1.Fizica-clasa X-a.ffff

8/9/2019 1.Fizica-clasa X-a.ffff

1/33

LICEUL TEHNOLOGIC ION MINCU, VASLUI

1

SUPORT DE CURS

CLASA A X-A

CURSURI CU FRECVEN REDUSANUL COLAR 2014-2015

CAPITOLUL I

ELEMENTE DE TERMODINAMICA

Profesor

HNCIANU GERLANDIDA


2/33


2

INTRODUCERE

Fizica este un obiect spectaculos i dificil n acelai timp; pentru a fi ndrgit deelevul de liceu, profesorul trebuie s-i asigure acestuia fixarea noiunilor de baz, s-iinsinueze dorina de-a pi pe o treapt abstracta fizicii, s-l ajute s ajung, prin fizic, lagrania interdisciplinar i s-i completeze noiunile de cultur general.

Acest curs se adreseaz n primul rnd elevilor care au primit a doua ans - cursuri cufrecven redus, elevilor nscrii la forma de nvmnt cursuri de zi, mai ales celor care auoptat , la bacalaureat, pentru fizica termodinamic.

Suportul de curs cuprinde consideraii teoretice explicative, extrem de oportunepentru elevi ; este detaliat ntreaga materie din capitol, conform structurii programei colare.


3/33


3

NOIUNI INTRODUCTIVE Termodinamica este un capitol de fizic n care pe baza celor mai generale

presupuneri se studiaz procesele de schimb de cldur ntre obiectul de studiat imediul care-l nconjoar.

La baza termodinamicii stau cele mai generale legi ale naturii, denumiteprincipii(axiome), care sunt rezultatele activitii oamenilor.

FIZICA MOLECULAR Unitatea atomic de masa

Unitatea atomic de masa este egala cu a douasprezecea parte din masa atomic a izotopuluide carbon 12.

1u= Kg

Masa moleculara/ masa atomicaMasa moleculara/ masa atomic este masa unei molecule /atom

=Kg

Cantitatea de substantaCantitatea de substanta este o mrime fizica fundamentala notata cu .

=1 mol

Molul este cantitaea de substanta a unui sistem care conine attea entitati elementare cteconine 0,012 Kg de carbon 12.

Masa molaraMasa molara este masa unui mol.

Formula

unitate

[

Volum molarVolumul molar este volumul unui mol de substanta.

Formula =

unitate

Volumu molar al oricarui gaz ideal n condiii normale de temperatura i presiune ( =; = 273 K) este V = 22,41 .

Numrul lui AvogadroNumrul lui Avogadro este numrul de entitati elementare dintr-un mol de substanta.

=

=


4/33


4

ECHILIBRUL TERMIC

Sistem termodinamic: Se numete sistem termodinamic orice corp macroscopic sau un

ansamblu de corpuri macroscopic bine delimitate; corpurile exterioare, care nu facparte din sistemul termodinamic considerat, formeaz mediul exterior.

Clasificarea sistemelor termodinamice:

- sistem termodinamic izolat: sistemul care nu interacioneaz cu mediul exterior;- sistem termodinamic neizolat: sistemul care interacioneaz cu mediul exterior.

Interaciunea sistemului termodinamic cu mediul exterior se poate realize:

- numai prin contact mecanic, schimbnd lucru mechanic cu exteriorul; pereii ce delimiteaz sistemul sunt adiabatici, iar unii dintre acetia sunt mobili;

- numai prin contact termic, sistemul schimbnd cldur cu mediul exterior:pereii ce delimiteaz sistemul sunt fici i diatermici;- prin contact mecanic i termic, sistemul schimbnd lucru mecanic i cldur cuexteriorul; pereii ce delimiteaz sistemul sunt diatermici i unii dintre ei mobili;-prin schimb de substan.

Parametrii de stare reprezint mrimile fizice care descriu starea sistemuluitermodinamic; parametrii de stare pot fi: intensive (de exemplu, temperature,

presiunea, densitatea) sau extensivi (cum ar fi volumul, masa, energia intern,cantitatea de substan).

Modelul gazului idealeste definit astfel:

- este format dintr-un numr foarte mare de particule identice (molecule sau atomi); -particulele sunt considerate puncte materiale;

-particulele se afl n micare permanent i total dezacordat; micarea fiecreiparticule se efectueaz conform legilor mecanicii clasice;-particulele nu interacioneaz ntre ele;-ciocnirile dintre particule i pereii vasului sunt perfect clasice.

Echilibru termodinamic: Se numete stare de echilibru termodinamic acea stare a unuisistem termodinamic n care parametrii au valori care nu variaz n timp i nici nspaiu.

Reprezentarea grafic a unei stri se gsete n figura:


5/33


5

Echilibru termic:Starea pe care o au dou sau mai multe sisteme care, puse n contacttermic, nu schimb cldur ntre ele.

Tranzitivitatea echilibrului termic: Dac sistemele termodinamice A i B sunt nechilibru termic, iar B este n echilibru termic cuun alt sistem termodinamic C, atuncisistemele termodinamice A i C sunt n echilibru termic;

Temperaturaeste mrimea fizic ce caracterizeaz starea de echilibru termodinamic aunui sistem;

Principiul zero al termodinamicii : Exist o funcie de stare (nu unic) numittemperatur empiric care descrie starea echilibrului termic. Egalitatea temperaturilorn toate punctele este condiia echilibrului termic a dou sau mai multor sisteme sau adou sau mai multe pri ale sceluiai sistem.

Temperatura se determin experimental cu ajutorul termometrului.

Termometrul are dou pri: corpul termometric i mrimea termometric.

Cele mai cunoscute termometre sunt:o termometrul clasic cu coloan de lichid

o termometrul metalic


6/33


6

o termometrul cu termocuplu

o termometrul realizat cu dispozitive electronice

Scri de temperatur

o nscaraCelsius, temperatura empiric se noteaz cu t sau ;- unitatea de msur este = C;- gradul Celsius este a suta parte din intervalul de temperatur cuprins ntretemperatura de topire a gheii i temperatura de fierbere a apei la presiuneatmosferic normal.

o nscara Kelvinsauscara absolut, temperatura aboslut se noteaz cu T;- punctul zero al acestei scri este limita inferioar a temperaturii ce poate fiatins, ea fiind -273,15 C; temperatura absolut egal cu zero corespundestrii n care ar nceta agitaia termic a moleculelor;

- n aceast scar nu exist temperaturi negative;- unitatea de msur este =K; kelvinul reprezint 1/273,16 din temperaturastrii triple a apei.

Temperatura este un parametru de stare intensiv ce caracterizeaz starea denclzire a copurilor; ntr-un sistem izolat, format din mai multe subsisteme aflaten stare de echilibru termic, temperatura are ceeai valoare pentru toatesubsistemele. Aducnd n contact dou corpuri cu stri termodinamice diferite,temperatura corpului care cedeaz cldur este mai mare dect temperatura celuicare primete. Legtura dintre temperatura exprimat n scara Celsius i ceaexprimat n scara Kelvin este T(K)=273,15 + t(C) sau T (K)=T0+t(C).


7/33


7

PROCESELE SIMPLE ALE GAZULUI IDEAL I LEGILE ACESTORA

Transformarea de stare sau procesul termodinamic

o

Definiie: Se numete transformare de stare trecerea unui sistem termodinamicdintr-o stare de echilibru termodinamic n alt stare de echilibru termodinamic;o Clasificarea proceselordup natura strilor intermediare:

- procesul n strile intermediare sunt stri de echilibru se numete procescvasistatic; procesele cvasistatice pot fi reprezentate grafic;

- procesul n care strile intermediare sunt stri de neechilibru se numeteproces necvasistatic; procesele necvasistatice nu pot fi reprezentate grafic;

o Clasificare proceselor dup strile intermediare la transformarea invers:

-procese reversible:procesele n care transformarea invers se realizeaz prinaceleasi stri de echilibru intermediare ca i la transformarea direct, iar nmediul exterior n-au avut loc modificri;- procese ireversibile: procesele n care transformarea invers are loc prinaceleai stri intermediare ca la transformarea direct numai dac n mediulexterior au loc modificri.

o Legile transformrilor simple pot fi deduse pe cale experimental sau pe caleteoretic, pornind de la ecuaia de stare a gazului ideal;

Procesul izoterm

o Definiie: Se numete transformare (proces) izoterm orice transformare de

stare a unui sistem termodinamic nchis (=const.) n care temperaturarmne constant.

o Legea procesului izoterm se numete i legea lui Boyle-Mariotte

- Enunul legii: Presiunea unei cantiti constante de gaz ideal, meninut latemperatur constant, variaz invers proporional cu volumul ocupat de gaz.- Formularea matematic a legii transformrii izoterme este pV=const.;

p1V1=p2V2;

Procesul izobar

o

Definiie: Se numete transformare (proces) izobar orice transformare destare a unui sistem termodinamic nchis (=const.) n care presiunearmne constant.

o Legeaprocesului izobar se numete i legea lui Gay-Lussac

o Legea procesului izobar se prezint sub trei forme:

Prima form:- enunul legii:variaia relativ a volumului unei cantiti constante de gaz ideal,meninut la presiune constant, este direct proporional cu temperatura empiric;

-formularea matematic a legii:

0

0

V

VV = t unde:


8/33


8

Vvolumul gazului la temperatura t;V0volumul gazului la temperatura t0=0 C; coeficientul de dilatare izobar; el are aceeai valoare pentru toate gazele,=(1/273,15) grad -1.

A doua form:- enunul legii: volumul unei cantiti constante de gaz ideal, meninut la presiuneconstant, crete liniar cu temperatura empiric a gazului;- formularea matematic a legii: V(t)=V0(1+t), cu aceleai semnificaii alesimbolurilor ca n cazul anterior.

A treia form:- enunul legii: volumul unei cantiti constante de gaz ideal, meninut la presiuneconstant, variaz direct proporional cu temperatura absolut a gazului;

-formularea matematic a legii: = const.

Procesul izocor

o Definiie: Se numete transformare (proces) izocor orice transformare destare a unui sistem termodinamic nchis (=const.) n care volumul rmneconstant.

o Legea procesului izocorse numete i legea lui Charles;o Legea procesului izocor se prezint sub trei forme:

Prima form:- Enunul legii: Variaia relativ a presiunii unei cantiti constante

de gaz ideal, meninut la volum constant, este direct proporionalcu temperatura empiric.

- Formularea matematica legii:0

0

p

pp = t , unde:

ppresiunea gazului la temperatura t;

p0-presiunea gazului la temperatura t0=0 C; - coeficientul termic al presiunii, el avnd aceeai valoare pentru

toate gazele, =(1/273,15) grad -1, egal cu coeficientul dedilatare izobar.

Adoua form:- Enunul legii: Presiunea unei cantiti constante de gaz ideal,meninut la volum constant, crete liniar cu temperatura empiric agazului.

- Formularea matematic a legii: p(t)=p0(1+t), cu aceleaisemnificaii ale simbolurilor ca n cazul anterior;

A treia form:- Enunul legii: Presiunea unei cantiti constante de gaz ideal,meninut la volum constant, variaz direct proporional cutemperatura absolut a gazului.


9/33


9

-Formularea matematic a legii: = const.;

Transformarea general

o Definiie:Se numete transformare (proces) general orice transformare

de stare a unui sistem termodinamic nchis (=const.) n care semodific toi parametrii de stare ai gazului (p, V, T).

legea transformrii generale ;T

Vp =const.

Reprezentri grafice ale transformrilor simple ale gazului ideal n sisteme avndparametrii de stare ai gazului ideal (p, V, T) drept coordonate

Legea procesului izoterm, pentru o cantitate constant de gaz ideal, poate fireprezentat astfel:

legea procesului izobar, pentru o cantitate constant de gaz ideal, poate fireprezentat astfel:

legea procesului izocor, pentru o cantitate constant de gaz ideal, poate fireprezentat astfel:


10/33


10

Relaiile de definiie ale capacitii calorice, cldurii specifice i cldurii molare

capacitatea caloric:

- definiie:capacitatea caloric a unui corp este mrime fizic egal cu raportul

dintre cldura schimbat de corp cu mediul i variaia temperaturii acestuia;capacitatea caloric a unui corp este numeric egal cu cldura necesar unuicorp pentru a-i modifica temperatura cu 1 K;

- formula de definiie: C= ;

- unitatea de msur este =J/K ;- capacitatea caloric este o proprietate termic a corpului;

cldura specific:

- definiie: cldura specific este mrimea fizic numeric egal cu cldura

necesar unitii de mas dintr-o substan pentru a-i modifica temperatura cu 1K ;

- formula de definiie: c= ;

- unitatea de msur este =J/kgK;- cldura specific este o caracteristic termic a substanei;

cldura molar:

- definiie: cldura molar este numeric egal cu cldura necesar unui mol de

substan pentru a-i modifica temperatura cu 1 K;-formula de definiie: C=J/molK;

- cldura molar este o caracteristic termic a substanei;

Cp=Cv+R sau cp=cv+

Primul principiu al termodinamicii

enun:

- n orice transformare, variaia energiei interne a unui sistem t ermodinamicdepinde numai de strile iniial i final ale sistemului, fiind independent destrile intermediare prin care evolueaz acesta;


11/33


11

convenia de semn pentru cldura schimbat de sistem cu mediu exterior:- cldura primit de sistem este pozitiv;- cldura cedat de sistem este negativ;

convenia de semn pentru lucrul mecanic schimbat de sistem cu mediul exterior: - lucrul mecanic efectuat de forele exterioare ce acioneaz asupra sistemuluieste negativ;

- lucrul mecanic efectuat de forele interioare ce acioneaz asupra mediuluiexterior este pozitiv;

consecine ale primului principiu al termodinamicii:- dac sistemul este izolat (nu face nici schimb de cldur i nici de lucrumecanic cu mediul exterior), nseamn c Q = 0 i L= 0, rezultnd astfel cU = 0, adic energia intern rmne constant, U = const.;

- cnd sistemul efectueaz un proces ciclic, rezult din Ui=Uf c U = 0, deciQ = L;

- n cazul n care lucrul mecanic schimbat de sistem cu mediul exterior este nul,variaia energiei interne va fi egal cu cldura schimbat de sistem cu mediulexterior, U = Q;

- dac nu se face schimb de cldur, atunci variaia energiei interne va fi egalcu lucrul mecanic schimbat de sistem cu mediul exterior, U = -L;

- este imposibil construirea unui motor care s funcioneze ciclic ( U = 0) frconsum de energie din exterior (perpetuum mobile de spea I).

Aplicaii ale primului principiu al termodinamicii la transformrile simple ale gazuluiideal i la transformarea adiabatic

n transformarea izoterm:

- T=const.

U=0

L=Q=

- deci cldura primit (cedat) de sistemul termodinamic este egal cu lucrulmecanic cedat (primit) de ctre acesta;

n transformarea izocor:

V=const.

V=0L=0

Q=U= T


12/33


12

- deci cldura primit (cedat) de sistemul termodinamic este egal cu creterea(scderea) energiei interne a acestuia;

n transformarea izobar:

- p=const.L=pV=

Q= T

U= T

- cldura primit (cedat) de sistemul termodinamic este egal cu suma dintrecreterea (scderea) energiei interne a sistemului i lucrul mecanic cedat (primit)de ctre acesta;

transformarea adiabatic

o definiie: ntr-o transformare adiabatic sistemul nu schimb cldur cumediul nconjurtor exterior, deci Q=0;

o din primul principiu al termodinamicii rezult L=-U=- , deci

creterea (scderea) energiei interne a sistemului termodinamic este egalcu lucrul mecanic primit (cedat) de ctre acesta;

o legeatransformrii adiabatice are trei forme:- prima form este = const., unde cu s-a notat o mrime fizic

adimensional numit exponent adiabatic, definit prin relaia ;

- a doua form T =const.;- a treia form T = const.

legea transformrii adiabatice, reprezentat grafic :

Al doilea principiu al termodinamicii

arat sensul de evoluie al diferitelor procese, se exprim matemat ic printr-oinegalitate; acest principiu nu este o lege de conservare;


13/33


13

formularea Carnot: randamentul ciclic Carnot reversibil nu depinde de substanade lucru, ci doar de temperaturile extreme ntre care are loc procesul; randamentuloricrui ciclu nu poate depi randamentul ciclului Carnot reversibil carefuncioneaz ntre aceleai temperaturi extreme;

formularea Thomson: ntr-o transformare ciclic monoterm reversibil, unsistem termodinamic nu poate efectua lucru mecanic asupra mediului

nconjurtor; matematic, nseamn c Q=0 i L=0; dac transformarea ciclicmonoterm este ireversibil, atunci mediul nconjurtor trebuie s efectueze lucrumecanic asupra sistemului termodiamic, deci Q < 0 i L < 0.

MAINI TERMICE Maina termic trensform energia termic n energie mecanic sau invers.

Mainile termice pot fi:o motoare termice

o pompe de clduro maini frigorifice

Motorul termic transform energia termic n energie mecanic .

Cele mai cunoscute motoare termice sunt: motorul Otto i motorul Diesel.

Mrimea cea mai importanta n studiul motoarelor este randamentul mecanic carearat ct de eficient este o main.

Randamentul motor termic

motorul termic este un dispozitiv care transform cldura n lucru mecanic;

definiie: randamentul unui motor termic este egal cu raportul dintre lucrul

mecanic util i cldura primit;

formula de definiie: = ;


14/33


14

randamentul este o mrime fizic adimensional, =1;

randamentul unui motor termic este subunitar, < 1;

alt formul pentru randament: =1 ;

Determinarea randamentului unor motoare termice ce funcioneaz dup cicluri simple randamentul ciclului Carnot:

- ciclul Carnot este o transformare teoretic, ideal, care nu poate fi realizat nnici un motor real; fluidul de lucru este un gaz ideal;

- ciclul Carnot este alctuit din urmtoarele procese: 12 destindere izoterm,23 destindere adiabatic, 41 comprimare adiabatic ;

= 1-1

2

T

T

randamentul motorului Otto:- motorul Otto este un motor cu aprindere prin scnteie i folosete dreptcombustibil benzina;

- este un motor n patru timpi, iar ciclul de funcionare este format din douadiabate (12 i 34) i dou izocore (23 i 41) (fig. 8)- fluidul de lucru primete cldur n procesul 23, cedeaz cldur n

procesul 41 i nu face schimb de cldur n procesele adiabatice 12,respectiv 34;- fluidul de lucru face schimb de lucru mecanic cu mediul exterior n procesele

12 i 34;


15/33


15

- se presupune c amestecul carburant este un gaz ideal; se noteaz cu raportul de compresie =V1/V2 ;

=1-1

1

-pierderile de energie ale acestui motor sun redate n schema:

randamentul motorului Diesel:

- motorul Diesel este un motor cu aprindere prin compresie ce folosete dreptcombustibil motorina;

- este un motor n patru timpi, iar ciclul de funcionare este format din douadiabate (12 i 34) o izobar (23) i o izocor (41) (fig.9);- fluidul de lucru primete n procesul 23, cedeaz cldur n procesul 41i nu face schimb de cldur n procesele adiabatice 12, respectiv 34; - fluidul de lucru face schimb de lucru mecanic cu mediul exterior n procesele12, 23 i 34;- se presupune c substana de lucru este un gaz ideal;- se noteaz cu raportul de compresie =V1/V2 i cu raportul volumelor n

destindere izobar 23


16/33


16

=1- 11

1

;

Pompele de cldur

Maina termicce transform energia mecanic n energie termic, nclzind o incint peste temperatura mediului exterior se numete pomp de cldur.Eficiena pompei de cldur esteo mrime supraunitar i are expresia matematic:

L

Q1

Q1- cldura primit de la sursa caldQ2- cldura cedat sursei reciL - lucrul mecanic furnizat

12 QQL

Maini frigorifice


17/33


17

Maina termic care transform energia mecanic n energie termic, rcind o incint sub temperatura mediului exterior se numete main frigorific.Eficiena mainii frigorifice are expresia matematic:

L

Q2

Q1- cldura primit de la sursa caldQ2- cldura cedat sursei reciL - lucrul mecanic furnizat

12 QQL

SCHIMBRI DE STREDE AGREGARE

Tranziia unui corp dintr-o stare de agregare n alta se numete schimbare de stare sauschimbare de stare fizicsau transformare de faz.

Faza unei substane este starea de agregare n care se gsete substana. Cantitatea de cldur ce revine unitii de mas a unei substane pentru a trece dintr-ostare de agregare n alt stare de agregare se numete cldur latent specific.

=m

Q; =

m

Q=Kg

J

1

1

Transformrile de faz sunt:o topirea i solidificareao vaporizarea i condensareao sublimarea i desublimarea


18/33


18

Izotermele lui Andrews. Starea critic. Lichefierea gazelorStudiul gazelor s-a fcut pe baza modelului gaz-ideal.La studiul experimental al gazelor aparfenomene care nu pot fi descries de ecuaia de stare a gazului ideal. Thomas Andews a obinut experimental izotermele pentru dioxidul de carbon,corespunztoare ctorva temperature.

Comprimnd izoterm gazul din starea A pn n starea B gazul se comport ca un gaz ideal.De la valoarea p0a presiunii, care rmne constant pe poriunea BC, n corpul de pomp seobserv apariia unor picturi de lichid, iar n starea C gazul a fost transformat n totalitate nlichid. Poriunea CD reprezint comprimarea lichidului. Aceste fapte indic condensarealichidului. Pe poriunea BC n corpul de pomp se gsete un amestec de lichid cu vaporinumii vapori saturani ai lichidului. Presiunea p0se numete presiunea vaporilor saturani latemperatur dat.Este posibil ca la aceeai temperatur i presiune s existe dou stri deagregare ale aceleiai substane. Conform izotermelor lui Andrews transformarea de faz se

poate face la diferite temperaturi i presiuni. Intervalul de valori pentru volum poate fi redusla un punct numit punct critic. Punctul critic este caracterizat de presiunea critic,temperatura critic i volum critic. Pentru temperaturi mai mari dect temperatura critic nu

mai putem avea lichefierea gazului


19/33


19

Topirea i solidificarea Tranziia unui solid cristalin n stare lichid se numete topire. Topirea se face la o temperatur determinat pentru fiecare substan, numit

temperatur de topire,dac presiunea ramne constant, i necesit o cantitate decldur numit cldur latent de topire.

T =m

Q

Excepie de la aceast regul o fac corpurile amorfe care nu au o temperaturconstant n timpul acestui proces.

n timpul topirii (respectiva solidificrii) volumul substanei se modifica astfel:majoritatea substanelor i mresc volumul la topire i i-l micsoreaz la solidificare;excepii:apa,fonta ibismutul se comport invers.

Solidificarea este procesul invers topirii i se faceprin cedarea unei cantiti de

cldur mediului exterior. Temperatura de solidificare este aceeai cu temperatura detopire dac ne referim la o anumit substan.

Vaporizarea i condensarea Vaporizarea este procesul de trecere a unei substanei din starea lichid n starea

gazoas.Procesul necesit absobie de cldur numit cldur latent de vaporizare.

v =m

Q

Vaporizarea poate s fie: - n volum limitat- vaporizarea n vid i n atmosfera

gazoas-In volum nelimitat - evaporarea i fierberea

Vaporizarea n vid se face instantaneu i presiunea crete (nlimea coloanei demercur scade) pn cnd apar vaporii saturani.

o Vaporizarea n atmosfer gazoasDac vaporizarea unui lichid se face ntr-un vas nchis n care segsete un gaz seconstat c aceasta se face mai lent dect n vid i presiunea vaporilor saturani areaceeai valoare ca i atunci cnd vaporizarea s-a fcut n vid. Presiunea total aamestecului este egal cu suma presiunilor pariale ale gazului i vaporilor.

Evaporarea

Vaporizarea unui lichid prin suprafaa sa liber, ntr-o atmosfer nelimitat senumete evaporare. Procesul de evaporare are loc nentrerupt, presiunea vaporilor
http://ro.wikipedia.org/wiki/Ap%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Font%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Bismuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/Bismuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/Font%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Ap%C4%83


20/33


20

tinznd spre presiunea de saturaie, pe care de fapt nu o atinge, moleculele lichiduluimigrnd nentrerupt spre straturile superioare ale atmosferei.

Viteza de evaporare este dat de expresia:

0p

ppSCv m

unde S este suprafaa liber a lichidului, pm este presiunea vaporilor saturani, iar peste presiunea vaporilor existeni n atmosfer, p0este presiunea atmosferei dedeasupra lichidului, iar C o constant ce depinde de temperatur.

Fierberea reprezint procesul de vaporizare n tot volumul lichidului. n acest procesun rol deosebil l joac bulele de gaz care se formeaz pe impuritile solide aflate nlichid, saupe pereii vasului care conine lichidul.

Condiia care trebuie ndeplinit pentru ce fierberea s aib loc este ca presiuneavaporilor saturani ai lichidului s devin cel puin egal cu presiunea exercitat dinexterior asupra lichidului : pm pext.

Fierberea are loc dup urmtoarele legi:

Temperatura la care fierbe un lichid, numit temperatur defierbere, se menineconstant n timpul procesului i depinde depresiunea exterioar.

Temperatura de fierbere depinde de natura lichidului. De ex. la p0=736 torr, t fierbereare valorile : Al18000C, Cu23000C, apa1000C. Trebuie specificat c pentrua avea loc fierberea lichidelor este indispensabil prezena bulelor de gaz, care o mijlocesc.

Condensarea este procesul invers vaporizrii.Sublimarea i desublimarea

Trecerea substanei solide direct n vapori se numete sublimare, iar procesul invers,desublimare. De exemplu, naftalina, camforul, iodul, sulful, bromul, la temperaturi ipresiuni obinuite se vaporizeaz fra se topi. n principiu, orice substan poatesublima, doar c launele presiunea de vapori este mic.

Dac vaporii provenii din procesul de sublimare sunt n echilibru dinamic cu soliduldin care au provenit, ei se numesc vapori saturani.

Fenomenul de sublimare are loc numai dac lipsete faza lichid Dinpunct de vederemolecular, energia primit sub form decldur servete la distrugerea reeleicristaline a solidului.


21/33


21

Starea tripl a substanei

Exista un singur punct care reprezinta starea unica n care se afla, n echilibru, toate

cele trei faze ale unei substante, solida, lichida si gazoasa, acest punct reprezintastarea tripla a substantei respective.

CALORIMETRIA

Calorimetria se ocup cu determinarea cldurilor specifice i msurarea cantitilor decldur.

La baza calorimetriei stau urmtoarele principii:o Principiul echilibrului termic

Dou corpuri care au temperaturi diferite, dac sunt puse n contact, ntre ele are loc untransfer de cldur de la corpul mai cald spre cel mai rece pn la stabilirea echilibrului

termic(pn la aceeai temperatur).o Principiul schimbului de cldur

Cantitatea de cldur cedat de corpul mai cald este egal cu cantitatea de cldur primit decorpul mai rece, dac ele nu schimb cldur cu mediul nconjurtor.

cp QQ ecuaia calorimetric

o Principiul transformrilor inverseCantitatea de cldur pe care o cedeaz un corp la trecerea din starea A n starea B este egalcu aceea pe care o primete cnd revine din starea B n starea A.

Msurtorilecalorimetrice se pot face prin :o medoda amestecurilor


22/33


22

o metoda bazat pe schimbarea strii de agregare,etc. Aparatul utilizat se numete calorimetru. Calorimetrul este format dintr-un vas metalic sau de sticl aezat ntr-un alt vas astfel

nct s nu se produc schimb de cldur.Ca accesorii ntlnim: termometrul,agitatorul i capacul.

Plecnd de la ecuaia calorimetric putem determina cldura specific a unui corp cu ajutorulrelaiei:

TTm

TTcmcmc

2

12211

c - cldura specifica a corpului;m1- masa calorimetrului ;

c1 - cldura specific a calorimetrului;m2- masa agentului termic(ap);m - masa corpului de studiu ;

T1- temperatura apei i calorimetrului;T2- temperatura corpului ;

T - temperatura de echilibru.


23/33


23

TEST 1

Elemente de structura substanei i noiuni termodinamice de baz

I.Stabilii, pentru fiecare variant, dac este adevrat sau nu!

1.Este mrime fizic adimensional:Numrul lui AvogadroMasa atomic relativMolul

Masa molar

2.Nu este sistem termodinamic inchis :

Un pahar cu ap.Frunza unui copac

Mercurul dintr-un termometru

O insect

II.Alegei varianta corect!

1.Molul este unitate de msur pentru:

a. Masa sistemului

b. Cantitatea de substanc. Numrul de moleculed. Temperatur

2.Un corp este nclzit de la t1= - 50C pn la T2= 278,15K. Cu ct a crescut temperatura?

a. 273,15 Kb. 00C

c. 100C

d. 130C

3. Unitatea de msur pentru constanta universal a gazelor ideale este:

a. j/kmol

b. j /k

c. j /kmol

d. kmol /j

III.S se rezolve:

O cantitate m= 0,2 Kg de hidrogen molecular ( =2 Kg/Kmol) se afl ntr-un vas de volum

V= 8,31 m3, la temperatura t= 270C. Cunoscnd constanta R=8310J/kmol s se

determine :

a.Temperatura absolut a gazului.b.Cantitatea de substan.c.Presiunea gazului.


24/33


24

Test 2

1 p. of.

1p1) Completai:

Motorul cu aprindere prin scnteie folosete drept combustibil ............................... acrui ardere are loc n ...................................... . Ciclul de funcionare decurge n.................................. timpi.

1p2) Expresia matematic a randamentului motorului termic este:a) =Lu/Lc

b) =L/Q1c) =Q1/L

1p3) nscriei n spaiile libere ale coloanei din stnga (1, 2, 3) a mrimilor fizice, literelecorespunztoare (A, B, C, D) din coloana din dreapta a unitilor de msur corespunztoare.

Mrimi fizice Uniti de msur

1 ____ caldura A J/kg

2 ____ lucrul mecanic B J

3 ____ puterea caloric C J/K

D J/kgK

1p 4) Care dintre urmtoarele afirmaii sunt corecte?

a) randamentul motorului termic este mrime subunitar;b) randamentul motorului termic este mrime supraunitar;c) randamentul este mrime adimensional;d) randamentul motorului termic depinde de caldura primit de motor.

1p 5) Care dintre urmtoarele relaii matematice ntre mrimi fizice sunt corecte?


25/33


25

a) q=m/Qb) =1- Q2/Q1c) L=/Q1d) Q=mq

1p6) Lucrul mecanic efectuat de un motor termic de randament 45%, dac el consum 2 kg

de benzin cu puterea caloric q=46 MJ/kg, este:

a) 204,4 MJb) 41,4 MJc) 10,35 MJd) 41,4 10

6J

1p7) Care este cldura primit de un motor cu randamentul =45% dac fora de traciunedezvoltat de motor este F=1250 N pe distana d=620 m ?

2p 8) Un motor care funcioneaz cu motorin (q=50 MJ/kg) are randamentul 40%. S secalculeze cantitatea de motorin consumat n timp de o or dac puterea motorului este de70 kW.


26/33


26

TEST 31.Dac temperatura unui gaz ideal scade cu 36% din valoarea iniial, viteza termic amoleculelor scade cu 20%.

2.La echilibru termic, moleculele unui amestec format din dou mase egale de acelai gaz,

caracterizate iniial prin vitezele termice v1, respectiv v2, vor avea v= 221

vv

.

3.Mase egale din dou gaze cu raportul maselor molare 1/2=k, au raportul numrului demolecule N1/N2=k.

4.Presiunea unui gaz ideal reprezint 2/3 din energia intern a moleculelor din gaz.

5.Energia cinetic medie a unei molecule biatomice dintr-un gaz ideal aflat la temperatura Teste (5/2)kT.

6.Mase egale din gaze diferite au la aceeai temperatur energii interne egale.

7.Se amestec mase egale din dou gaze cu masele molare 1, respectiv 2. Masa molar

medie a amestecului este =21

212

.

8.Dac la aceeai presiune moleculele unui gaz ideal au o vitez termic cu 20% mai maredect cea a moleculelor unui alt gaz, atunci celde-al doilea gaz are o densitate cu 44% maimare dect primul.

9.Moleculele a dou gaze, pentru care raportul temperaturilor este egal cu raportul maselormolare, au viteze termice egale.

10.Un gaz ideal se afl ntr-un recipient cubic nchis. ntre concentraia moleculelor, n, idistana medie d dintre acestea exist relaia nd3=1.


27/33


27

TEST 4

LEGILE GAZELOR

1.La aceeai presiune i temperatur, un gaz ideal cu masa molar mai mare dect a altuia arevolumul mai mic.

2.Dac izotermele alturate sunttrasate pentru mase egale din acelai

gaz, atunci T1p4.

6.Dac procesul (3) este parcurs de un gaz a crui mas variaz, presiunea

gazului crete direct proporional cu masa sistemului.

7.Strile de pe transformrile (3) i (4) care corespund la aceeai

temperatur au densitile 3


28/33


28

TEST 5

I.ALEGEI VARIANTA CORECT!

1.Unitatea de msur pentru presiune n SI este:

a) bar b) torr c) d) atm

2.Legea transformrii izoterme (legea Boyle-M ari otte) este:

a) b) c) d)

3.Legea transformrii izocore (legea Charles) este:

a) constT

p

b) pT=constc) const

p

T

d) VT=const

4.Legtura dintre temperatura pe scaraCelsius i scara Kelvin este:

a) T=t-273,15

b) T=t+270,15 c) t=T+273,15 d) T=t+273,15

5.

Graficul din figur reprezint o transformare

p(Pa)

T(K)

a) izoterm b) izocor c) oarecare d) izobar

6.Transformarea izoterm poate s fie:

a) o nclzire b) o rcire c) o destindere d) o izocor7.Gazul ideal este:

a) un gaz real b) un gaz metan c) poate fi oricegaz

d) este un modelde gaz

8.Legea transformrii izobare este:

a) b) c) = d) =

II. Rezolvai problema!Presiunea gazului din interiorul unui bec stins, aflat la temperature t 1=70C, este p1=8

104N/m2. Becul este aprins i presiunea gazului devine p2=105N/m2. Se cere :

a. Denumii transformarea suferit de gazuldin interiorul becului.b. Temperatura absolut a gazului cnd becul este stins.c. Temperatura absolut a gazului cnd becul este aprins.

Reprezentai grafic transformarea n coordonate (p T).


29/33


29

TEST 6

I.Alege varianta sau variantele corecte dintre urmtoarele afirmaii:

1.ntr-un pahar cu ap, se introduc cteva cristale de sulfat de cupru(piatr vnt).Apancepe s se coloreze n albastru i, nu dup mult timp, toat apa din pahar devine albastrpentru c:

a) piatra vnt este o substan solid;

b) a avut loc fenomenul de difuzie a particulelor celor dou substane;

c) are loc o interaciune gravitaional;

d) cele dou substane interacioneaz termic.

2.Care din urmtoarele procese au loc cu absorbie de cldur?

a) topirea; b) solidificarea; c) vaporizarea; d) condensarea;

3.Unitatea de msur pentru cldura latent este;

a) J/kg; b) kJ/kg; c) MJ/kg; d) J.

4. ntr-o zi clduroas de var, se pune un vas cu ap n calea razelor Soarelui. Apaprimete cldur de la Soare prin:

a) convecie; b) radiaie; c) convecie i conducie; d) conducie.

II.Completai spaiile punctate cu cuvntul potrivit din parantez:

5.Cldura este o mrime fizic........................(scalar/vectorial) care se noteaz cu...................(C/Q).

6.Micarea .......................................(ordonat/dezordonat) i .............................(discontinu/continu) a moleculelor unei substane se numete agitaie termic. 7.Topirea este trecerea unei substane din stare........................( lichid/solid ) n stare............................ ( lichid/solid ).

8.Capacitatea caloric are relaia......................................( ; ) i are ca unitate

de msur ................................( J/K sau J/kgK ). III. Rezolvai problemele:

9.Un corp, cu masa de 15 kg, absoarbe cantitatea de cldur de 18750 J i i mretetemperatura cu 10C. Care este cldura specific a corpului?

10.ntr-un calorimetru se afl ap cu masa m1=2 kg la temperatura t1=40C. n ap, seintroduce ghea la temperatura t2=-20C. Dup un timp oarecare, n calorimetru rmnenumai ap la temperatura t=20C.Calculai masa de ghea introdus. Capacitatea calorica calorimetrului se neglijeaz.(c1=4185J/kgk;c2=2100 J/kgK; g=330KJ/kg)

Punctajele acordate sunt:1 punct din oficiu, la problemele 1-8 cte 0,5 puncte, la problema9 -1 punct, iar la problema 10 - 4 puncte.


30/33


30

TEST 7

I.Alege varianta sau variantele corecte dintre urmtoarele afirmaii:

1.Dou pahare conin ap:primul ap cald, iar al doilea aprece. n fiecare pahar, se

introduce aceeai cantitate de permanganat de potasiu. Apa cald se coloreaz mai repedepentru c:

a) interaciunea termic este mai rapid;

b) s-a micat gravitaia;

c) difuzia este mai rapid cnd temperatura este mai mare;

d) apa cald este dilatat, greutatea acestuia s-a mrit i astfel interaciuneagravitaional a crescut

2.Care din urmtoarele procese au loc cu cedare de cldur?

a) topirea; b) solidificarea; c) vaporizarea; d) condensarea;

3.Unitatea de msur pentru cldur este:

a) J/kg; b) kJ/kg; c) MJ/kg; d) J.

4.Substanele pot fi supuse unor transformri de stare de agregare, cum ar fi;

a) sublimarea; b) interaciunea; c) propagarea; d) vaporizarea.

II.Completai spaiile punctate cu cuvntul potrivit din parantez:

5.Temperatura este o mrime fizic........................(scalar/vectorial) care se noteaz cu...................(T/P).

6.Fenomenul de ptrundere a ...........(moleculelor/substanelor)unui corp printremoleculele/substanele) altui corp fr a se interveni din exterior senumete.................(difuzie/agitaie termic)7.Vaporizarea este trecerea unei substane din stare........................( lichid/gazoas) n stare............................ ( lichid/gazoas).

8.Cldura specificare relaia......................................( ; ) i are ca unitate de

msur ................................( J/K sau J/kgK ).

III. Rezolvai problemele:

9.O bucat de aluminiu cntrete 500 g i cedeaz mediului nconjurtor 3640J.Dacvariaia temperaturii acesteia este 80C, s se calculeze cldura specific a aluminiului.

10.ntr-un vas calorimetric, de capacitate caloric neglijabil se afl m 1=3 kg ap latemperatura


31/33


31

t1=50C. Se introduce n vas o bucat de ghea la temperatura t2=-20C. Dup un timpoarecare, n vasul calorimetric rmne numai ap la temperatura t=30C.Calculai masa deghea introdus n vas.(c1=4185J/kgk;c2=2100 J/kgK; g=330KJ/kg)

Punctajele acordate sunt:1 punct din oficiu, la problemele 1-8 cte 0,5 puncte, la problema9 -1 punct, iar la problema 10 - 4 puncte.


32/33


32

BIBLIOGRAFIE

1. Gabriela Cone, Gheorghe Stonciu, tefan Tudorache, Probleme de fizic -pentru liceu,

ed. Academiei RSR 1986

2. Hncianu Gerlandida, Axiomatica termodinamicii - lucrare pentru acordarea graduluididactic I, 2000-2001

3. Programa colar Pentru clasa a X-a, ciclul inferior al liceului, nr. 4598/ 31.08.2004

4. Rodica Luca, Rodica Perjoiu, Fizic BAC, Ed. Polirom, 2005

5.http://ro.wikipedia.org/wiki/Transformare_termodinamic%25C4%2583

6.http://idd.univ-ovidius.ro/tutorials/cursuri/FIM/ING9/03Transformari.pdf

7.http://forum.softpedia.com/topic/998393-transformari-termodinamice/

8.http://ro.wikipedia.org/wiki/Stare_de_agregare

9.http://www.referat.ro/referate/Topirea_si_solidificare_9be83.html

10.Manual FIZICA clasa a X-a (F1)

11. www.ro.wikipedia.org/wiki/Stare_de_agregare - Stari de agregare

12. http://www.referate-lucrari.com/referat_Apa-sursa-vieti-568.html

13. http://www.didactic.ro/lectii-invatamant-prescolar-45-apa-in-cele-trei-staride-agregare-

p8920-t0- Stari de agregare ale apei

14. www.roenciclopedia.ro/apa-chimia-moleculei-de-apa.htm - Starile de agregare ale apei

15. http://ro.wikipedia.org/wiki/Circuitul_apei_%C3%AEn_natur%C4%83Circuitul apei innatutra

16. http://ro.wikipedia.org/wiki/Evaporare - Evaporare

17. http://www.fizica.ro/textbooks/fizica10/html/1f5.html - Topirea ghetii

18. http://ro.wikipedia.org/wiki/Fierbere - Fierbere

19. http://www.fizica.ro/textbooks/fizica10/html/1f6.html - Laborator

20.http://teclu.chem.uaic.ro/mangalagiu/files/2013/03/sublimarea.pdf

21.http://www.vladimedgroup.eu/275-calorimetre

22.http://www.filadelfia.ro/wp-content/uploads/2011/10/Note
http://teclu.chem.uaic.ro/mangalagiu/files/2013/03/sublimarea.pdfhttp://www.vladimedgroup.eu/275-calorimetrehttp://www.filadelfia.ro/wp-content/uploads/2011/10/Notehttp://www.filadelfia.ro/wp-content/uploads/2011/10/Notehttp://www.filadelfia.ro/wp-content/uploads/2011/10/Notehttp://www.vladimedgroup.eu/275-calorimetrehttp://teclu.chem.uaic.ro/mangalagiu/files/2013/03/sublimarea.pdf


33/33


23. http://www.faculty.ro/fizica-manual-pentru-clasa-a-x-a-editia-1996

1.Fizica-clasa X-a.ffff

Documents

Transcript of 1.Fizica-clasa X-a.ffff