Šilumos kiekis, darbas, energija, faziniai virsmai

  1. \(70\;\text{kg}\) studentas bėgdamas skleidžia \(1200\;\text{W}\) šiluminę energiją. Norint išlaikyti pastovią \(37\;^{\circ}\text{C}\) kūno temperatūrą, ši energija turi būti pašalinama prakaituojant ar kitais mechanizmais. Jei šie mechanizmai sutriktų ir studento kūnas negalėtų atiduoti šilumos, kokį laiko tarpą studentas galėtų bėgti iki kol jo neištiktų negrįžtami kūno sutrikimai? Kūno proteinų struktūros yra negrįžtamai sunaikinamos, jei kūno temperatūra pakyla \(44\;^{\circ}\text{C}\) ir aukščiau.
  2. Kalorimetras yra pripildytas vandens, kurio masė — \(m_{1}=400\;\text{g}\), temperatūra \(t_{1}=5\;^{\circ}\text{C}\). Papildomai į kalorimetrą dar buvo įpilta \(m_{2}=200\;\text{g}\) vandens, kurio temperatūra — \(t_{2}=10\;^{\circ}\text{C}\) ir įdėta \(m_{3}=400\;\text{g}\) ledo, kurio temperatūra \(t_{3}=-60\;^{\circ}\;\text{C}\). Kokia temperatūra \(\Theta\) nusistovės kalorimetre? Kaip pasikeis ledo kiekis?
  3. Termometrui lauke rodant \(t_{1}=-10\;^{\circ}\text{C}\), o radiatoriuose esant \(t_{0}=55\;^{\circ}\text{C}\), kambariuose nusistovi \(t_{k_{1}}=25\;^{\circ}\text{C}\) temperatūra. Kokia temperatūra nusistovės kambariuose, jei radiatoriuose temperatūra išliks ta pati, bet lauke atšals iki \(t_{2}=-30\;^{\circ}\text{C}\)?
  4. Koks šilumos kiekis turi būti atiduodamas, kad ledo gabaliukas, kurio masė yra \(m=20\;\text{g}\) ir temperatūra \(t_{1}=-15\;^{\circ}\text{C}\) pavirstų į garus prie temperatūros \(t_{2}=100\;^{\circ}\text{C}\)? Ledo savitoji šiluma \(c_1=2{,}1\;\text{kJ/kg}\;^{\circ}\text{C}\), vandens savitoji šiluma \(c_2=4{,}19\;\text{kJ/kg}\;^{\circ}\text{C}\), ledo savitoji lydymosi šiluma \(\lambda=330\;\text{kJ/kg}\), vandens garavimo šiluma \(L=22{,}6\cdot 105\;\text{J/kg}\).
  5. Sumaišėme \(m_{1}=300\;\text{g}\) vandens, kurio temperatūra \(t_{1}=10\;^{\circ}\text{C}\) ir \(m_{2}=400\;\text{g}\) ledo, kurio temperatūra \(t_{2}=-20\;^{\circ}\text{C}\). Nustatykite nusistovėjusią temperatūrą \(\Theta\) ir medžiagų kiekius.
  6. Į indą, pripildytą tirpstančio ledo, įdedama geležies, kurios masė — \(m=325\;\text{g}\) ir tūris \(V=48\;\text{cm}^3\). Geležies tankis temperatūroje \(t_{0}=0\;^{\circ}\text{C}\) yra \(\rho_{0}=6{,}8\cdot10^{3}\;\text{kg/m}^3\), geležies savitoji šiluma \(c=0{,}5\;\text{kJ/kg}\;^{\circ}\text{C}\), šiluminis tūrinio plėtimosi koeficientas \(\beta=3{,}3\cdot10^{-5}\;\text{K}^{-1}\). Ledo savitoji lydymosi šiluma \(\lambda=0{,}33\;\text{MJ/kg}\). Kaip pasikeis ledo masė mledo nusistovėjus termodinaminei pusiausvyrai?
  7. \(1\;\text{kg}\) ledo ir \(1\;\text{kg}\) nelydžiosios ir netirpios vandenyje medžiagos, prie \(-40\;^{\circ}\text{C}\) temperatūros yra įdėti į šilumai izoliuotą indą, su viduje esančiu šildytuvu. Šildytuvui yra suteikiama pastovi galia. Temperatūros inde priklausomybė nuo laiko parodyta grafike. Ledo savitoji šiluma \(c_{\text{ledo}}=2{,}1\;\text{kJ/kg}\;^{\circ}\text{C}\), o nelydžiosios medžiagos savitoji šiluma, kai ši medžiaga yra kietosios būsenos, \(c=1\;\text{kJ/kg}\;^{\circ}\text{C}\). Raskite savitąją medžiagos lydymosi šilumą \(\lambda\) ir savitąją medžiagos šilumą \(c_1\), kai ši yra skystoje būsenoje. Temperatūros grafikas
  8. Kalorimetre yra ledas, kurio masė \(m_{\text{ledo}}=100\;\text{g}\) ir temperatūra \(t_{\text{ledo}}=0\;^{\circ}\text{C}\). Į kalorimetrą yra įleidžiami garai, kurių temperatūra \(t_{\text{garų}}=100\;^{\circ}\text{C}\). Kiek vandens atsirado kalorimetre, kai visas ledas ištirpo? Ledo virtimo į vandenį temperatūra lygi \(0\;^{\circ}\text{C}\).
  9. Fizikas nori pasigaminti šiek tiek ledo iš distiliuoto vandens savo eksperimentams. Jis pripila indą \(m_{1}=1\;\text{kg}\) vandens, kurio temperatūra yra \(t_{1}=20\;^{\circ}\text{C}\) ir po truputį pradeda pilti laboratorijose dažnai naudojamą medžiagą — skystą azotą, kurio temperatūra yra \(t_{2}=-196\;^{\circ}\text{C}\). Pilant skystą azotą, vanduo visąlaik maišosi su juo. Kai visas azotas išgaruoja iš indo, jo yra pripilama dar ir taip kartojama daug kartų, kol yra gaunamas norimas vandens ir ledo kiekis. Kokia bus reikalinga skystojo azoto masė, norint paversti ledu pusę vandens masės? Vandens savitoji šiluma \(c=4{,}2\;\text{kJ/kg}\;^{\circ}\text{C}\), ledo savitoji lydymosi šiluma \(\lambda=3{,}4\cdot105\;\text{J/kg}\), azoto garavimo šiluma \(L=2{,}0\cdot 105\;\text{J/kg}\).
  10. Gryną vandenį galima atvėsinti iki temperatūros \(-10\;^{\circ}\text{C}\) (nestabilioji būsena). Kokia dalis vandens pavirs ledu, jei prasidės kristalizacija (šilumos perdavimas vyksta tik tarp ledo ir vandens; savitoji ledo lydymosi šiluma \(80\;\text{cal/g}\))? \(1\;\text{cal} = 4{,}184\;\text{J}\).
  11. Traukinys, važiuojantis \(72\;\text{km/h}\) greičiu, stabdydamas sustoja. Kaip pasikeitė oro temperatūra vagone, jeigu visa traukinio stabdymo energija buvo naudojama oro vagone šildymui. Vagono masė — \(20\text{t}\), vagono tūris — \(210\;\text{m}^3\), oro tankis \(1{,}3\;\text{kg/m}^3\), savitoji oro šiluma \(1000\;\text{J/kg}\;^{\circ}\text{C}\).
  12. Beoris vamzdelis sujungtas su indu, pripildytu gyvsidabrio. Atidarius kraną K, į vamzdelį atitekėjo gyvsidabris ir gyvsidabrio stulpelis pakilo aukščiu \(h\) ir mase \(m\). Kiek, šiuo atveju, išsiskyrė šilumos? 
  13. Atviroje talpykloje yra \(0{,}55\;\text{kg}\) ledo, kurio temperatūra \(-15\;^{\circ}\text{C}\). Talpyklos masė gali būti nevertinama. Karštis yra tiekiamas į talpyklą pastoviu \(800\;\text{J/min}\) greičiu \(500\;\text{min}\). a) Po kiek minučių ledas pradeda tirpti? b) Po kiek minučių nuo kaitinimo pradžios temperatūra pakils virš \(0\;^{\circ}\text{C}\)? c) Nubrėžkite temperatūros nuo laiko priklausomybės kreivę.
  14. Kalorimetre yra ledo gabalas, kurio masė \(m_{1}=0{,}4\;\text{kg}\), o temperatūra yra \(t_{1}=-53\;^{\circ}\text{C}\). Į kalorimetrą įpylė \(m_{2}=0,1\;\text{kg}\) vandens, kurio temperatūra \(t_{2}=15\;^{\circ}\text{C}\). Raskite nusistovėjusią temperatūrą kalorimetre. Savitoji ledo šiluma \(c_1=2{,}1\;\text{kJ/kg}\;^{\circ}\text{C}\), vandens savitoji šiluma \(c_2=4{,}2\;\text{kJ/kg}\;^{\circ}\text{C}\), ledo savitoji lydymosi šiluma \(\lambda=334\;\text{kJ/kg}\).