Sbírka úloh z fyziky
pro základní a střední školy
tíhové zrychlení ... g = 10 m∙s-2
měrná tepelná kapacita vody ... c = 4 200 J/(kg∙°C)
Faradayova konstanta ... F = 9,65·104 C·mol-1
permitivita vakua ... ε0 = 8,85·10-12C2·N-1·m-2
rychlost světla ve vakuu ... c = 3·108 m·s-1
elementární elektrický náboj ... e = 1,6·10-19 C
Planckova konstanta ... 6,63·10-34 J·s
hmotnost elektronu ... me = 9,1·10-31 kg
Stefanova-Boltzmannova konstanta ... σ = 5,67 ∙ 10-8 W∙m-2∙K-4
měrná tepelná kapacita vody ... c = 4 200 J/(kg∙°C)
Faradayova konstanta ... F = 9,65·104 C·mol-1
permitivita vakua ... ε0 = 8,85·10-12C2·N-1·m-2
rychlost světla ve vakuu ... c = 3·108 m·s-1
elementární elektrický náboj ... e = 1,6·10-19 C
Planckova konstanta ... 6,63·10-34 J·s
hmotnost elektronu ... me = 9,1·10-31 kg
Stefanova-Boltzmannova konstanta ... σ = 5,67 ∙ 10-8 W∙m-2∙K-4
Molekulová fyzika a termika
Molekulová fyzika a termika Voda o objemu 1 litr má hmotnost 1 kg.
a) Jakou hmotnost bude mít led, který vznikne zmrznutím této vody?
b) Jaký objem bude mít led, který vznikne zmrznutím této vody?
c) Led, který vznikne zmrznutím vody, vhodíme do větší nádrže s vodou o teplotě 0 °C. Jaká část objemu ledu (v procentech) bude nad hladinou?
d) Co se stane s ledem (z hlediska změny skupenství) za předpokladu, že i teplota vzduchu nad nádrží s vodou bude 0 °C?
(Led má hustotu 920 kg/m3. Teplota tání ledu je 0 °C.)
Řešení (a):
Podle zákona zachování hmotnosti se při změně skupenství nemění hmotnost tělesa.
Odpověď (a):
Hmotnost ledu bude stejná jako hmotnost vody, tzn. 1 kg.
Řešení (b):
Při řešení této části příkladu využijeme údaje o ledu, které známe ze zadání nebo z předešlé část příkladu:
m = 1 kg, ρ = 920 kg/m3, V = ? m3
Ze vztahu pro výpočet hustoty vyjádříme objem ledu V
Číselně
Odpověď (b):
Objem vody se po zmrznutí zvětší na 1,09 dm3.
Poznámka (b):
Jen u malého počtu látek se objem při tuhnutí zvětšuje podobně jako u vody. U většiny látek naopak dochází při tuhnutí ke zmenšování objemu.
Řešení (c):
Označme ρk hustotu kapaliny (tzn. vody), ρt hustotu pevného tělesa (tzn. ledu), Vt objem celého pevného tělesa a V´ objem ponořené části pevného tělesa:
ρk = 1000 kg/m,3 ρt = 920 kg/m3
Při řešení této části příkladu využijeme vztah vyplývající z Archimédova zákona:
Číselně
Z vypočítané hodnoty V´ vyplývá, že ponořeno bude 92 % objemu tělesa (tzn. ledu).
Odpověď (c):
Nad hladinou bude 8 % objemu ledu.
Poznámka (c):
Při odvození výše uvedeného vztahu z Archimédova zákona vycházíme z rovnosti velikostí sil FG (tíhová síla, která „táhne těleso dolů“) a Fvz (vztlaková síla, která „tlačí těleso nahoru“):
Řešení (d):
Protože teplota ledu, vody a vzduchu bude 0 °C, nastane rovnovážný stav.
Odpověď (d):
Nebude docházet k žádné změně skupenství ledu.
