Топлинни явления

Температура

1. На колко келвина съответства приблизително температура 27 °C?

   • 300 K
   • 273 K
   • 246 K
   • 327 K

   Отговор: 300 K

   T = t + 273 = 27 + 273 = 300 K.

2. Какво показва температурата на тялото?

   • Обема му
   • Масата му
   • Броя на частиците му
   • Колко интензивно се движат частиците му

   Отговор: Колко интензивно се движат частиците му

   Температурата е мярка за средната кинетична енергия на хаотичното движение на частиците.

3. С какъв уред се измерва температурата?

   • Барометър
   • Динамометър
   • Термометър
   • Манометър

   Отговор: Термометър

   Термометърът показва температурата, когато влезе в топлинно равновесие с тялото.

4. Кое явление е доказателство за топлинното движение на частиците?

   • Отражението на светлината
   • Брауновото движение
   • Магнитното привличане
   • Ехото

   Отговор: Брауновото движение

   Малки частици във вода се движат хаотично, защото ги блъскат молекулите на водата.

5. На колко градуса Целзий приблизително съответства 0 K?

   • 0 °C
   • 273 °C
   • −100 °C
   • −273 °C

   Отговор: −273 °C

   T = t + 273, затова 0 K съответства на около −273 °C (точно −273,15 °C).

6. Как се нарича явлението, при което частиците на едно вещество проникват между частиците на друго?

   • Дифузия
   • Кондензация
   • Изпарение
   • Топене

   Отговор: Дифузия

   Дифузията се дължи на хаотичното топлинно движение на частиците.

7. Кога две тела са в топлинно равновесие?

   • Когато имат еднаква маса
   • Когато имат еднакъв обем
   • Когато имат еднаква температура
   • Когато са от едно вещество

   Отговор: Когато имат еднаква температура

   Тогава между тях няма топлообмен.

8. Защо дифузията протича по-бързо в топла вода, отколкото в студена?

   • Частиците стават по-тежки
   • Водата става по-плътна
   • Частиците се движат по-бързо
   • Частиците са по-малко

   Отговор: Частиците се движат по-бързо

   При по-висока температура топлинното движение е по-интензивно и частиците се смесват по-бързо.

9. Кой учен въвежда абсолютната температурна скала?

   • Галилео Галилей
   • Андерс Целзий
   • Даниел Фаренхайт
   • Уилям Томсън (лорд Келвин)

   Отговор: Уилям Томсън (лорд Келвин)

   Скалата на Келвин започва от абсолютната нула и носи името на лорд Келвин.

10. Какво е вътрешната енергия на тялото?

    • кинетичната енергия на тялото като цяло
    • потенциалната енергия на тялото спрямо Земята
    • енергията, която тялото получава само от Слънцето
    • сумата от енергията на хаотичното движение на частиците и от енергията на взаимодействието им

    Отговор: Сумата от кинетичната енергия на хаотичното движение на частиците и потенциалната енергия на взаимодействието им

    Тя не зависи от скоростта и височината на тялото като цяло.

11. Какво става с вътрешната енергия на лед, докато се топи при 0 °C?

    • Увеличава се
    • Не се изменя
    • Намалява
    • Става нула

    Отговор: Увеличава се

    Ледът получава топлина, която увеличава потенциалната енергия на частиците, без температурата да се променя.

12. Може ли температура, измерена в келвини, да бъде отрицателна?

    • Да, при много силен студ
    • Не, най-ниската възможна е 0 K
    • Да, под −273 °C
    • Само в Космоса

    Отговор: Не, най-ниската възможна е 0 K

    0 K е абсолютната нула, най-ниската възможна температура.

13. Температурата на водата се повишава от 20 °C до 80 °C. С колко келвина се е изменила?

    • С 60 K
    • С 333 K
    • С 353 K
    • С 273 K

    Отговор: С 60 K

    Изменение с 1 °C е равно на изменение с 1 K, затова ΔT = 80 − 20 = 60 K.

14. Кое има по-голяма вътрешна енергия: 1 kg или 2 kg вода, и двете при 50 °C?

    • 1 kg вода
    • Зависи от формата на съда
    • Еднаква е
    • 2 kg вода

    Отговор: 2 kg вода

    При еднаква температура вътрешната енергия е пропорционална на броя на частиците, т.е. на масата.

15. Тяло А е с температура 10 °C, а тяло Б е с 283 K. Какво ще стане, ако ги допрем?

    • Няма топлообмен, температурите са равни
    • Топлина ще премине от Б към А
    • Топлина ще премине от А към Б
    • Двете тела ще се нагреят

    Отговор: Няма топлообмен, температурите са равни

    283 K = 283 − 273 = 10 °C, затова телата са в топлинно равновесие.

Топлообмен

1. Коя е единицата за специфичен топлинен капацитет?

   • J/kg
   • J/(kg·K)
   • W
   • J·K

   Отговор: J/(kg·K)

   Специфичният топлинен капацитет показва колко топлина е нужна, за да се затопли 1 kg вещество с 1 K.

2. Как се нарича преминаването от твърдо в течно състояние?

   • Изпарение
   • Кондензация
   • Топене
   • Втвърдяване

   Отговор: Топене

   При топене тялото получава топлина и преминава в течност.

3. Как се нарича преминаването от течно в твърдо състояние?

   • Топене
   • Втвърдяване
   • Кипене
   • Кондензация

   Отговор: Втвърдяване

   При втвърдяване (замръзване) течността става твърдо тяло и отделя топлина.

4. Колко топлина е нужна, за да се затоплят 2 kg вода с 10 °C? (c = 4200 J/(kg·K))

   • 8400 J
   • 42 000 J
   • 84 000 J
   • 840 000 J

   Отговор: 84 000 J

   Q = c · m · Δt = 4200 · 2 · 10 = 84 000 J.

5. Защо в отоплителните радиатори се използва вода?

   • Има голям специфичен топлинен капацитет
   • Кипи при ниска температура
   • Не провежда топлина
   • Има малка плътност

   Отговор: Има голям специфичен топлинен капацитет

   Водата поема и отдава много топлина при малка промяна на температурата.

6. При каква температура кипи водата при нормално атмосферно налягане?

   • 0 °C
   • 50 °C
   • 80 °C
   • 100 °C

   Отговор: 100 °C

   При нормално налягане водата кипи при 100 °C.

7. Как се нарича преминаването на течност в пара от повърхността ѝ при всяка температура?

   • Кондензация
   • Топене
   • Втвърдяване
   • Изпарение

   Отговор: Изпарение

   Кипенето е изпарение в целия обем при определена температура.

8. По какви начини се пренася топлината?

   • Топлопроводност, конвекция и излъчване
   • Отражение и пречупване
   • Изпарение и топене
   • Само топлопроводност

   Отговор: Топлопроводност, конвекция и излъчване

   Това са трите вида топлопредаване.

9. Как се изменя температурата на кипяща вода, ако продължаваме да я нагряваме?

   • Остава постоянна
   • Нараства равномерно
   • Намалява
   • Нараства до 200 °C

   Отговор: Остава постоянна

   Докато кипи, водата поглъща топлина за изпарение и температурата ѝ не се изменя.

10. Колко топлина е нужна, за да се стопят 0,5 kg лед при 0 °C? (λ = 3,3·10⁵ J/kg)

    • 165 000 J
    • 330 000 J
    • 660 000 J
    • 16 500 J

    Отговор: 165 000 J

    Q = λ · m = 330 000 · 0,5 = 165 000 J.

11. Колко топлина се отделя при кондензация на 0,2 kg водна пара при 100 °C? (L = 2,3·10⁶ J/kg)

    • 230 000 J
    • 460 000 J
    • 4 600 000 J
    • 46 000 J

    Отговор: 460 000 J

    Q = L·m = 2,3·10⁶ · 0,2 = 4,6·10⁵ J.

12. Метален цилиндър с маса 2 kg получава 18 400 J топлина и се затопля с 10 °C. Какъв е специфичният му топлинен капацитет?

    • 9200 J/(kg·K)
    • 460 J/(kg·K)
    • 920 J/(kg·K)
    • 1840 J/(kg·K)

    Отговор: 920 J/(kg·K)

    c = Q : (m·Δt) = 18 400 : (2 · 10) = 920 J/(kg·K).

13. Защо течността се охлажда при изпарение?

    • молекулите ѝ стават по-тежки
    • напускат я най-бързите молекули
    • изпарението изисква светлина
    • получава топлина от парата

    Отговор: Напускат я най-бързите молекули и средната кинетична енергия на останалите намалява

    Затова мокрите дрехи ни охлаждат.

14. Смесват се 2 kg вода при 20 °C и 1 kg вода при 80 °C. Каква е крайната температура, ако няма топлинни загуби?

    • 40 °C
    • 60 °C
    • 33 °C
    • 50 °C

    Отговор: 40 °C

    Топлината, отдадена от топлата вода, е равна на получената от студената: 1·(80 − t) = 2·(t − 20), откъдето t = 40 °C.

15. Колко топлина е нужна, за да се превърнат 0,1 kg лед при 0 °C във вода при 20 °C? (λ = 3,3·10⁵ J/kg, c = 4200 J/(kg·K))

    • 33 000 J
    • 41 400 J
    • 8400 J
    • 24 600 J

    Отговор: 41 400 J

    За топенето: 0,1 · 330 000 = 33 000 J, за затоплянето: 4200 · 0,1 · 20 = 8400 J, общо 41 400 J.

Първи принцип

1. По кои два начина може да се измени вътрешната енергия на тяло?

   • Само чрез нагряване
   • Само чрез движение на тялото
   • Чрез извършване на работа и чрез топлообмен
   • Чрез промяна на масата

   Отговор: Чрез извършване на работа и чрез топлообмен

   Например ръцете се затоплят и при триене, и до печката.

2. Защо ръцете се затоплят, когато ги търкаме една в друга?

   • Намалява налягането
   • Кожата получава топлина от въздуха
   • Извършва се работа, която увеличава вътрешната енергия
   • Кръвта спира да тече

   Отговор: Извършва се работа, която увеличава вътрешната енергия

   Работата на силите на триене се превръща във вътрешна енергия.

3. Как се нарича двигател, който би извършвал работа, без да получава енергия?

   • Дизелов двигател
   • Електромотор
   • Вечен двигател
   • Турбина

   Отговор: Вечен двигател

   Такъв двигател е невъзможен, защото противоречи на закона за запазване на енергията.

4. Газ получава 500 J топлина и не извършва работа. Как се изменя вътрешната му енергия?

   • Намалява с 500 J
   • Не се изменя
   • Увеличава се с 1000 J
   • Увеличава се с 500 J

   Отговор: Увеличава се с 500 J

   ΔU = Q − A = 500 J − 0 = 500 J.

5. Какво изразява първият принцип на термодинамиката?

   • Закона на Ом
   • Закона на Паскал
   • Закона за запазване на енергията при топлинните процеси
   • Закона на Архимед

   Отговор: Закона за запазване на енергията при топлинните процеси

   Q = ΔU + A: получената топлина отива за промяна на вътрешната енергия и за работа на газа.

6. Какъв е знакът на работата, която газът извършва, когато се разширява?

   • Положителен
   • Отрицателен
   • Нула
   • Зависи от температурата

   Отговор: Положителен

   При разширение газът бута буталото по посока на преместването и работата му е положителна.

7. Газ получава 800 J топлина и извършва работа 300 J. Колко е изменението на вътрешната му енергия?

   • +500 J
   • +1100 J
   • +300 J
   • −500 J

   Отговор: +500 J

   ΔU = Q − A = 800 − 300 = 500 J.

8. Газ извършва работа 200 J, без да обменя топлина с околната среда. Как се изменя вътрешната му енергия?

   • Намалява с 200 J
   • Не се изменя
   • Намалява с 400 J
   • Увеличава се с 200 J

   Отговор: Намалява с 200 J

   Q = 0, затова ΔU = −A = −200 J.

9. Защо метеорите се нажежават в атмосферата?

   • Слънцето ги загрява
   • Горят като дърва
   • Отделят топлина от ядрото си
   • Работата на съпротивлението на въздуха увеличава вътрешната им енергия

   Отговор: Работата на съпротивлението на въздуха увеличава вътрешната им енергия

   Съпротивлението на въздуха извършва работа и вътрешната енергия на тялото рязко нараства.

10. Каква работа извършва газ при постоянно налягане 2·10⁵ Pa, ако обемът му се увеличи с 0,01 m³?

    • 200 J
    • 2000 J
    • 20 000 J
    • 20 J

    Отговор: 2000 J

    A = p · ΔV = 200 000 · 0,01 = 2000 J.

11. Защо помпата се затопля, когато помпаме гума на велосипед?

    • Въздухът навън е топъл
    • Над въздуха се извършва работа и вътрешната му енергия расте
    • Гумата отдава топлина на помпата
    • Помпата поглъща светлина

    Отговор: Над въздуха се извършва работа и вътрешната му енергия расте

    При бързо сгъстяване над газа се извършва работа и той се нагрява.

12. Газ в съд с постоянен обем получава 600 J топлина. Колко са работата на газа A и изменението на вътрешната му енергия ΔU?

    • A = 600 J, ΔU = 0
    • A = 0, ΔU = 600 J
    • A = 300 J, ΔU = 300 J
    • A = 0, ΔU = 0

    Отговор: A = 0, ΔU = 600 J

    При постоянен обем газът не извършва работа, затова цялата топлина увеличава вътрешната енергия.

13. Над газ е извършена работа 400 J и газът отдава 100 J топлина. Как се изменя вътрешната му енергия?

    • Увеличава се с 500 J
    • Намалява с 300 J
    • Увеличава се с 300 J
    • Намалява с 500 J

    Отговор: Увеличава се с 300 J

    ΔU = A' + Q = 400 J + (−100 J) = 300 J.

14. Газ получава 1000 J топлина и се разширява при постоянно налягане 50 kPa, като обемът му нараства с 0,006 m³. Колко е изменението на вътрешната му енергия?

    • +300 J
    • +700 J
    • −700 J
    • +1300 J

    Отговор: +700 J

    A = p·ΔV = 50 000 · 0,006 = 300 J, ΔU = Q − A = 1000 − 300 = 700 J.

15. Газ се разширява при постоянно налягане 200 kPa от 0,01 m³ до 0,03 m³, а вътрешната му енергия нараства с 3000 J. Колко топлина е получил?

    • 3000 J
    • 4000 J
    • 7000 J
    • 1000 J

    Отговор: 7000 J

    A = pΔV = 200 000 · 0,02 = 4000 J, Q = ΔU + A = 3000 + 4000 = 7000 J.

Идеален газ

1. Как се нарича процесът при постоянна температура?

   • Изохорен
   • Изобарен
   • Адиабатен
   • Изотермен

   Отговор: Изотермен

   Изо- означава равен, а термо- се отнася за температурата.

2. Как се нарича процесът при постоянен обем?

   • Изохорен
   • Изобарен
   • Адиабатен
   • Изотермен

   Отговор: Изохорен

   Изохорен идва от „постоянен обем“.

3. Как се нарича процесът при постоянно налягане?

   • Изотермен
   • Изохорен
   • Адиабатен
   • Изобарен

   Отговор: Изобарен

   Изобарен процес протича при p = const.

4. Коя зависимост описва изотермния процес (закон на Бойл-Мариот)?

   • pV = const
   • p/T = const
   • V/T = const
   • pT = const

   Отговор: pV = const

   При постоянна температура налягането е обратно пропорционално на обема.

5. Какво се пренебрегва в модела идеален газ?

   • Температурата на газа
   • Размерите на молекулите и взаимодействието им освен при удари
   • Масата на молекулите
   • Скоростта на молекулите

   Отговор: Размерите на молекулите и взаимодействието им освен при удари

   В идеалния газ молекулите са точки, които си взаимодействат само при удари.

6. Какво създава налягането на газ върху стените на съда?

   • Теглото на газа
   • Ударите на молекулите в стените
   • Привличането между молекулите
   • Светлината в съда

   Отговор: Ударите на молекулите в стените

   Безбройните удари на молекулите в стените създават налягането.

7. Газ при постоянна температура има обем 6 L и налягане 100 kPa. Колко ще е налягането при обем 2 L?

   • 33 kPa
   • 300 kPa
   • 200 kPa
   • 600 kPa

   Отговор: 300 kPa

   p₂ = p₁V₁ : V₂ = 100 · 6 : 2 = 300 kPa.

8. Как се изменя обемът на газ при постоянно налягане, ако абсолютната му температура се удвои?

   • Намалява 2 пъти
   • Удвоява се
   • Увеличава се 4 пъти
   • Не се изменя

   Отговор: Удвоява се

   При изобарен процес V/T = const, затова обемът расте пропорционално на T.

9. Защо надут балон, изнесен на студено, се смалява?

   • При охлаждане обемът на газа намалява
   • Газът излиза през гумата
   • Налягането навън се увеличава много
   • Молекулите се смаляват

   Отговор: При охлаждане обемът на газа намалява

   При почти постоянно налягане обемът на газа намалява с понижаване на температурата.

10. Газ в затворен съд с постоянен обем се загрява от 300 K до 600 K. Как се изменя налягането му?

    • Намалява наполовина
    • Не се изменя
    • Удвоява се
    • Увеличава се 4 пъти

    Отговор: Удвоява се

    При постоянен обем p/T = const, а температурата се удвоява.

11. Защо налягането в гумите на колата се проверява, докато са студени?

    • Студените гуми са по-големи
    • При нагряване налягането пада до нула
    • При нагряване налягането в тях се повишава
    • Манометърът не работи на топло

    Отговор: При нагряване налягането в тях се повишава

    При почти постоянен обем налягането на газа расте с температурата, затова топлите гуми показват по-високо налягане.

12. Коя зависимост описва изохорния процес (закон на Шарл)?

    • pV = const
    • V/T = const
    • p/T = const
    • p + V = const

    Отговор: p/T = const

    При постоянен обем налягането е право пропорционално на абсолютната температура.

13. Какво е адиабатен процес?

    • Процес при постоянна температура
    • Процес при постоянен обем
    • Процес при постоянно налягане
    • Процес без топлообмен с околната среда

    Отговор: Процес без топлообмен с околната среда

    Тогава ΔU = A': вътрешната енергия се мени само чрез работа.

14. Газ при постоянно налягане има обем 3 L при 27 °C. Какъв ще е обемът му при 127 °C?

    • 14,1 L
    • 4 L
    • 2,25 L
    • 3 L

    Отговор: 4 L

    T₁ = 300 K, T₂ = 400 K, V₂ = 3 · 400/300 = 4 L.

15. Защо при бързо сгъстяване в дизеловия двигател въздухът се нагрява толкова, че запалва горивото?

    • Горивото се нагрява от свещ
    • Сгъстяването е адиабатно: работата над газа увеличава вътрешната му енергия
    • Въздухът получава топлина от радиатора
    • Налягането намалява и температурата расте

    Отговор: Сгъстяването е адиабатно: работата над газа увеличава вътрешната му енергия

    Сгъстяването е толкова бързо, че няма време за топлообмен, и цялата работа увеличава вътрешната енергия.

Топлинни машини

1. Коя формула дава коефициента на полезно действие на топлинна машина?

   • η = A : Q₁
   • η = Q₁ · A
   • η = Q₁ : A
   • η = A + Q₁

   Отговор: η = A : Q₁

   A е полезната работа, а Q₁ е топлината, получена от нагревателя.

2. Кой двигател задвижва повечето автомобили с бензин или дизел?

   • Парната машина
   • Хидравличната преса
   • Двигателят с вътрешно горене
   • Електромоторът

   Отговор: Двигателят с вътрешно горене

   В тези двигатели горивото изгаря вътре в цилиндрите.

3. Коя от изброените машини е топлинна?

   • Парна машина
   • Велосипед
   • Ветрогенератор
   • Електромотор

   Отговор: Парна машина

   Парната машина превръща вътрешната енергия на парата в механична работа.

4. Кой такт на четиритактовия двигател е работен?

   • първият (всмукване)
   • третият (разширение)
   • вторият (сгъстяване)
   • четвъртият (изпускане)

   Отговор: Третият такт (разширение, работен ход)

   Горещите газове тласкат буталото и извършват работа.

5. Как се нарича вторият такт на четиритактовия двигател?

   • Изпускане
   • Всмукване
   • Сгъстяване
   • Работен ход

   Отговор: Сгъстяване

   Тактовете са: всмукване, сгъстяване, работен ход и изпускане.

6. Кой е първият такт на четиритактовия двигател?

   • Изпускане
   • Сгъстяване
   • Всмукване
   • Работен ход

   Отговор: Всмукване

   Редът е всмукване, сгъстяване, работен ход, изпускане.

7. Двигател получава 1000 J топлина от нагревателя и отдава 700 J на хладилника. Какъв е КПД?

   • 70%
   • 43%
   • 30%
   • 100%

   Отговор: 30%

   A = 1000 − 700 = 300 J; η = 300 : 1000 = 0,3 = 30%.

8. Може ли КПД на топлинна машина да е 100 %?

   • Не, винаги е по-малък от 100 %
   • Да, винаги
   • Да, при дизеловия двигател
   • Да, при парната машина

   Отговор: Не, винаги е по-малък от 100 %

   Част от топлината задължително се отдава на хладилника, затова КПД < 100 %.

9. Двигател с КПД 20 % извършва работа 500 J. Колко топлина получава от нагревателя?

   • 100 J
   • 520 J
   • 1000 J
   • 2500 J

   Отговор: 2500 J

   Q₁ = A : η = 500 : 0,2 = 2500 J.

10. Кой изобретява двигателя, в който горивото се самозапалва от сгъстения горещ въздух?

    • Джеймс Уат
    • Николаус Ото
    • Сади Карно
    • Рудолф Дизел

    Отговор: Рудолф Дизел

    В дизеловия двигател няма запалителни свещи.

11. Двигател с КПД 40 % получава 5000 J топлина. Каква работа извършва?

    • 125 J
    • 200 J
    • 3000 J
    • 2000 J

    Отговор: 2000 J

    A = η·Q₁ = 0,4 · 5000 = 2000 J.

12. Каква е ролята на хладилника в топлинната машина?

    • Дава топлина на работното тяло
    • Получава част от топлината от работното тяло
    • Извършва работа
    • Изгаря горивото

    Отговор: Получава част от топлината от работното тяло

    Работното тяло отдава част от топлината на хладилника, за да се върне в началното състояние.

13. Кои вредни вещества се отделят с отработените газове на двигателите?

    • CO, азотни оксиди и фини прахови частици
    • само водна пара
    • само кислород и азот
    • хелий и неон

    Отговор: Въглероден оксид, азотни оксиди и фини прахови частици

    Те замърсяват въздуха; CO₂ засилва парниковия ефект.

14. Кое е работното тяло в двигателя на автомобил?

    • Буталото
    • Газовете в цилиндъра
    • Бензинът в резервоара
    • Коляновият вал

    Отговор: Газовете в цилиндъра

    Работно тяло е газът, който се разширява и извършва работа върху буталото.

15. Кой газ в отработените газове е главната причина за засилването на парниковия ефект?

    • CO₂
    • O₂
    • N₂
    • He

    Отговор: CO₂

    Въглеродният диоксид задържа топлинното излъчване на Земята.

Финален въпрос