Fizika 10.: 2019

2019. szeptember 7., szombat

Főoldal

1. A 10. évfolyamos fizika témakörei

ELEKTROSZTATIKA
2. Dörzselektromosság
3. Coulomb-féle erőtörvény
4. Az elektrosztatikus mező jellemzői
5. Elektrosztatikai számolásos feladatok
6. Az elektromos mező munkája, feszültség
7. Elektromos alapjelenségek
8. Kondenzátorok
9. Kondenzátorokra vonatkozó számolásos feladatok
10. Témazáró dolgozat (Elektrosztatika)😃

EGYENÁRAMOK
11. Az elektromos áram
12. Ohm törvénye
13. Generátorok fajtái
14. Ellenállás értéke, teljesítményszámítás
15. Ellenállások kapcsolása
16. Összetett kapcsolások 1
17. Összetett kapcsolások 2
18. Kapcsolók kapcsolása
19. Témazáró dolgozat (Egyenáramok)😃

MÁGNESESSÉG
mágnesek:
20. Mágneses alapjelenségek
21. A mágneses mező jellemzői
22. Erőhatások mágneses mezőben
23. Elektromágneses indukciós jelenségek
24. Kölcsönös és önindukció, tekercsek jellemzői

váltakozó áram:
25. Váltakozó áram létrehozása, jellemzői
26. Teljesítményviszonyok vizsgálata
27. Áramköri elemek
28. Soros RLC-kör
29. Párhuzamos RLC-kör
30. Transzformátorok
31. Témazáró dolgozat (Mágnesesség)😃

REZGÉSEK, HULLÁMOK, HANGTAN
mechanikai rezgések:
32. Rezgések fajtái
33. Harmonikus rezgések
34. Rugóra akasztott test mozgása
35. Ingamozgás

mechanikai hullámok:
36. Hullámok fajtái
37. Hullámtani jelenségek
38. Hangtani alapfogalmak
39. Hangszerek, Doppler-effektus

elektromos rezgések és hullámok:
40. Elektromágneses rezgések
41. Elektromágneses hullámok
42. Témazáró dolgozat (Rezgések, hullámok, hangtan)😃

HŐTAN
hőtani alapok:
43. Hőtani alapfogalmak
44. Hőmérséklet
45. A víz hőtani jellemzői
46. Hőtágulás
47. Hőtágulásos feladatok
48. Gáztörvények
49. Gáztörvényes feladatok

termodinamika:
50. Kinetikus gázelmélet
51. A termodinamika főtételei
52. A főtételek alkalmazása
53. Körfolyamatok
54. Statisztikus fizika
55. Halmazállapot változások
56. Keveréses feladatok
57. Hőterjedés
58. Témazáró dolgozat (Hőtan)😃

2019. augusztus 28., szerda

1. Rész: Tesztfeladatok

Karikázza be a helyes megoldás betűjelét!

1. Hőközlési módok:

A hőátadást a hővezetés speciális esetének tekintjük!
Ennek megfelelően csak 3 féle hőközlésről szokás beszélni:

2. Hővezetés (kondukció)

A hővezetés a hőterjedésnek olyan formája, amikor az anyag részecskéi nem mozdulnak el egyensúlyi helyzetükről makroszkopikus mértékben.

A hővezetés intenzitását a hőárammal mérjük.
Jele: H

Hőáramnak nevezzük a rúd keresztmetszetén egységnyi idő alatt átáramló hőmennyiséget.

`H = (ΔQ)/(Δt)`

A hőáram függ:

a rúd keresztmetszetétől,
az anyagi minőségtől,
a hosszegységre eső hőmérséklet különbségtől.

A rossz hővezető anyagokat hőszigetelőknek nevezzük.

3. Hőáramlás (konvekció)

Hőáramlás során az anyag elmozdul a melegebb tartományból a hidegebb terület felé.
Csak folyadékokban és gázokban alakulhat ki.

Hőáramlás fajtái:

Természetes hőáramlás:

Gravitációs mezőben jön létre.
Oka a hőmérséklet különbség hatására bekövetkező sűrűség-különbség.

Mesterséges hőáramlás:

Nem szükséges hozzá gravitációs mező.
Az anyag áramlását valamilyen gép biztosítja.

Hőáramlás kísérleti megvalósítása:

Felhasználása a mindennapi életben:

Családi házak központi fűtése.
Családi házak meleg víz ellátása.
Családi házak légkondicionálása.
Kémény huzata.
Hűtőláda működése.

Példák természetes hőáramlásra:

Szél kialakulása
Termik: levegő felfele áramlás és felhőképződés
Parti szelek
Tengeráramlatok

Feladat:

Következmény:
Elkeveredés (diffuzió):

4. Hősugárzás (radiáció)

Hősugárzás során az energia elektromágneses hullám formájában terjed.
A hősugarak terjedéséhez nincs szükség közegre.
nap

T hőmérsékletű A nagyságú felület által 1másodperc alatt kisugárzott hőáram egyenesen arányos:
a felület nagyságával és
a kelvinben kifejezett hőmérséklet negyedik hatványával.
H~A·T⁴

5. Hőátadás

Hőveszteség:

(Ember esetén is megmutatja hol a baj)

Feladatok:

(OFI TK10 203.)
1. Az ábrán egy lakóház tetőtere látható.
A tetőtérbe napkollektort építettek.
Tanulmányozzuk az ábrát és magyarázzuk meg, hogyan oldottak meg a helyiségek fűtését!

2. Az ábrán egy lakóház fűtésének tervrajza tanulmányozható.
Magyarázzuk meg, hogyan működik a fűtés!

3. Melyik tüzelőanyaggal lehetett leggazdaságosabban fűteni 2011-ben?
A tűzifa köbmétere 15 000 Ft, a kőszén mázsája 11 500 Ft, a földgáz köbmétere 170 Ft-ba került.
A fa sűrűségét számoljuk 700 kg/ m3-nek, a földgáz sűrűsége 1,1 kg/m3 .

4. Mennyi energiát nyerünk egy darab (30 g) túrórudi elfogyasztásával?
A túrórudi 100 grammjában 9,3 g szénhidrát, 4,4 g fehérje es 5,5 g zsír található.
A megoldást kJ-ban és kcalban is adjuk meg!

Hőterjedés Igaz-hamis teszt:

NÉV: PONT:
Azonosító:
Igaz-hamis állítások:

Ssz.	Állítás	Igaz	Hamis	?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.

56. Keveréses feladatok

1. Feladat:

Összekeverünk 2liter 20°C-os és 3liter 30°C-os vizet.
Mekkora lesz a keverék hőmérséklete?

1. megoldás: (átlagolás)
`t_k = (2*20 + 3*30)/(2 + 3) = (40+90)/5 =130/5 =26°C`

2. megoldás: (táblázat-készítés)
hőmérsékleti skála:

táblázat:

	c(kJ/kg°C)	m(kg)	Δt(°C)
1.	4,2	3	(30-x)
2.	4,2	2	(x-20)

Qle = Qfel
4,2*3*(30 - x) = 4,2*2*(x - 20)
90 - 3x = 2x - 40 |+3x
90 = 5x - 40 |+40
5x = 130 |:5
x = 26°C

2. Feladat:

2,5 liter 35°C-os üdítőben mennyi -10°C-os jeget tegyünk, hogy a keverék hőmérséklete 12°C legyen?

Megoldás:
Jelöljük a jég tömegét: mj-vel!
Adatok:

mv = 2,5 kg
t1 = 35°C
tk = 12°C
t2 = -10°C
to = 0°C

cv = 4,2 kJ/(kg*°C)
cj = 2,1 KJ/(kg*°C)
Lo = 333 kJ/kg

Hőtani folyamatok:

1. A víz lehül, hőt ad le:
Q1 = cv*mv*(t1 - tk)

2. A jég felmelegszik 0°C-ra.
Q2 = cj*mj*(to - t2)

3. A 0°C-os jég vízzé alakul:
Q3 = mj*Lo

4. A 0°C-os víz tk hőmérsékletű vízzé alakul:
Q4 = cv*mj*(tk - to)

Összefüggések:

Q1 = Q2 + Q3 + Q4
cv*mv*(t1 - tk) = cj*mj*(to - t2) + mj*Lo + cv*mj*(tk - to)

Behelyettesítés:

4,2*2,5*(35 - 12) = 2,1*(0 + 10)*mj + 333mj + 4,2*(12 - 0)*mj
241,5 = 21*mj + 333*mj + 50,4*mj
241,5 = 404,4*mj
mj = 0,597kg = 597g

3. feladat:

4,5 liter 30°C-os üdítőben 0,8kg milyen hőmérsékletű jeget tegyünk, hogy a keverék hőmérséklete 12°C legyen?

kérdéses paraméter: t2 =?

megoldás:
cv*mv*(t1 - tk) = cj*mj*(to - t2) + mj*Lo + cv*mj*(tk - to)
behelyettesítés:
4,2*4,5*(30-12) = 2,1*0,8*(0 - t2) + 0,8*333 + 4,2*0,8*(12 - 0)
340,2 = -1,68*t2 + 266,4 + 40,32
340,2 = -1,68*t2 + 306,72
33,48 = -1,68*t2
-19,9°C = t2

F1: 3,2 liter 28°C-os üdítőben 0,5kg milyen hőmérsékletű jeget tegyünk, hogy a keverék hőmérséklete 16°C legyen?

4. feladat:

4 liter 33°C-os üdítőben 0,5kg -5°C-os jeget teszünk. Mekkora lesz a közös hőmérséklet?

kérdéses paraméter: tk =?

megoldás:
cv*mv*(t1 - tk) = cj*mj*(to - t2) + mj*Lo + cv*mj*(tk - to)
behelyettesítés:
4,2*4*(33 - tk) = 2,1*0,5*(0 +5) + 0,5*333 + 4,2*0,5*(tk - 0)
554,4 -16,8*tk = 5,25 + 166,5 + 2,1*tk - 2,1
384,75 = 18,9*tk
tk = 20,4°C

5. feladat:

Hány liter 30°C-os üdítőbe tegyünk 0,5kg -15°C-os jeget, hogy a keverék hőmérséklete 8°C-os legyen?

kérdéses paraméter: mv =?

megoldás:
cv*mv*(t1 - tk) = cj*mj*(to - t2) + mj*Lo + cv*mj*(tk - to)
behelyettesítés:
4,2*mv*(30 - 8) = 2,1*0,5*(0 +15) + 0,5*333 + 4,2*0,5*(8 - 0)
92,4*mv = 15,75 + 166,5 + 16,8 = 199,05
mv = 2,15kg

F2: Hány liter 28°C-os üdítőbe tegyünk 0,4kg -6°C-os jeget, hogy a keverék hőmérséklete 15°C-os legyen?

6. feladat:

4 liter üdítőbe 0,7kg -11°C-os jeget teszünk, így a közös hőmérséklet 5°C lesz. Mekkora volt az üdítő hőmérséklete?

kérdéses paraméter: t1 =?

megoldás:
cv*mv*(t1 - tk) = cj*mj*(to - t2) + mj*Lo + cv*mj*(tk - to)
behelyettesítés:
4,2*4*(t1 - 5) = 2,1*0,7*(0 +11) + 0,7*333 + 4,2*0,7*(5 - 0)
16,8*t1 - 84 = 16,17 + 233,1 +14,7 = 263,97
16,8*t1 = 347,97
t1 = 20,7125°C

Feladatok:
(OFI TK10 182.)
1.     Mennyi 0 °C-os jeget kell beledobni 3 dl 22 °C-os üdítőbe, hogy 8 °C hőmérsékletű italt kapjunk?
Lo=334    k J    ; cjég= 2100    J    ; cvíz=4200    J    .
    k g    k g 0C        k g 0C

2.     Egy termoszban 4 kg 12 0C-os jég van. Melegedés közben 2000 kJ hőt vesz fel a környezetéből.
Elolvad-e a jég? Ha elolvad, mekkora lesz a víz hőmérséklete?

Lo=334    k J    ; cjég= 2100    J    ; cvíz=4200    J    .
    k g    k g 0C        k g 0C

3.     Mekkora tömegű vizet hűt le 30 0C-ról 12 0C-ra 2 db 30 g-os, 0 0C-os jégkocka?
Lo=334    k J    ; cvíz = 4200    J    .

    k g    k g 0C
4. Egy termoszban 1,5 liter 10 0C hőmérsékletű víz van.
Beledobunk 300 g tömegű, 8 0C-os jégdarabot. Mi történik a folyamat során?

Lo=334    k J    ; cjég= 2100    J    ; cvíz=4200    J    .
    k g    k g 0C        k g 0C

5. Mennyi hőt kell közölnünk 380 g, 18 0C-os jéggel,
ha azt szeretnénk, hogy az olvadás után 28 0C-os víz keletkezzen?

6.     A 250 g tömegű ólomgolyó szabadon esik, majd rugalmatlanul ütközik a jól szigetelt
asztalhoz. Milyen magasról esett, ha a hőmérséklete 3,5 0C-kal emelkedett? Az összes
J
helyzeti energia 25%-a a környezetet melegítette. Az ólom fajhője 130 kg    0 C .

7. Hogyan lehet a réz fajhőjének ismeretében kiszámítani a mólhőjét?
Vegyünk 1 molt, használjuk fel a hőkapacitás fogalmát!

Feladatok:
(OFI TK10 188.)
1.     Hány gramm 100 °C-os vízgőzt kell a 35 °C-os 1,5 dl térfogatú kávéban lecsapatni, hogy
    °C-os forró kávét kapjunk?
cvíz=4200        J    ;   cgőz=1900        J    ;Lf=2256    k J    ;    cjég= 2100        J        ;    Lo=334    k J
        k g 0C            k g 0C                k g            k g 0C                k g

2.     Mekkora tömegű vizet párologtat el egy 60 kg-os tanuló, hogy testhőmérséklete 0,8 0C-kal csökkenjen?
A megoldásnál vegyük figyelembe, hogy az emberi test nagyrészt vízből áll, és
testhőmérsékleten a víz párolgáshője 2400    kJ    . cvíz=4200    J
    kg
            k g 0C

3.     A 8 m x 6 m x 3 m-es terem levegőjének hőmérsékletét 6 0C-kal emeljük gőzfűtéses fűtőtesttel.
A fűtőtestbe vezetett 100 °C-os vízgőz 50 °C-ra hűl le.
A felszabaduló hőmennyiség 30%-a melegíti a levegőt.
Számítsuk ki, mekkora tömegű gőzre van szükség!

    k J        J            k g
Lf=2256        ; cvíz=4200        ;    levegő=1,29            .
                        m    3
            0
    k g        k g C
A levegő állandó nyomáson mért fajhője: 997    J    .

    k g 0C

4. A 120 g tömegű 80 °C-os vízzel 300 kJ hőmennyiséget közlünk állandó nyomáson, jól szigetelt tartályban.
Mi történik? Ábrázoljuk a folyamatot hőmérséklet-hőmennyiség grafikonon!

5. A desztilláló berendezésbe 3 kg 100 °C-os vízgőzt vezettünk.
A desztillált víz hőmérséklete 35 °C.
Hány kg 15 °C-os hűtővizet használtunk fel, ha az 35 °C-ra melegedett fel?

6. Hány kg 80 °C-os termálvizet kell töltenünk 40 kg 10 °C-os vízhez, ha azt szeretnénk,
hogy a közös hőmérséklet 28 °C legyen?
A környezettel való hőcserétől eltekintünk.

7. A fizikaszakkörön az egyik tanuló 40 g-os rézgolyót melegített gázlánggal.
Az izzó golyót fél liter 18 °C-os vízbe tette. A közös hőmérséklet 20 °C lett.
Mekkora volt a gázláng hőmérséklete?
cvíz=4200J créz=385

8. Kaloriméterben lévő 3 liter 8 °C-os vízbe 355 g tömegű 400 °C-os fémkockát teszünk,
a közös hőmérséklet 17,6 °C lesz. Számítsuk ki a fémkocka fajhőjét!
Keressük meg a Négyjegyű függvénytáblázatokból, milyen fémből készült a kocka!

9.     A jól szigetelt tartályban összekeverünk 500 g 100 °C-os alumíniumport és 200 g 20 °C-os vasreszeléket.
Mekkora lesz a közös hőmérséklet?

cAl= 900    J    ; cFe= 465    J    .

    k g 0C        k g 0C

10.     A kaloriméterben 180 g 25 °C-os víz van. Beletöltünk 80 g 85 °C-os vizet.
A közös hőmérséklet 32 °C lesz. Számítsuk ki a kaloriméter hőkapacitását!

55. Halmazállapot változások

Négyféle halmazállapotot ismerünk:
szilárd:

kristályos
amorf

cseppfolyós:

folyadék
olvadék

légnemű:

gőz
gáz

plazma (ionizált gázáram):

technikai plazma
fizikai plazma

A halmazállapotok jellege a nyomástól és hőmérséklettől függ.
Ezek változtatásával az egyik halmazállapot átalakulhat egy másfajta halmazállapottá. Ezeket a folyamatokat halmazállapot-változásoknak nevezzük.

1. Olvadás, Fagyás:
Az olvadás fordított folyamata a fagyás.
Olvadáspont = Fagyáspont
(T_olv = T_fagy)

Olvadáshő = Fagyáshő
(L_olv = L_fagy)
`L_(olv) = Q/m`
ME: J/kg

Fém olvasztás mikrohullámú sütőben:

Miért nem szabad fémtárgyat tenni a mikrohullámú sütőbe?

Túlhűtés:
tiszta folyadék Tfagy alá hűthető, rázkódás hatására Tfagy fölött is megfagy.

2. Párolgás:
Ha a tér nyitott, akkor telített gőz,
ha a tér zárt, akkor pedig telítetlen gőz keletkezik párolgás révén.

A párolgás sebessége függ:

A hőmérséklettől
Az anyagi minőségtől (éter, alkohol jól párolog)
A felület nagyságától
A külső tér telítettségétől

Mire jó ez?
1.

ha fedő van rajta, akkor párolgáshő formájában nem jut ki a hő a rendszerből, hiszen a víz lecsapódik a fedőn és visszacsurog.

3. Forrás:
Amikor a telített gőz nyomása megegyezik külső nyomással, akkor buborékok jelennek meg a folyadék belsejében.

Forráspont: Tf

nyomásfüggő (→ kukta, Himalája)

túlhevítés:
a víz magas nyomáson Tf feletti hőmérsékleten is folyékony halmazállapotú marad.

Forráshő: Lf

4. Lecsapódás:
A lecsapódás a párolgással ellentétes folyamat.

Késleltetése (nyomás növelése / hőmérséklet csökkenése) esetén telített gőz keletkezik.

Lecsapódási hő = Párolgáshő.

a lecsapódást elősegítik: az apró szilárd részecskék (kondenzációs magvak) (pl. szmog),
ezek hiányában: túltelített gőz jön létre.

Jelentősége: eső/hóképződés.

5. Szublimáció és kondenzáció
A szilárd és a gáz halmazállapot közötti átmenetek.

6. Folyamatelemzés:
Hőközlés- hőmérséklet változás kapcsolata:

A→B:
melegítés hatására hőmérséklet növekedés!

`Q_1 = c_(sz)*m_(sz)*Δt_1`

B→C:
melegítés hatására halmazállapot változás!

`Q_2 = m*L_o`

C→D:
melegítés hatására hőmérséklet növekedés!

`Q_3 = c_f*m_f*Δt_2`

D→E:
melegítés hatására halmazállapot változás!

`Q_4 = m*L_f`

E→F:
melegítés hatására hőmérséklet növekedés!

`Q_5 = c_g*m_g*Δt_3`

54. Statisztikus fizika

Boltzmann-féle klasszikus statisztika alapfeltevései:

a részecskék egymástól megkülönböztethetők
a részecskék helye és sebessége meghatározható
érvényes az ekvipartició tétel (egy részecske egy szabadsági fokára jutó energia: ½ kT)

Animáció:

Makró és mikro állapotok:
N = 4 megkülönböztethető gázrészecske
g = 2 térrész

N = 10, g = 2

Egyensúlyi állapot:
a legtöbb mikroállapotot megvalósító makroállapot
Statisztikus ingadozások:

véletlenszerű eltérés az egyensúlyi állapottól Pl. sörétzaj
Brown mozgás
hőmérséklet ingadozás
sűrűség ingadozás

53. Körfolyamatok

Körfolyamat esetén a kezdő és a végpont azonos.
Fajtái:
1. Direkt körfolyamat:

Jellemző:
hatásfok:
η = Whasznos/Qfel < 100%

legnagyobb hatásfokú körfolyamat:
Carnot-féle körfolyamat:

A körfolyamat részei:

Izotermikus tágulás
Adiabatikus tágulás
Izotermikus összenyomás
Adiabatikus összenyomás

Hatásfoka: η = (T1 - T2)/T1

2. Indirekt körfolyamat:

Jellemző:
Jósági tényező:
ε = Qle/Whasznosított > 100%

Pl. hűtőgép

A hűtőgépek fajtái:
Kompresszoros:
A leghatékonyabb és a legmegbízhatóbb hűtési mód.

Abszorpciós:
Az abszorpciós hűtőkészülékek hatásfoka rosszabb a kompresszoros hűtőkénél.
Főleg akkor alkalmazzák, ha nincs elektromos áram a használat helyén (pl. lakóautókban), mivel a működtetéséhez csak hő szükséges, ezért működtethető akár gázpalackról is.

3. Hőerőgépek:
A hő mechanikai munkává alakítására szolgáló gépeket hőerőgépeknek nevezzük.
Fajtái:

Gőzgépek:

dugattyús

(James Watt: a gőzgép továbbfejlesztője)

gőzturbina

Gázgépek:

belső égésű motorok

benzines (Otto-motor)

1. ütem: szívás
2. ütem: sűrítés (kompresszió)
3.ütem: terjeszkedés (munkaütem): elektromos szikra gyújtja be gázelegyet
4. ütem: kipufogás

diesel

Szívás – tiszta levegő beszívása
Sűrítés – levegő sűrítése, amitől az felhevül
Munkavégzés – a sűrített, felhevült levegő a befecskendezett üzemanyagot begyújtja
Kipufogás – az égéstermék távozása

gázturbinák: a gáz égése térfogatnövekedéssel jár, ez forgatja forgórészt

gázsugár hajtóművű eszközök: autók, repülők

rakéta hajtóművek

Feladatok:
(OFI TK10 176.)
1. Az ábrán nitrogéngázzal végzett körfolyamatot láthatunk. A nitrogén állandó térfogaton
mért fajhője 740 k g 0C . Az A pontban a gáz hőmérséklete 340 K.
a) Mekkora a nitrogén hőmérséklete a B és C állapotokban?
b) Mekkora az energiaváltozás a B    C folyamatban?
c) Mekkora az A   B szakaszon a hőfelvétel?
d) Mekkora és milyen előjelű a munka a C    A szakaszon?

2. Az ábrán látható körfolyamatot 1,2 mol neonnal végeztük.
a) Mekkora a gáz hőmérséklete az A, B és C állapotban?
b) Számítsuk ki a körfolyamat termikus hatásfokát!

3. Az ábrán látható körfolyamatban oxigént alkalmaztunk.
Az A    állapotban    a    gáz hőmérséklete 17 0 C.
a) Mekkora hőt vesz fel az oxigén az A B állapotváltozás közben?
b) Mekkora és milyen előjelű a munkavégzés a B C szakaszon?
c) Számítsuk ki a körfolyamat termikus hatásfokát!

Igaz-hamis teszt:

NÉV: PONT:
Igaz-hamis állítások:

Ssz.	Állítás	Igaz	Hamis	?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.