Test: Teplo, teplota a termodynamika

1. Pôvodne si fyzici mysleli, že teplo je nevážiteľné fluidum. Neskôr sa dokázalo, že teplo je formou energie. Fyzikálnou jednotkou tepla preto je
a) kelvin
b) joule
c) newton
d) pascal

2. Po prijatí atomistickej hypotézy fyzici prehodnotili aj svoje chápanie teploty. Teplota je mierou:
a) neusporiadaného (chaotického) pohybu častíc v látke
b) rotačného pohybu molekúl v látke
c) chaotického pohybu voľných elektrónov v látke
d) chaotických zmien dĺžok atómových väzieb v molekulách

3. Jednotkou termodynamickej (absolútnej) teploty T v sústave SI je kelvin (K). Bežne však teplotu vyjadrujeme v stupňoch Celzia a označujeme ju t. Ktorý vzťah vyjadruje správny prevod medzi teplotou v stupňoch Kelvina a Celzia?
a) T = t/2 + 273,15
b) T = 2t + 273,15
c) T = t + 273,15
d) T = t/2 – 273,15

4. Teplom a teplotou sa zaoberá termodynamika, stojaca na dvoch dôležitých vetách. Prvá termodynamická veta je v podstate zákonom zachovania energie. Jej dôsledkom je, že
a) vnútornú energiu plynu možno zvýšiť len vykonaním mechanickej práce.
b) teplo neprechádza samovoľne z chladnejšieho na teplejšie teleso.
c) nijaký stroj nemôže vykonávať prácu z ničoho (bez prijímania energie).
d) teplo prechádza samovoľne len z teplejšieho telesa na chladnejšie.

5. Druhá termodynamická veta môže byť vyjadrená viacerými spôsobmi. Obľúbená je najmä preto, že pojednáva o entropii a neustálom náraste neusporiadanosti v systémoch. Jej správne znenie je:

a) Teplo neprechádza samovoľne z chladnejšieho telesa na teplejšie.
b) Nemožno zostrojiť perpetuum mobile druhého druhu.
c) Entropia izolovaných systémov nikdy neklesá.
d) Nemožno zostrojiť cyklicky pracujúci tepelný stroj, ktorý by získaval energiu len ochladzovaním jedného telesa, pričom by nedochádzalo k iným zmenám v iných telesách.

6. Tretia termodynamická veta hovorí, že nie je možné dosiahnuť teplotu absolútnej nuly. Niektoré systémy však možno považovať za systémy so zápornou absolútnou teplotou. Do záporných teplôt sa však dostali cez nekonečnú teplotu, a nie cez absolútnu nulu. K takýmto systémom patrí:
a) centrálna oblasť (pod horizontom udalostí) nerotujúcej čiernej diery
b) laser
c) supravodič
d) inverzný Carnotov stroj

7. Teplo je energia. Môže sa však premieňať na iné formy energie?
a) Áno, ale ani v ideálnom prípade nemôžeme premeniť na inú (užitočnejšiu) formu energie všetko teplo obsiahnuté v telese.
b) Áno, teplo sa bez zvyšku môže meniť napríklad na mechanickú prácu.
c) Nie, teplo je energia, ktorá je navždy stratená.
d) Áno, ale bez zvyšku ho možno premeniť len na žiarenie (vyžarovanie absolútne čierneho telesa).

8. Geniálny inžinier Sadi Carnot okrem iného navrhol ideálny tepelný stroj (Carnotov stroj). Jeho účinnosť je, žiaľ, vždy menšia ako 100 % a žiaden iný ideálny ani reálny stroj nemá vyššiu účinnosť. Ukazuje sa, že táto účinnosť závisí len od dvoch veličín:
a) tlakov pri adiabatickej a izobarickej časti cyklu
b) počiatočného objemu a tlaku plynu v stroji
c) absolútnej teploty ohrievača a chladiča
d) od hustoty a tlaku plynu v stroji v bode s najnižšou teplotou

9. Istý vynikajúci teoretický fyzik vymyslel zvláštnu bytosť, pomocou ktorej by bolo možné porušiť druhú termodynamickú vetu. Stačilo by, aby táto bytosť dokázala priestorovo separovať pomalšie a rýchlejšie molekuly v danom systéme. Aké je meno tejto bytosti?
a) Boltzmannov démon
b) Gibbsov démon
c) Carnotov démon
d) Maxwellov démon

10. Stavová rovnica spája v sebe tzv. stavové veličiny pre daný systém. V prípade ideálneho plynu (medzi časticami, ktoré ho tvoria, pôsobia sily len pri zrážkach) je jej vyjadrenie veľmi jednoduché (T – absolútna teplota, p – tlak, V – objem, n – látkové množstvo)
a) pVnT = konšt.
b) p / VnT = konšt.
c) pV / nT = konšt.
d) pVn / T = konšt.

11. Pomocou štatistickej fyziky (k jej rozvoju prispeli fyzici ako Boltzmann, Maxwell či Gibbs) je možné dokázať termodynamické vzťahy zo základnejších princípov. Jedným z takýchto vzťahov je aj ekvipartičná teoréma, spájajúca energiu jednotlivých stupňov voľnosti častíc s absolútnou teplotou v prípade rovnovážneho stavu. Platí:
a) Energia pripadajúca na jeden stupeň voľnosti je E = kT.
b) Energia pripadajúca na jeden stupeň voľnosti je E = kT/2.
c) Energia pripadajúca na jeden stupeň voľnosti je E = 3kT/2.
d) Energia pripadajúca na jeden stupeň voľnosti je E = kT2/2.

12. Teplo v telese, alebo pri dotyku dvoch telies, prúdi tak, aby došlo k vyrovnaniu teploty. Mechanizmus prúdenia tepla možno vysvetliť pomocou predstáv o tepelnom pohybe atómov. Ako teda vysvetlíte, že drevo je na dotyk teplejšie než oceľ?
a) Drevo privádza do našej ruky teplo rýchlejšie než oceľ.
b) Oceľ odvádza z našej ruky teplo oveľa rýchlejšie než drevo.
c) Ťažké atómy železa v oceli kmitajú pomalšie než atómy uhlíka v dreve, preto sa zdá, že má nižšiu teplotu.
d) Slabšie viazané atómy uhlíka v dreve narážajú silnejšie do atómov našej kože, preto sa zdá, že drevo má vyššiu teplotu.

13. Aby sa teleso zahrialo, je potrebné dodať mu určitú energiu (či už vo forme tepla alebo mechanickej práce...). Množstvo energie dodanej na ohriatie 1 kg látky o 1 stupeň Kelvina (Celzia) sa nazýva merná tepelná kapacita. Ktorá z týchto látok ju má najväčšiu?
a) voda
b) olovo
c) ortuť
d) ľad

14. Pri zmene stavových veličín, ako sú tlak, objem alebo teplota, existujú význačné procesy. Pri nich je vždy jeden zo stavových parametrov konštantný. Vyberte z nasledujúcich tvrdení nesprávne:
a) izotermický dej – konštantná teplota
b) izochorický dej – konštantný objem
c) izobarický dej – konštantný tlak
d) adiabatický dej – konštantné látkové množstvo

Správne odpovede

1b, 2a, 3c, 4c, 5a, 6b, 7a, 8c, 9d, 10c, 11b, 12b, 13a, 14d

Test pripravil Peter Kluvánek, foto Pixabay

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 8/2007. Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Komentáre