FY2-koetehtäviä + ratkaisut

FYSIIKKA (FY02): 2. KURSST: LämpöKOETEHTÄVIÄPetteri on 1-4 m korkean mäen päällä pulkan kanssa. Petterin ja pulkan yhteismassa on g1. kg.Petteri lähtee levosta laskemaan alas mäkeä ja nopeudeksi mitataan mäen alaosassa 28km/h.Laske Petterin ja pulkana) potentiaalienergian suuruus mäen päällä mäen araosaan nähden,b) liike-energian suuruus mäen alla.c) Mikä on vastusvoimien tekemän työn suuruus jouleina laskun aikana?2. Kuorma-auton moottorin teho nopeudella 7O km/h on j.20 kW.Laske polttoaineen kulutus 100 km kohti, kun polttoaineen lämpöarvo ona6 MJ/kc eli yhdestä kilogrammasta porttoainetta saa energiaa 46 MJ.Moottorin hyötysuhde on 27 %.3. a) Terästangon pituus oli-15,0 oC:n lämpötilassa 30 metriä.Laske missä lämpötilassa terästangon pituus olisi 14,4 mm suurempi.Teräksen pituuden lämpötilakerroin on LZ.hO'6 L/K.b) 300 litran terässäiliössä on 250 litraa metanolia 21oC:n lämpötitassa. Talvella säiliö on-i-8 oC:n lämpÖtilassa. Laske terässäiliön tilavuuden suuruus ja metanolin määrä talveila.Metanolin tilavuuden lämpötilakerroin on 1,20.L0-3 LlK.4. Foliopallon tilavuus on 5,0 lja sen sisällä olevan ilman paine on 1,013 bar.Pallo viedään järven pohjaan 22 metrin syvyyteen. Laskea) palloon kohdistuva kokonaispaine järven pohjassab) pallon tilavuus järven pohjassa, kun kaasun lämpötila pysyy koko ajan muuttumattomana.5. Kiukaalle heitetään 1 dlvettä, jonka lämpötila on 10 oC.a) Kuinka paljon energiaa kuluu vesimäärän lämmittämiseen 100 oc:een?b) Kuinka paljon energiaa kuluu, kun vesi, jonka lämpötila on 100 oc höyrystyysamanlämpöiseksi vesihöyryksi?c) Kuinka pitkä aika kuluu veden lämmittämiseen ja höyrystämiseen, kun kiukaan teho on7,5 kW?6. Kuuma alumiinikappale, jonka massa on 210 g, upotetaan kalorimetrissä (täysinsuljettu ja lämpöeristetty astia) olevaan veteen. vesi, jonka massa on L,00 kg,lämpenee 25,0 oC:sta 35,0 oC:een. Mikä oli kappaleen alkulämpötila?Alumiinin ominaislämpökapasiteetri on 0,900[å ja kalorimetrinlämpökapasiteetti on 130 J/K.KAANNA !!

7. Termospullon pohjalla on 125 g erästä orgaanista ainetta lämpötilassa -j.9 oC. Sitä aletaanlämmittää hitaasti sähkövastuksen avulla, ja lämpötilaa mitataan. Alla olevassa kuviossa onesitetty tämä lämpötila t ("§Terpospultoon viedyn sähköenergian E (kJ) funktiona.a) Määritä kuvaajasta aineen kiehumispiste ja sulamispiste.b) Mitä aineelle tapahtuu vaiheessa @, tun kuvaaja on nouseva?c) Kuinka paljon tarvitaan energiaa aineen höyrystämiseen?d) Laske aineen ominaissulamislämpö.o(t9080'i-i.i-i-t.-i-:-J:-i-t-a.i-ii-.+.j-.i.-i-. -itl1'"ä-.ti-:i:fi:j/#:'-,l_! t1-t-r'j". ,,'9# -it-?'i- .t?t,f ii:1-?-i -{".i.-:.i-.-i'-!-?-i-i-5.?-i"i'-i i-ij*i-t-+.i.+.ii-i"'!-i--i.:-l-ii-i-if-ii-i-'? i T'i-'i-l'i-i"1-l_I1--t-t.i-!--i.-ii"i'-i-!i-t--':-i i-t- i-i-i-i..t-f-:"r10*'10-1Ui-i +-iiiF[:l'li1:fr-i?-i'1-;1fti-i.4-1 GiiT j ]. :-ö )i ]B )! )0i.-!i_.EKJ8. Lämpöopin pääsäännöt.9. Jotkut oheisista kuvioista esittävät termodynaamisten koneiden periaatekaavioita.Qr ja Qz ovat koneen ja lämpösäiliöiden välillä siirtyviä rämpömääriä.Lämpösäiliöiden lämpötilat ovat Tr ja Tz (Tt> Tz).In * Itil-**l@Perustele, mikä kaavioista esittääa) lämpövoimakonetta, b) lämpöpumppua, c) jääkaappia, d) kivihiilivoimalaae) vesivoimalaa, f) turvevoimalaa, g) ydinvoimaraa, h) tuulivoimalaa?i) Mikä kaavioista on lämpöopin pääsääntöjen vastainen?ö-F-l"-l@

VrqJT^ UtrJe f .'ca) fi kJ ,6) 4§kJ c) -8r7bJ@,o7€)e) 25"c,b)re«ircilctö: 2zzrC!,< 3OO ,Q11er..atvoLt: Z?8r3,9§ 238.A6)@@clq) 3,2 bqc.01l6na) 38tJ ,{rl 23oLJ c)35cX 6o'ca)c) 5o FJ.b) -"t)lsoE\KJ. o??t F tPJ Al':.* ,'i. . --1foFs. of ?, t

FYr tt K «* (FVoa): 2. Kus,ftr t : t-fine?Par ts,qlf vtracT€ r-rt,+ vtÅ /ch=m=a)llm,r\tr-tP-,qFb*fmlh =lt I A.1t7,>§-*r, E,0 -T,l"lO'D -- 2P* = *,* f = 7,17?-.,,Qr'7 '§iJ Å-,?et #. tl rnItooo J = ll åJ.-lr)Ltkrbr4ännb sTe-ål).(Z rT?.--?)' -l- h-k -2lroJ-2, 1r LJ x 4{ kJ-c) €Mee,G(APeevllTeEr r \A/ s FkW = FF E Er s 2150J- ll l7*t'1JW§ -PG7it§7 J §-8700)W § - 3,7 EJv.' vn {rv s vot t-ll€ N r€ ts€H^ rYå. FJ

ll oo rTo(zl /VF-Dp-+ E'c..I Ll-1 OoTT.o,a, N O frtO €MeR G lAH= 4c MJk7Fl vörvJu/+Derm . rl''ln -- Pt(roLTTz,ltreervR 6f/rfft=3 §s;'tookrn§ O,LTF= HnoLÅn?öi«va)E-o' Pt- =qHm-§_= ?o knlhO+n m = | LLHaatfn= ?rret= J,1r,?l-{fn=PslHu- alt2o ooo \A/ ' loa oaa rnO,*. 4G'locrn .§ 41,7 \ * §}bar--:=J. ru. a-43,6 "tq{rr.

aQ = "/ ("ata4F.Iat=-?14,+ -At = |o'ct - Ctr'

@q)f, § f" + f?hf, ! l,o t3Åar + l@o9. 7,il*.lin11?D a I n te L-.,-t r - lrot3 bqr + 1tS 8lo Pqfts l, o riÅqr + 2,ttala bqrf, s 3,tat2Aa,r § ?,26ar:( 6"'r stor1q):'. a,,a)f,: trotS 6qrfr= 3rt?t2 Åur'f = v*r

q) lrle /errÄs orlls qtkl'ts g'V: toao*.qtJm3q§ OtlT rerrrt.Q=OrfJ^3€ toOoF- .qooolYvl?= crn1\t = 4,t?#c'o,tI= 77,atkJ F 3rl.Jm?= arr')OV - 7 o,:C,(t) Ar= r tn = åå 6o !J ot 1 k?b7 0A = ?2G I.J /§ 73O LJtac) O= Q,+Cl,qs\P=u/å+-f-a-tA--L,G)GP?q(cr-XCa,at ,{l7,r //w,r- 3§t?csr+ t )\F*§

t -2 Lr- .i* --->@7t0Xlrtto)åE,o Tv€stCi= t7s J/KAN310',A tv H 3r,vr ,V LVovvTr^ r1/t tÅ pö r-1 €rv eR G ra= VeOCN + k*tOetr-erKlN VArT^ANoff^nALÅt1 Pöetv€RGtA €ttt/€Jle^CroI fr^, A\,,V€TI'l'= CrffinAtO ' k*t+ C-atc^0ffi^, (t.'t,) = at (c" rnv + Cr): 1.P)^.t" '- t'r =t"= +t + $,-\)$,ryr!9)Cet frrt PÅ L5I L;*x3§t oY r (rq ()'(- zra'c)(4,nl,vo k, + CI,tJa LJocs AcSr§?'C§ ?c€r 'Co,?ooH.I'ku-'c -|a, &toTc0'c--L-d6

-908070605040302A10a) Kt€/{u11'§PtrTe 0NsvLAtlt-SPrSr€ 0rv,tt) Nerr€ rÅflP€NeeI /§5 IO,C"cc) AE = 102 k)- SO bJ- §2r3l.J = 4 7,7 LJÅ)=§m2217 I.J 6,7kJ0/ tlt kxJYIC K J_u_*? ^,ot { 2, L?= 128,-t3o gFA07-

il L-:Le Hf oo- €R t.s T€7Y§.fä §YJr€ €r{ t..r'läLAHPöT TLå € R OT T^.TO, TTUV^Tl. rÅÅiÅ;Mio fr p;)-.ttsÄQweR GtAtv ^{wroJ7\U= Or W(l ^o.s.f å r(e14J o r"rrl' sn&t.vvä tÅn?önÅ;.eÅW 3 SY.'T€€F'ITN V'+TKVTTÄVITV VOIHAN?t16nÅ rYö Tat §Y',rreerztA'rG re N,e' rYtie. P14§ÅÅrv"ö (a Pt)^ LÅri Pdvo I nA Ko,V4-rrÄt J o lcÄ nuvTTArt IKAtr-e N OTT/In,l.w,fA tÅnnöw TYöFAI,e t" otG Hn HOOÅL (trÅ R'^F€,v7r^A..- ra &H o DlrvnA firfr,ft^ P lof,€Jf,G /tl^ 7 tt*VÅ t+en nÄ N ev G R 6 lA i n uvr:tvv rvip'r I-l(^rFkrT€ RrtoDYrv^/.lntJ:€r f Pof,€t/:tT§uv*T.tvrvv^T Ko t4tt TAtAPArtvoA^ TG Rnoå'1NnA t'l t t(JJ^ P Ro ,f€,f,fet(f{^GM TROJttA (e rÄJäR;errvr) :rA.f\r^^s

aa t a aa'afA,l,{^^hr?o(s Po)- ABr 6 Lu u:rrl§r^ Mo LLA P l'f r€Tri'(Of §- 77:-/tsoc) Et Vot S.q.rvvrT^AT* P YE F4F4 IN;å

LÄIFöoPIN PÄÄSÄÄnrMöT:4 KrL: oPt, tPst aPs, sftNoLLAs PÅXsÅirvi-äoPsLÅ r't Päae Rl-rTe r:zsfä §YJr€€ rll-rJÅT,L^ c ttet3?. P,aäs4',arurä (l P.r\::fl f§X;#",- Si7J Te€ rr I N SlfÄeM€ RG IAN t-rvufqf .'Au= e+W(m.+o t.r. Its(låo»a=sY§Te Qll t, w TAIS r t rzrvvi tim eö\n1 =.fvJreGMrrrv DA,TEK€ mÅ Två'Wr ItAU.rY.rre€ r-tr.f ri-r 1.r re€ 14l N€ r I 11. Åu= Cl + FAV,tr'

A. PÅÅsÄÄ(- Vo to A^fV ILr/.At dTA €Rtt)TAVo iLL71. 3-f€ 7LÄ t s T^ LÅ tyPö vo t tl.l.IcoM€ ffi.Jo K,A HUv r?x t -§, K^, K€ rv orr^-H ^rv.f A LÅ ry-r*tö rv T?ö rSt € tvo tDA RA K€rv}^^ eLt lr ŧr5(NI t< t LIl K KUJA (rL= too/.) oNHAtlDoTTo n uuJTaYD€tt,,VENKorv6 oN\flsl = Q, tlAt.l »oroM ]T22) Te.c n o Dy l..t.+A rr tJ tJJ,,q PRo, €ff€ rJJ,t/'Y HA VX H €.frH*rv €rv tr? e r AA o NK/vrerrÄ vtt.r I rYO FJt €Lt rkxlktr6/sYt re€ H, tv € tv €Rc t,tA €t Vo toAt-l Uv rTÅ A Pt 6 FA^Ar t .f € tr§ I r>rä,cf,t.("ra,€R6 (AN HvoNo M €fr,J€trl LAF"')n!>t-Q,tA|NA €Lt W

3) KA I K,(, Te RH o DY Nt^Atlr J€rF Ro§e JJ, r suuv 7-Å vTvvAT Fo HrtTaSAPArrvoÅ€SrN.ta!.taa'aaaraaaoa- l

Avto KAe LÅneövotnlkov6- Ko rV€ a ?T^^ fco R FC,{ H F{,qJTlÄ 4Ä t1 ?ö'-,(r)TtLaJld T, tÅn rä'nÄ^RÄrv Q, ,re ts€er7örv \1/= a, -Qa J^ (vovvrrält^Le 11 rAAN tÅH?örtta^N \H;;r-.i,v q..Efr-Y:o @LÅnträrunrpvLÄ rt pä-- Ko V€ .f tr erÅi ULKA t,f eN 7>ö rv w aVvt

)k*rew oKtvt H ltuvotnAtA- L); frPö nuvT€Tl/{N n € EAAMT t € FJ te N€R 6 tÄ Fs r t{öy R-YTUP GUNtLL^lJotrA o^/ tÅF-?ärrotr'l^KoMe .(rer. a)-Ko HrÅ).€)Et ntrÅÅN KA^vtoVe§tVorHALÅv € s t vo t r1,q LA € t oL(. r€ R r, 0 Dytv^Å-Ht M€ ,V troM€{)?)Kf/\VrOTuRtl6Voln^tut- Tv RV7VOTHALA Otv LA r-PöVotn4rorc€,Jo J.fro tÅ n eö .t ll atYY Ka Rtrc^ H .{.A,TTALa H Pö r tLA.r r^ n x-TALl-n el.lM(v«t, al- t.o urTt J,t d) - KoH")-kaAvto CYollvvo t nAL.^YDttvvo t nA L^ aM t^År.PöVott'l(-Ko r{et J o.tt i tÄ t-lPö suR.r"yKo R K e4nn 4sTA LA n PoT tt*,r.tT^Hl+T;a.LAT].fAAI,T-(vRe o)-, J) - J,r f) - Ko HD^, )" yDtNYo ttAL-A oN ,fUUKl VeD€NKetftu"-.'-,.'.-1-.'i__-; :l{t:.

h)l'"E t t4 I kÅnA/ K,+Avt0a TvV Ll VO I r1l,{ Lal4r Me^t FoMGTuu Ltvo I fl^LAer ot€ reRnoDYN//-1 E_*evror _@ "t,^ @tÅneöop r xt 2. f ÄÅSÅÅUtrtöWHvKA^ N .J. c LLA, .r r^ LÅ n Pö vo tf'1^-Kotv€r.^t J o trA nVV rr^ t.f / karF€A/O TrA HAv.f^ tÅ H 11ö N Ty ö frr /€ t Vo t»A A*lr€ N7^^ €( t tJ-AJtAtI KtL tt K f UJ A oN H N12 sTTo tltttl.f .kA^vroJJÅ @ oN Tot'eN' LAJ,Vtk,Ltt(I