Fizyka 4 Tb

26.10.2020
Tematem pierwszej dzisiejszej godziny jest “Energia wewnętrzna gazu” (w podręczniku strony 75-77). Przygotowałem dość obszerną notatkę (z komentarzami); robiąc notatkę w zeszycie możecie ją skrócić. Trzeba zapamiętać, że energia wewnętrzna gazu jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej; każda zmiana temperatury gazu oznacza zmianę energii wewnętrznej. Podobnie jest w stanie ciekłym i stałym, ale uwaga (!). Jeśli mamy do czynienia ze zmianami stanu skupienia, to zmiana energii wewnętrznej zachodzi przy stałej temperaturze (np. podczas wrzenia – cały czas dostarczamy energię, a temperatura wrzącej cieczy nie ulega zmianie). W bardzo prosty i ciekawy sposób temat przedstawiony jest w tym filmie (są tam też zagadnienia, które omawialiśmy wcześniej, np. skale termometryczne). Brak jednak w tym wykładzie wzorów, które obowiązują na poziomie rozszerzonym.

Drugim dzisiejszym tematem jest “Pierwsza zasada termodynamiki” (strony 78-82 w podręczniku). Przygotowałem krótki wykład dotyczący pierwszej zasady termodynamiki. Znalazłem też całkiem dobry film, w którym autor w przystępny sposób przedstawia temat, dodając sporo ciekawostek.

Proszę o przesłanie (przez dziennik elektroniczny) opinii o tej formie prowadzenia zajęć. Wykład jest moim pierwszym “dziełem” tego typu, zatem proszę o wyrozumiałość. Zamieściłem go na stronie Szkoły, więc może wczytywać się dość powoli. Nie jest wykluczone, że niektóre lekcje będę w przyszłości prowadził z użyciem komunikatora.

28.10.2020
Pierwszy dzisiejszy temat “I zasada termodynamiki w przemianach gazowych” jest w podręczniku na stronach 82-84. Przygotowałem obszerną notatkę na ten temat.

Drugi dzisiejszy temat “Ciepło właściwe i ciepło molowe” jest częściowo powtórzeniem z gimnazjum. W podręczniku przedstawiony jest na stronach 86-88. Do tego tematu również przygotowałem notatkę.
Proszę rozwiązać zad. 3 ze str. 88 z podręcznika.

2.11.2020
Obydwie dzisiejsze godziny poświęcimy na temat “Silniki cieplne”. W podręczniku temat jest na stronach 93-100. Przygotowałem krótką notatkę. W nawiązaniu do notatki kilka komentarzy:
1) Efektywny silnik cieplny musi pracować cyklicznie; zużyty czynnik roboczy jest zwykle usuwany z układu roboczego, a na to miejsce napływa nowa porcja czynnika roboczego (gazu).
2) Podane w notatce sformułowania drugiej zasady termodynamiki (T1 > T2 czyli “silnik cieplny nie może działać bez różnicy temperatur między źródłem ciepła i chłodnicą” oraz W < Q1 czyli “nie jest możliwa zamiana całego dostarczonego ciepła na pracę”) to tylko część możliwych postaci tej zasady.  W przeciwieństwie do pierwszej zasady termodynamiki, druga zasada termodynamiki ma wiele równoważnych sformułowań.
3) Silnik idealny, pracujący w cyklu Carnota ma najwyższą możliwą sprawność przy danych temperaturach źródła ciepła i chłodnicy, ale ma jedną zasadniczą wadę – nie można takiego silnika skonstruować. Stąd rzeczywiste silniki cieplne pracują w innych cyklach (Otta, Diesla, Rankina).
W przykładzie 8.4 w podręczniku przedstawiony jest cykl Otta, w którym pracują silniki czterosuwowe z zapłonem iskrowym. Cykl pracy silnika czterosuwowego (ssanie – sprężanie – praca – wydech) jest przedstawiony w filmie, który jest fragmentem wygaszacza ekranu firmy Deutz-Fahr. Jeśli ktoś chce dodatkowo poćwiczyć techniczny angielski, to może sobie obejrzeć ten film.

4.11.2020
Pierwszego dzisiejszego tematu “Pompy ciepła” nie ma w podręczniku, ale warto się z nim zapoznać, bo to zagadnienie dość popularne. Przygotowałem notatkę, która zawiera najważniejsze informacje o pompach ciepła. Symbol ξ, który jest stosowany na oznaczenie efektywności pompy to grecka litera ksi.

Drugi dzisiejszy temat “Przemiany fazowe” jest przedstawiony w podręczniku na stronach 104-108. Do tego tematu również przygotowałem obszerną notatkę. Jako ciekawostkę można obejrzeć króciutki film, w którym autor prezentuje wrzenie wody w temperaturach niższych od 100 oC (można to zrobić samodzielnie w domu 🙂 ).

9.11.2020
Pierwszy dzisiejszy temat dotyczy “Rozszerzalności termicznej ciał” i w podręczniku znajduje się na stronach 111-113. Przygotowałem notatkę do tego tematu. Można też skorzystać z epodręcznika.
Rozszerzalność liniową stosuje się zasadniczo do opisu zachowania ciał stałych, dla których możemy określić wymiary liniowe. Zwykle zwraca się uwagę na szkody, które mogą być wywołane przez nadmierne rozszerzanie się lub kurczenie elementów konstrukcji. Natomiast tę właściwość ciał stałych powszechnie wykorzystuje się w praktyce. Najlepszym przykładem jest tu bimetal (ściśle rzecz biorąc: termobimetal). Znajdziemy go w każdym niemal żelazku, w bezpiecznikach zwłocznych, w termometrach bimetalicznych i wielu innych układach reagujących na zmiany temperatury.
Rozszerzalność objętościową stosuje się z kolei do opisu zachowania cieczy i gazów. O rozszerzalności gazów była mowa przy okazji omawiania przemian gazowych (przemiana izobaryczna: V ~ T). Rozszerzalność cieczy jest podstawą działania termometrów cieczowych. Cieczą termometryczną nie może być woda, która wykazuje anomalną rozszerzalność objętościową – najmniejszą objętość uzyskuje w temperaturze 4 oC. Ma to istotne znaczenie dla życia w wodach strefy umiarkowanej i zimnej. Taka woda ma największą gęstość i w okresie zimowym gromadzi się na dnie zbiorników wodnych, umożliwiając przeżycie zimy rybom i innym organizmom wodnym.

Zadanie:
Zbiornik termometru rtęciowego ma objętość 0,8 cm3. Oblicz, jaka musi być wewnętrzna średnica rurki tego termometru, aby kreski oznaczające kolejne stopnie przypadały w odstępach 2 mm. Współczynnik rozszerzalności objętościowej rtęci jest równy 1,8.10-4 K-1.

W ramach drugiej godziny realizujemy dziś temat “Transport energii przez przewodnictwo i konwekcję” (str. 114-119 w podręczniku). Obydwa zjawiska są związane z przenoszeniem energii wewnętrznej, ale w różny sposób: w przewodnictwie przekazywana jest energia kinetyczna bezpośrednio między cząsteczkami budującymi materię, natomiast w konwekcji energia wędruje wraz przemieszczającymi się gazami lub cieczami (konwekcja nie jest możliwa w ciałach stałych). O wpływie tych zjawisk na nasze życie i ich zastosowaniach przeczytacie zarówno w podręczniku, jak i w epodręczniku: tu i tu. Zachęcam, zagadnienia są opracowane dobrze i przystępnie. Do tej lekcji też przygotowałem notatkę. Oczywiście każdy może również sporządzić własną notatkę.

16.11.2020
Pierwszy dzisiejszy temat brzmi: “Makroskopowe skutki oddziaływań mikroskopowych w cieczach”. Jest to temat przypominający wiadomości z gimnazjum. Bardzo dobrze opracowany jest w epodręczniku. Przygotowałem krótką notatkę.
Warto wiedzieć, że omawiane dziś właściwości cieczy mają konkretne przełożenie na naszą codzienność. Parasol czy tropik namiotu nie przepuszcza wody dzięki błonie powierzchniowej, dzięki której kropelki wody w oczkach materiału pełnią rolę uszczelniającą. Ta sama błona powierzchniowa (wielkością fizyczną opisującą błonę powierzchniową jest napięcie powierzchniowe) utrudnia wypłukiwanie brudu przez wodę podczas prania; aby obniżyć napięcie powierzchniowe stosujemy mydła i detergenty.
Kapilarność ma skutki zarówno pożądane (tak na czasie: podsiąkanie stopionej parafiny w knocie świecy), jak i wysoce niepożądane (podsiąkanie wody w murach – stąd konieczność stosowania izolacji poziomej w budynkach).

Na drugiej godzinie zrealizujemy “Powtórzenie wiadomości z termodynamiki”. W ramach powtórzenia warto obejrzeć ten film. Autor mówi bardzo szybko, ale generalnie nie popełnia błędów.

Proszę rozwiązać następujące zadania:
1. Do wanny wlano 210 kg wody o temperaturze 10 oC. Ile wrzątku trzeba dolać do wanny, by otrzymać wodę o temperaturze 40 oC ?
2. Szklane naczynie, którego rozszerzalność cieplną zaniedbujemy, wypełnione jest całkowicie olejem o temperaturze 0 oC. Podczas ogrzewania oleju do temperatury 100 oC przez brzegi naczynia przelało się 6% oleju. Oblicz współczynnik rozszerzalności objętościowej tego oleju.
3. Przy stałej temperaturze równej 20 oC do butli o objętości 50 dm3 wpompowano 5 m3 powietrza. Jakie było ciśnienie powietrza w butli, jeśli przyjmiemy, że ciśnienie atmosferyczne jest równe 100 kPa ?

25.11.2020
Pierwszym dzisiejszym tematem jest “Rozkład ładunków elektrycznych w przewodniku”. W podręczniku zagadnienie przedstawione jest w tematach 9.3 i 9.4 (str. 138-144). Właściwie wszystko, co trzeba z tej lekcji wiedzieć, jest przedstawione na tym rysunku. Fakt, że największa gęstość ładunków elektrycznych występuje na ostrzach wykorzystano w praktyce w piorunochronach, maszynach elektrostatycznych, itp.
Szczególną uwagę należy zwrócić na to, że wewnątrz przewodnika nie występuje pole elektryczne. Jest to podstawą konstrukcji klatki Faradaya. Ta właściwość przewodnika jest niezależna od tego, czy przewodnik jest naelektryzowany, czy też ładunki na jego powierzchni zostały indukowane na skutek obecności zewnętrznego pola elektrycznego.
Inaczej jest wewnątrz izolatorów; w ich wnętrzu na skutek polaryzacji powstaje pole elektryczne przeciwne do pola zewnętrznego, ale to indukowane pole jest słabsze niż pole zewnętrzne. Zatem pole elektryczne wnika do wewnątrz izolatora.

Drugi dzisiejszy temat to “Praca w polu elektrostatycznym”. W podręczniku zagadnienie to mieści się w temacie 9.5, ale przedstawiony tam materiał obejmuje zakres trzech naszych lekcji. Informacje dotyczące tematu zamieściłem w notatce z obszernymi wyjaśnieniami.
Proszę rozwiązać zadanie 1/152 – proste zadanie, wystarczy podstawić do wzoru i policzyć.

30.11.2020
Zadanie na ocenę:
Proszę zrobić zadanie i rozwiązane (plik jpg, odt albo pdf) przesłać do dnia 6 grudnia na adres: a.fafara@zsstaszow.pl.