Document

FIZIKA
Letnik 1
2 del
2. NZ, zakon gibanja:
𝐹 = 𝑚𝑎
𝐹 … vsota(rezultanta) vseh zunanjih sil na
opazovan sistem,
m … masa opazovanega sistema,
𝑎 … pospešek težišča opazovanega sistema.
Naloga: Telo z maso 10kg vlečemo s silo 200N.
Izračunaj pospešek telesa.
Naloga: Avto z maso 1,2t med pospeševanjem zavira
sila zračnega upora 400N. Avto iz mirovanja doseže
hitrost 108km/h v času 4s. Izračunaj silo motorja s
katero pospešuje avtomobil.
m1=50kg
Naloga:
Izračunaj pospešek uteži.
ktr=0,4
m2=30kg
DELO SILE (A)
A  F  d  cos 
Enota: newton-meter (Joule)
Kolikšna mora biti komponenta vlečne sile v smeri
poti, da je na poti 10 m opravljeno delo 150 J?
Sile F1 = 100 N , F2 = 2OO N , F3 = 150 N in F4 = 220 N
delujejo na telo v smereh, kot je skicirano na sliki.
Kolikšno je celotno delo vseh sil na poti s = 2 m v
narisani s meri?
KINETIČNA ENERGIJA
def. pojma energija:
skalarna količina, ki je povezana s stanjem enega
ali več teles
povezana z gibanjem telesa
 večja kinetična energija
hitrejše gibanje
 kinetična energija je 0
mirovanje
DEF:
enota:
1 2
Wk  mv
2
1 joule
=1J
1 elektron-volt
Wk  0
= 1 kg m2/s2
= 1 eV
= 1,60·10-19 J
VEDNO!
S kolikšno hitrostjo se mora gibati 10 gramska kroglica,
da ima enako kinetično energijo kot 100 kilogramska
krogla, ki se giblje s hitrostjo 1 m/s? (𝑣 = 100 m/s)
Kolikokrat se poveča kinetična energija telesa, če se
hitrost 5-krat poveča?
Primer: 6 kg zaboj iz mirovanja potegnemo proti
desni vzdolž vodoravne gladke podlage z vodoravno silo 12 N.
a)Kolikšna je hitrost zaboja po prepotovanih treh metrih?
b)Kolikšna bi bila končna hitrost, če bi bila podlaga hrapava
in bi bil koeficient trenja med zabojem in podlago 0,15.
POTENCIALNA ENERGIJA (WP)
W p  mgh
Delo sile teže
A  mgh2  mgh1
A  W p 2  W p1  W p
Delavec dviguje 50-kilogramske vreče cementa na 1,0 m
više ležeči oder. Koliko dela opravi ko premakne 50 vreč?
Izračunajte delo, ki ga morajo opraviti vaški
korenjaki, da pokonci postavijo mlaj. Mlaj
obravnavajte kot palico z maso 200 kg in dolžino
15 m
PROŽNOSTNA ENERGIJA (WPr)
x0 F 0
x
0
Delo sile vzmeti

F
x
x
0
F   kx
1 2
W pr  kx
2
1 2 1 2
A  kx2  kx1
2
2
A  W pr 2  W pr1  W pr
ZAKON O OHRANITVI ENERGIJE
Wk  W p  W pr  0
Ko je vsota zunanjih sil enaka nič.
V izoliranem sistemu lahko energijo prenašamo iz ene oblike v drugo,
skupna energija pa ostane enaka.
Po domače: Energija ne more čarobno nastati ali izginiti.
NEIZOLIRAN SISTEM:
Zunanja sila opravlja delo in
zato prinaša energijo.
Azun  Wk  W p  W pr
Kolikšna je potencialna energija žoge mase 0,4 kg na
višini 20 m. Žogo spustimo brez začetne hitrosti
prosto padati.
Kolikšna je njena potencialna energija in kolikšna
kinetična energija na višini 10 m nad tlemi in tik
preden pade na tla? Zračni upor zanemarimo.
MOČ
A
P
t
Pove nam – kako hitro
telesu dovajamo/odvajamo
energijo
delo, opravljeno v času t
Enota: [W] = [J/s]
Konjska moč = 736 W
A Fd
P 
 Fv
t
t
Delavec dviguje 50-kilogramske vreče cementa na 1,0
m više ležeči oder. S kolikšno povprečno močjo mora
delati, da dvigne 100 vreč v eni uri?
TEMPERATURA
Kakšna je razlika med telesi z različnimi temperaturami?
plin
tekočina
- termično gibanje molekul
trdnina
temperatura - merilo za povprečno velikost
hitrosti gibanja delcev
- oznaka: T
- merska enota: Kelvin (K)
PRVI TERMOMETRI
DOLOČANJE TEMPERATURNE SKALE
KELVINOVA, CELZIJEVA IN FARENHEITOVA SKALA
1°C = 1 K
TC  T  27315
, 
T  10 C  10 K
trojna
točka vode
5°C = 9 F°
9
TF  TC  32
5
absolutna
ničla
1) Izrazi v Kelvinih:
a) 10 °C
b) – 53,15 °C
c) 100 °C
2) Izrazi v °C:
a) 10 K
b) 53,15 K
c) 273,15 K
TEMPERATURNO RAZTEZANJE
TEMPERATURNO RAZTEZANJE
medenina
jeklo
linearno raztezanje
L
T
T  T
L
L  LT
temperaturni koeficient dolžinskega raztezka
L  LT
…velja za vsako linearno dimenzijo
PROSTORNINSKO RAZTEZANJE
V  V T
  3
BIMETALNI TRAK
Železni žebelj najprej potopimo v tekoči dušik, ki ima
temperaturo 77 K, in izmerimo dolžino žeblja 20,00
mm. Žebelj nato potopimo v vrelo vodo. Za koliko se
žebelj podaljša? (dolžinska temperaturna razteznost
železa: 𝛼 = 11,8 ∙ 10−6 𝐾 −1 )
Kolikšna je sprememba prostornine aluminijaste
krogle polmera 10 cm, če jo segrejemo z 0°C na
100°C? Temperaturni koeficient linearnega raztezka za
aluminij je 2,3 ∙ 10−5 K −1 .
SPLOŠNA PLINSKA ENAČBA
1. oblika:
2. oblika:
pV
 konst.
T
pV  nRT
R - plinska konstanta; R = 8314 JK-1kmol-1
n – množina snovi
N
n
NA
N - število molekul
NA - Avogadrova konstanta; NA = 6.022 · 1026 kmol-1
m - masa plina
M - molska masa
n
m
M
Temperatura plina je 27oC. Na katero temperaturo
moramo plin ohladiti, da se mu pri izobari spremembi
volumen zmanjša za 30%?
V sobi z merami 5m x 4m x 2.5m je zrak s temperaturo
20°C in tlakom 1 bar. Kolikšna je masa zraka v sobi?
(Povprečna molekulska masa zraka je 29.)
Naloga 1: Gostota kisika pri temperaturi 0 oC tlaku 1,013105 Pa je
1,43 kg m-3. Izračunaj gostoto kisika pri temperaturi 40 oC in tlaku
9,6104 Pa.
Rešitev:
1 = 1,43 kg m-3
T1 = 0 oC , T1 = 273 K
p1 = 1,013105 Pa
T2 = 40 oC, T2 = 313 K
2 =?
p1
m
p2
m
p1V1 p2V2
1
2


,
T1
T2
T1
T2
T1 p2
2 
1
T2 p1
273 K  9,6 104 Pa
-3


1
,
43
kg
m
313 K 1,013 105 Pa
2 = 1,18 kg m-3
TOPLOTA IN NOTRANJA ENERGIJA
PRENOS ENERGIJE MED DVEMA
TELESOMA ZARADI RAZLIKE V
TEMPERATURI
TERMODINAMIKA
notranja energija telesa
trije zakoni
termodinamike
CELOTNA ENERGIJA SISTEMA, KI JE
POVEZANA Z NJEGOVIMI OSNOVNIMI
GRADNIKI
VKLJUČUJE MED DRUGIM TUDI KINETIČNO
ENERGIJO GIBANJA MOLEKUL
ABSORPCIJA TOPLOTE V TEKOČINAH IN TRDNIH SNOVEH
Q  cmTZ  T1 
specifična toplota snovi
masa snovi
Končna ali zmesna temperatura
Začetna temperatura
cvoda = 4190 J/kg K
cAl = 900 J/kg K
Koliko toplote potrebujemo da 5 litrov vode segrejemo iz
5°C na 22°C. (cp=4200J/kgK)
Nulti zakon termodinamike
- Pri mešanju dveh sistemov z temperaturama T1 in T2,
masama m1 in m2, toplota prehaja iz toplejšega na hladnejši
sistem dokler se temperature ne izenačijo.
- Končno temperaturo imenujemo zmesna temperatura.
Če zanemarimo toplotne izgube:
Toplota ki jo hladni sistem prejme = Toplota, ki jo
topel sistem odda.
𝑚1 𝑐1 𝑇𝑍 − 𝑇1 = 𝑚2 𝑐2 (𝑇2 − 𝑇𝑍 )
Koliko toplote
sem izgubil…
𝑄 = 𝑚𝑐𝑝 Δ𝑇
Koliko
toplote sem
prejela…
𝑄 = 𝑚𝑐𝑝 Δ𝑇
Zmesna temperatura, TZ lahko izračunamo:
𝑚1 𝑐1 𝑇1 + 𝑚2 𝑐2 𝑇2
TZ =
𝑚1 𝑐1 + 𝑚2 𝑐2
V 2,5 kg vode s temperaturo 17°C potopimo svinčeno
kroglico z maso 300g in temperaturo 64°C. Kolikšna je
končna temperatura?
(𝑐𝑝 𝐻2 𝑂 = 4200J/kgK, 𝑐𝑝 𝑃𝑏 = 130J/kgK)
LATENTNA TOPLOTA
Qdov
Qdov
LED
VODA
PARA
Qodv
Qodv
SPREMEMBA AGREGATNEGA STANJA
FAZNI PREHOD
poteka pri konstantni temperaturi
izparevanje
taljenje
Q  qi m
Q  qt m
specifična izparilna toplota
qi ( p  p0 )  2,256 MJ / kg
specifična talilna toplota
qt ( p  p0 )  333 kJ / kg
PRIMER
PRVI ZAKON TERMODINAMIKE
DELO
ki ga opravi sistem
eksperimentalno
ugotovimo:
in TOPLOTA
ki jo sistem izmenja z
okolico
Q A
Wn  Q  A
NOTRANJA
ENERGIJA
1. zakon TD
PRENOS TOPLOTE
PREVAJANJE
SEVANJE
KONVEKCIJA
PREVAJANJE
topel
rezervoar
TH

hladen
rezervoar TC
Q
P
t
toplotni tok
TOPLOTNI TOK PRI PREVAJANJU
topel
rezervoar
TH

hladen
rezervoar TC
Q
P
t
toplotni tok
TH  TC
Q
P   S
t
L
toplotna prevodnost
S površina stene
L debelina stena
W
 Km 
Betonska talna plošča v nezasuti kleti (pritlična etaža)
ima toplotno prevodnost 1,1 w/mK. Površina plošče je
60 m2. Notranja temperatura kleti je 15°C,
temperatura tal (zemlje), na kateri leži plošča, je 8,0°C.
Debelina plošče je 30 cm.
Izračunajte toplotni tok skozi talno ploščo.