonka lämpötila on +6,0 °C ja höyrypuhdistimen lämmitysvastus kytketään päälle. Kuinka pitkän ajan kuluttua puhdistin on käyttövalmis? 8 p.

c) Kuinka suuri tehollinen sähkövirta kulkee puhdistimen sähkövastuksen läpi veden lämmityksen aikana? 4 p.

(V: a) 140 C[[$^{\circ}$]], b) 5,2 min c) 7,8 A)

61.

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

62. TKK pääsykoe 1994 (vaativa tehtävä)

Kuumailmapallo on alaosastaan avoin, ja sen tilavuus on vakio. Mihin Iämpötilaan pallon sisällä oleva ilma on lämmitettävä, jotta pallo pystyisi Irtoamaan maasta? Pallon tilavuus on 1200 m3 ja sen massa kuormineen on 200 kg. Vallitseva ilmanpaine on 101 kPa ja ilman lämpötila on 15 celsiusastetta. Ilman moolimassa on 29,0 g/mol.

(V: 60,5 °C )

62

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

63. YO 201X tehtävä 11 (vanhan opsin painotusten mukainen)

Oheinen Vp-kuvaaja esittää termodynaamista Stirling-prosessia ideaalikaasulle. Prosessi koostuu kahdesta isotermisestä ja kahdesta isokoorisesta vaiheesta (T1 > T2). Vastaa perustellen

a) tarvitaanko prosessin ylläpitämiseen työtä vai saadaanko siitä työtä,
b) milloin kaasun sisäenergia on suurimmillaan,
c) minkä vaiheiden aikana kaasu vastaanottaa lämpöä ja milloin se luovuttaa lämpöä.

63

  • Palauta kuva tai muu tiedosto
  • Palauta merkintä
  • Palauta linkki

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.