Tehtävät

Lämpölaajenemisen tehtävät

Monivalinnat

  1. Kun aineen lämpötila kasvaa ja se laajenee, sen
    a) massa pysyy samana b) tilavuus kasvaa c) tiheys alenee
  2. Suurin lämpölaajeneminen seuraavista metalleista on
    a) kuparilla b) raudalla c) alumiinilla
  3. Suurin lämpölaajeneminen aineella on olomuodossa
    a) kiinteä b) neste c) kaasu
  4. Kupariputki laajenee lämmetessään
    a) pituussuuntaan b) paksuussuuntaan c) joka suuntaan
  5. Kupariputken lämmetessä
    a) se taipuu b) kutistuu c) säilyttää muotonsa
  6. Kappaleen jäähtyessä
    a) se kutistuu takaisin b) menee rikki c) pysyy samankokoisena
  7. Nesteistä poikkeus, jonka tilavuus on pienin +4 asteisena on
    a) etanoli b) vesi c) öljy


Pitkä vastaus

  1. Miksi juomalasi voi mennä rikki, kun sen sisälle lasketaan kuumaa vettä?






  2. Miksi mäen juurella on usein hieman kylmempää kuin mäen päällä?






  3. Mihin saunan lämpömittarin toiminta perustuu?






Laskut

  1. Helsinki - Kolari junalla 995 km. Kuinka paljon rautatiekiskot pitenevät, kun talven -25C vaihtuu kesäiseen +25C







  2. Betonisen sillan kansi on 30 m pitkä. Kuinka paljon laajenemisvaraa sillan päätyyn tarvitaan, kun lämpötila vaihtelee pahimmillaan välillä -35C ja +35C

Lämpöenergian tuntitehtäviä. Kaava: E = c · m · ΔT

  1. Täydennä:
    Pudotat hehkuvan kuuman juuri taotun hevosenkengän vesisaaviin. Kenkä ___________________________________  ja vesi ______________________________ lämpöenergiaa. Samalla kengän _____________________________ laskee ja veden nousee.
    Energia ei ____________________________ eikä sitä _____________________________ tyhjästä.
    Kun sinulle "tulee kylmä", sinä todellisuudessa ______________________________ lämpöenergiaa ympäristöösi.
    _______________________________________ on aineen ominaisuus, joka kertoo kuinka paljon _______________________________________ vaaditaan kun 1 kg tätä ainetta lämpenee 1 °C verran.

  2. Tutki taulukoita. Mikä aineista: vesi, etanoli, rauta, alumiini ja vuolukivi varastoi lämpöä kaikkein eniten ja mikä vähiten


  3. Pienen kylpytynnyrin tilavuus on 1200 l. Se täytetään 10 °C vedellä, joka lämmitetään 30 °C lämpöiseksi.
    Laske tarvittava lämpöenergia.
    Extra: 1 kg halkoja sisältää kosteudesta riippuen noin 15 MJ eli 15 000 kJ energiaa.
    Montako kg puita tarvitaan, jos kaikki lämpö saadaan talteen?



  4. Alumiinisen uunipellin massa on 700 g ja uunin lämpötila 220 °C. Pelti otetaan uunista huoneenlämpötilaan 20 °C 
    Kuinka paljon pelti luovuttaa lämpöenergiaa

Kotitehtävä lämpöopin portaisiin liittyen: Löylynheitto

Heitettäkööt viisi litraa löylyvettä kiukaalle. Pohdit, onko merkitystä, heitätkö kylmää vai kuumaa. Kylmä vesi vaatii kiukaalta enemmän lämpöenergiaa. Arvaa ensin, montako prosenttia enemmän.

A) Laske tarvittava energia, kun löylyvesi on 20 C lämpötilassa. (kylmä hanavesi)
-Laske lämpöenergia, kun vesi lämpenee 20 C -> 100 C
-Laske höyrystymisenergia, kun veden olomuoto muuttuu nesteestä kaasuksi.
-Laske energiat yhteen

B) Laske tarvittava energia, kun löylyvesi on 60 C lämpötilassa. (kuuma hanavesi)
-Laske samoin kuin edellinen. Nyt lämpötilan muutos on 50 C -> 100 C

C) Lasketaan oikeat prosentit:
100% * (Energia A - Energia B) / energia B

ratkaisut

Treenitehtäviä kokeeseen

Johdattalukysymykset - ratkaisut
A) Kiinteä muuttuu nesteeksi.
Mikä olomuodonmuutos? Energiaa sitoutuu vai vapautuu?
B) Kaasu muuttuu nesteeksi.
Mikä olomuodonmuutos? Energiaa sitoutuu vai vapautuu?
C) Kaasu muuttuu kiinteäksi.
Mikä olomuodonmuutos? Energiaa sitoutuu vai vapautuu?
D) Neste muuttuu kaasuksi.
Mikä olomuodonmuutos? Energiaa sitoutuu vai vapautuu?
E) Etsi hopean ominaissulamislämpö
F) Etsi veden ominaislämpökapasiteetti
G) Etsi jään ominaislämpökapasiteetti
H) Etsi kuparin sulamispiste
I) Etsi raudan lämmönjohtavuus
J) Etsi alumiinin ominaishöyrystymislämpö
K) Mistä asioista metallitikkaiden lämpölaajeneminen riippuu?
L) Mistä asioista vesikattilallisen höyrystämiseen tarivittava energia riippuu?
M) Mistä asioista leivinuuniin varastoitunut lämpöenergia riippuu?
N) Asetat jääpalan kiukaalle. Selitä fysiikan avulla, mitä jääpalalle ja kiuaskiville tapahtuu.

Peruslaskut - ratkaisut
1) 0,10 kg nestemäistä sinkkiä jähmettyy. Laske energia. Sitoutuu vai vapautuu? 

 



2) Kattilassa kiehautetaan vettä ja 0,10 kg siitä ehtii höyrystyä. Laske höyrystymisenergia.
Sitoutuu vai vapautuu?






3) 1,5 litraa kiehautettua vettä jäähtyy huoneen lämpötilaan. Laske luovutettu lämpöenergia.






4) 3m mittaista kuparitankoa lämmitetään 500 astetta. Laske pituuden muutos.






5) Pilvenpiirtäjän ilmastointi hajoaa ja lämpötila nousee 20 asteesta 35 asteeseen.
Laske kuinka paljon 150m pitkän hissin teräsvaijerin pituus muuttuu. 






6) Hikoilet heinätöissä 2 dl hikeä, joka muodostuu pääasiassa vedestä. Laske luovuttamasi lämpöenergia.






7) 7,0 litran vesiämpäri jäätyy. Kuinka paljon vesi luovuttaa lämpöenergiaa?






8) Vaihdat pyöränrengasta kylmässä. Kuinka paljon kätesi menettää lämpöenergiaa,
kun 200 gramman teräksinen jakoavain lämpiää -10 C lämpötilasta +20 C lämpötilaan.





8 extra*) Montako grammaa sama energia riittää sulattamaan lunta?





Hankalammat laskut
9a) Laske energia, kun huoneenlämpötilassa ollut 100 gramman sinkkilevy sulatetaan.
9b) Sulatetaan 7,5 kg erästä metallia. Energiaa kuluu noin 428 kJ. Selvitä metalli laskemalla ja taulukon avulla.
9c) Veden tiivistyessä vapautuu 400 kJ energiaa. Paljonko vettä on?
10** vaikea) Kaasukeittimen pullossa on butaanin ja propaanin seosta. Kaasua on 300 g ja sen energiasisältö on noin 46 MJ/kg. Laske, kuinka suuren määrän vettä sillä voi teoriassa kuumentaa sulamispisteestä kiehumispisteeseen.
11** vaikea) Teräksisellä männällä on 0,05 mm tilaa laajentua. Kuinka suuri lämpötilanmuutos sallitaan, jos mäntä on 10 cm leveä? 
12** työläs) Lasket kiukaalle 5 kg jääkimpaleen, jonka lämpötila on -10 C. Kuinka paljon energiaa tarvitaan, että tämä muuttuu löylyksi. (Voit verrata lopputulosta löylytehtävään)

Eenrgiamuotojen muutokset ja lämpötasapaino

A Tuntitehtäviä energiamuodoista (vihkoon)
Seuraavassa kuvataan eräitä tilanteita. Koita keksiä, mitä energialajia tilanteissa on ja mitä harmia siitä voi seurata:
  1. Hiihtäjä jäisellä ladulla alamäessä
  2. Kuuma keittolautanen kädessä
  3. Dynamiittia säilytetään huolimattomasti
  4. Saunan uuniin heitetty deodoranttipurkki
  5. Purkamista odottava pilvenpiirtäjä
  6. Sipsien liikasyöminen
  7. Kuivalla ilmalla riisuttu villapaita
  8. Kiipeilijä nousi köyttä pitkin jumppasalin kattoon

B Tuntitehtäviä energiamuunnoksista (vihkoon)
  1. Jatka lauseita energiamuodoilla
    a) Kun hierot käsiä, niiden liike-energia muuttuu_____________________
    b) Auringossa ydinenergia muuttuu ___________________
    c) Paristoa käytettäessä kemiallinen energia muuttuu ______________________
    d) Ihminen saa ruoasta ___________________
  2. Anna esimerkki
    a) Vapaasta energiasta
    b) Sidotusta energiasta
  3. Kerro tilanteesta, jossa yrität varastoida vapaata energiaa
  4. Piirrä energiamuunnoskaavio
    a) Päästät irti viritetystä vieteriautosta
    b) Kun musta laukku on jätetty auringon valoon
  5. TYÖ: Pallon pudotus
    Valitse jokin pallo ja etsi metrin mitta.
    Pudota pallo metrin korkeudelta.
    Mittaa pallon pompun korkeus.
    0. pomppu 100 cm
    1. pomppu _________cm
    2. pomppu _________cm
    3. pomppu _________cm
    4. pomppu _________cm
    Kuinka monta prosenttia pallosi liike-energiasta muuttuu äänienergiaksi joka törmäyksellä?
Tuntitehtäviä lämpötasapainosta (vihkoon)
  1. Mitä keinoja ihmisellä on vaikuttaa lämpötasapainoon
    a) Kun on kylmä
    b) Kun on kuuma
  2. Kerro
    a) Mistä maapallolle tulee lämpöä
    b) Miten sitä poistuu maapallolta
    c) Miten kasvihuonekaasujen lisääntyminen vaikuttaa maan lämpötasapainoon ja miksi
  3. Miten ilmastonmuutosta voidaan hillitä
  4. TYÖ 1: Vesi ja suppilo - tasapaino saapuvan ja lähtevän virran kesken
    Etsi suppilo ja laita vesihana valumaan
    Kokeile suppilolla, tuleeko ylivuoto vai pysyykö suppilo tyhjänä.
    Yritä säätää vesihana siten, että vedenpinta on puolivälissä suppiloa niin,
    että vesihanaan ei tarvitse enää koskea.
  5. TYÖ 2: Rei'itetty maitotölkki
    Ohjeet tunnilla