Soveltavat tehtävät (451–469)
451. Veden jäähtyminen lasi- ja styroksiastiassa
Suljettavan styroksiastian ja avoimen lasiastian eristyskykyä tutkittiin. Molempiin kaadettiin 3,0 dl kuumaa vettä vedenkeittimestä. Tämän jälkeen styroksiastia suljettiin ja molempien lämpötilaa mitattiin 60 s ajan. Lämpötilat olivat oheisten mittaustulostaulukkojen mukaiset.
- Esitä mittaustulokset aika–lämpötila-koordinaatistossa. Kumpi kuvaajista esittää styroksiastiaa?
- Määritä tulosten perusteella tehot, joilla astioista siirtyi lämpöä ympäristöön.
Aineisto
Taulukko: veden_jaahtyminen.ods (LibreCalc)
Taulukko: veden_jaahtyminen.cmbl (Logger Pro)
Taulukko: veden_jaahtyminen.cap (Capstone)
451
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
452. Kananmunien jäähdytys kylmässä vedessä
Keitetyn kananmunan lämpökapasiteetti on noin 180 J/K. Viisi kananmunaa nostetaan kiehuvasta vedestä ja laitetaan jäähtymään kylmään veteen. Kylmää vettä on 1,5 litraa 11 asteen lämpötilassa eristetyssä astiassa. Mikä on kylmän veden ja munien loppulämpötila?
452
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
453. Veden ja metallikappaleen lämmitys uppokuumentimella
Uppokuumentimella lämmitetään vettä 180 W:n teholla. Veden alkulämpötila on 8,5 °C ja massa 0,40 kg. Hetken kuluttua veteen lisätään metallikappale, jonka lämpötila on 23,0 °C ja lämpökapasiteetti 375 J/°C. Lämmitystä jatketaan, kunnes systeemi on saavuttanut lämpötilan 50,0 °C. Kuinka kauan lämmitys kestää kokonaisuudessaan?
453
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
454. Heikkotehoinen uppokuumennin ei saa vettä kiehumaan
Opiskelija lämmittää vettä uppokuumentimella. Vettä on 6,7 dl avoimessa astiassa. Hän havaitsee, ettei keittimen teho riitä veden lämpenemiseen kiehuvaksi. Kun veden lämpötila ei enää nouse, opiskelija kytkee keittimen pois päältä, jolloin veden lämpötila laskee 2,5 astetta/min. Kuinka suuri on lämmittimen teho?
454
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
455. Tuntemattoman nesteen ominaislämpökapasiteetti
Tuntemattoman nesteen ominaisuuksia tutkittiin lämmittämällä sitä 65 W:n teholla hyvin eristetyssä astiassa. Nestettä oli 0,30 kg. Mitattaessa nesteen lämpötilaa ajan suhteen saatiin oheiset tulokset. Määritä tulosten perusteella nesteen ominaislämpökapasiteetti graafista esitystä hyväksikäyttäen.
|
Aika (min) |
0,0 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
6,0 |
7,0 |
8,0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Lämpötila (°C) |
21,7 |
25,6 |
30,0 |
34,0 |
37,9 |
41,8 |
45,5 |
49,7 |
53,4 |
455
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
456. Muuttuva ominaislämpökapasiteetti
Aineen ominaislämpökapasiteetti riippuu aineen lämpötilasta, mutta yleensä tämä jätetään huomioimatta. Tutki MAOL-taulukkokirjasta löytyvää kuvaajaa veden ominaislämpökapasiteetin lämpötilariippuvuudesta.
- Miten veden ominaislämpökapasiteetti muuttuu, kun veden lämpötila kasvaa 20 celsiusasteesta 80 celsiusasteeseen?
- Jos otetaan huomioon veden muuttuva ominaislämpökapasiteetti, vakiopaineessa veden lämmittämiseen 20 celsiusasteesta 80 celsiusasteeseen tarvitaan energiaa 251,1 kJ yhtä kilogrammaa vettä kohden. Kuinka suuri absoluuttinen virhe tehdään, jos tarvittavan energian määrä lasketaan käyttämällä veden ominaislämpökapasiteetille arvoa 4,1819 kJ/(kg K)?
- Miten ominaislämpökapasiteetin muuttuminen voidaan havaita tilanteessa, jossa lämmitetään vettä vakioteholla?
456
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
457. Kodin lämpimän käyttöveden lämmitysenergia
- Arvioi, kuinka paljon energiaa kuluu kodissasi käytettävän veden lämmitykseen vuodessa.
- Arvioi, mikä on kyseisen lämmityksen hinta sähköllä lämmitettäessä.
457
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
458. Nesteiden haihtuminen ihon pinnalta
Veden ominaishöyrystymislämpö on n. 2 260 J/kg ja etanolin 900 kJ/kg. Kumman nesteen olettaisit tällä perusteella tuntuvan viileämmältä ihon pinnalla? Kokeile ja selitä tuntemus.
458
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
459. Kuuman ja kylmän löylyveden ero
Kiukaan kiville heitetään löylyvettä, joka höyrystyy. Löylyvetenä voidaan käyttää kylmää vettä, jonka lämpötila on 8,0 °C, tai kuumaa vettä, jonka lämpötila on 55 °C. Kuinka monta prosenttia enemmän energiaa vaatii kylmän veden höyrystäminen verrattuna kuumaan?
459
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
460. Riittävän kylmän mehujään syöminen ei lihota
Sadassa grammassa mehujäätä olevan ravinnon energiasisältö on 80 kJ. Kuinka kylmänä mehujää pitäisi syödä, jotta kaikki siitä saatu energia kuluisi mehujään muuttamiseen ruumiinlämpöiseksi (37 °C)? Mehujäätä voidaan pitää lämpöopillisesti vetenä. (YO-koe, syksy 2003)
460
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
461. Katulämmityksen teho lumisateella
Kävelykatu on talvisin lämmitetty, jotta siihen satava lumi sulaa. Lumisateen aikana lunta sataa 0,45 kg neliömetriä kohden tunnissa. Lumen lämpötila on –5,0 astetta. Kadun pinta-ala on 1 500 m². Määritä lumen sulattamiseen vaadittava lämmitysteho. Oletetaan, että kaikki sulamisen vaatima energia tulee lämmityslaitteista.
461
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
462. Jään ja kuuman veden sekoitus
Pakastimen lämpötila on –19 °C. Vesihanasta tulee kuumaa vettä, jonka lämpötila on 58 °C. Pakastimesta otetaan 1,0 kg jäätä. Kuinka paljon kuumaa vettä tarvitaan, jotta sekoitettaessa kaikki jää sulaa?
462
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
463. Jääpaloja lämpimään virvoitusjuomaan
0,50 kg virvoitusjuomaa on lasissa 18 °C:n lämpötilassa. Juomaan lisätään 0,090 kg jäätä pakastimesta, jonka lämpötila on –18 °C. Mikä on sekoituksen lämpötila lämpötasapainossa, jos astia oletetaan eristetyksi?
463
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
464. Jääpaloja jäähtyneeseen termospulloon
Termospullossa on 0,50 litraa vettä, jonka lämpötila on +11 astetta. Pulloon lisätään pakastimesta otettuja jääpaloja, joiden yhteinen massa on 110 g ja lämpötila –15 °C. Mikä on loppulämpötila? Termospullon lämpökapasiteetti on 150 J/K. Systeemin lämmönvaihtoa ympäristön kanssa ei oteta huomioon.
464
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
465. Kastepiste
Alla olevassa kuvaajassa on esitetty suhteellisen ilmankosteuden riippuvuutta lämpötilasta. Vastaa kuvaajan perusteella seuraaviin kysymyksiin.
- Paljonko on suurin mahdollinen absoluuttinen ilmankosteus, kun lämpötila on 40 °C?
- Mikä on kastepiste, kun absoluuttinen ilmankosteus on 100 g/m3?
- Saunan lämpötila on 70 °C ja suhteellinen kosteus 60 %. Missä lämpötilassa höyryä alkaa tiivistyä nesteeksi, jos lämpötila laskee?
465
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
466. Saunomiseen liittyviä lämpöopin ilmiöitä
- Saunailman lämpötila on 75 astetta. Kiukaalle heitetään vettä, joka höyrystyy. Miksi vettä tiivistyy saunojan iholle? Miksi saunoja kokee kuumuutta löylyä heitettäessä?
- Vaikka lämpimästä suihkusta tulee lämpimiin sisätiloihin, tulee melko nopeasti kylmä, jos ei kuivaa ihoa. Mistä tämä johtuu?
- Masa tulee suihkusta, mutta pyyhe on hukassa. Missä olosuhteissa iho kuivuu nopeasti ja millaisessa tilanteessa hitaasti? Miksi?
466
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
467. Virvoitusjuomatölkin rutistaminen lämpöopin keinoin
Virvoitusjuomatölkin suuaukko on avoin, ja sen pohjalla on hieman vettä. Miten selität videolla havaittavan tölkin rutistumisen kokoon?
467
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
468. Lämpöilmiöitä
468
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
469. Höyrystymislämpö eri lämpötiloissa
Kun lämpötila ja paine ylittävät kriittisen pisteen, nesteen ja kaasun välillä ei ole selkeää rajaa. Tämä tarkoittaa, että tällä faasikaavion alueella tapahtuvassa olomuodon muutoksessa ei vapaudu eikä sitoudu energiaa.
Onko höyrystymislämpö sama eri lämpötiloissa ja paineissa? Jos ei, miten se muuttuu? Päättele tai ota selvää.
469
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.