FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje v sredo,

Transcript

1 FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje v sredo, Za nastop je potrebno pripraviti vsaj pet nalog. Študenti, ki že imajo točke iz nastopov pred tablo, morajo pripraviti vsaj dve težji nalogi (za 3 točke). za 2 točki: 1. Na uklonsko mrežico, ki ima 450 rež na milimeter, pada pravokotno svetloba z valovno dolžino 600 nm. V kolikšnih razdaljah od neodklonjenega curka se pojavijo svetle lise na 3,0 m oddaljenem zaslonu? Koliko je vseh interferenčnih maksimumov? 2. Pravokotno na uklonsko mrežico s 500 režami na milimeter posvetimo z belo svetlobo in opazujemo interferenčni vzorec na 50 cm oddaljenem zaslonu. Kje na zaslonu opazimo prvi uklonski maksimum za obe mejni dolžini vidne svetlobe? Kaj opazimo vmes? Koliko rež na milimeter bi morala imeti mrežica, da ne bi opazili niti prvega maksimuma? Meji vidnega svetlobnega spektra sta 400 nm in 800 nm. 3. Pri Youngovem eksperimentu z dvema režama sta reži razmaknjeni za 2 mm. Reži osvetlimo z mešanico dveh valovnih dolžin, 750 nm in 900 nm. Na kateri razdalji od centralnega maksimuma se na 2 m oddaljenem zaslonu prvič prekrijeta (sovpadeta) svetlobna maksimuma obeh valovnih dolžin? 4. Stekleno ploščico debeline 600 nm osvetlimo v pravokotni smeri z belo svetlobo. Svetloba katerih valovnih dolžin vidnega območja se bo najmočneje odbila? 5. Površino leče, ki ima lomni količnik 1,52, prevlečemo s tanko plastjo prozorne snovi z lomnim količnikom 1,30. Kako debela je lahko plast, če se pri pravokotnem vpadu svetlobe oslabi odbita svetloba z valovno dolžino 600 nm? 6. Na vodni gladini plava 0,30 m debela plast olja z lomnim količnikom 1,20. Svetloba katere valovne dolžine se najbolj ojači pri odboju pod kotom 45? 7. Fotoaparat ima objektiv z goriščno razdaljo 5 cm. Kolikšna mora biti razdalja med objektivom in slikovnim senzorjem, če hočemo dobiti ostro sliko predmeta, ki je 2 m daleč? 8. Daljnoviden človek vidi dobro predmete, ki so oddaljeni več kot 1,0 m. Očala s kakšno dioptrijo potrebuje, da bo lahko opazoval predmete na normalni zorni razdalji 25 cm? 9. Kratkoviden človek vidi brez očal predmete oddaljene do 0,5 m. Kakšno dioptrijo morajo imeti očala, s katerimi bo lahko opazoval neskončno oddaljene predmete? 10. Lupa poveča opazovani predmet za štirikrat. Kolikšna je njena goriščna razdalja? 11. Mikroskop ima objektiv z goriščno razdaljo 0,65 cm in okular z goriščno razdaljo 1,5 cm. Razdalja med njima znaša 17,5 cm. Kolikšna je povečava, če predpostavimo, da slika nastane v neskončnosti? 12. Oddaljeni zvezdi ležita v smereh, med katerima je kot 1. Kolikšno povečavo mora imeti daljnogled, s katerim želimo razločiti ti dve zvezdi, če oko še loči točki, ki sta za 0,1 mm narazen v oddaljenosti 25 cm od očesa? 13. Pri premiku zrcala Michelsonovega interferometra je točko na zaslonu preletelo 250 svetlih prog. Uporabljena svetloba ima valovno dolžino 632,8 nm. Kolikšen je bil premik zrcala? 14. V kakšnem intervalu so energije posameznih fotonov vidne svetlobe (400 nm 700 nm)? Odgovor izrazi v elektronvoltih! 15. Žarnica seva 5 W celotne moči v vidnem delu s povprečno valovno dolžino 560 nm. Koliko fotonov vidne svetlobe izseva v sekundi? 16. Nd:YAG laser oddaja sunke enobarvne svetlobe v infrardečem področju z valovno dolžino 1064 nm. Efektivna dolžina trajanja sunka je 9 ns, celotna energija v enem sunku pa 200 mj. Kolikšna je povprečna moč sunka? Kolikšna je energija enega fotona in koliko je vseh fotonov v enem sunku? 17. Laser z valovno dolžino 632,8 nm izseva povprečno fotonov v sekundi. Kolikšna je njegova moč? Kolikšna je gibalna količina fotonov s to valovno dolžino?

2 18. Temperatura nitke v volframovi žarnici je približno 2000 K, temperatura v streli je približno 10 4 K, v središču jedrske eksplozije pa 10 7 K. Za vsakega od teh izvorov oceni valovno dolžino, pri kateri je intenziteta sevanja največja. V kateri del elektromagnetnega spektra sodijo? 19. Meja človeškega vida, ko je oko prilagojeno na temo (skotopični način) je W/m 2 pri valovni dolžini 500 nm. Koliko fotonov na sekundo vstopa v tem primeru skozi zenico, ki ima premer 8,5 mm? 20. Fotocelica oddaja elektrone samo, če nanjo posvetimo s svetlobo, ki ima krajšo valovno dolžino kot 600 nm. Kolikšna je največja hitrost izbitih elektronov, če posvetimo nanjo s svetlobo valovne dolžine 400 nm? 21. Izstopno delo fotokatode je 2,4 ev. Kolikšna je valovna dolžina svetlobe, s katero svetimo na fotokatodo, če pri tem izmerimo zaporno napetost 1,7 V? Kolikšna je največja hitrost elektronov? 22. Fotokatodo osvetljujemo s svetlobo valovne dolžine 450 nm in pri tem izmerimo zaporno napetost 1,67 V. Izračunaj izstopno delo.

3 FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje Za nastop je potrebno pripraviti vsaj pet nalog, od tega obvezno tri izmed nalog 9 18 (zrcala in leče). Študenti, ki že imajo točke iz nastopov pred tablo, morajo pripraviti vsaj dve težji nalogi (za 3 točke). za 2 točki: 1. Svetloba z valovno dolžino 633 nm potuje skozi vakuum. Kolikšna je njena frekvenca? Kolikšne so valovna dolžina, frekvenca in hitrost svetlobe, ko iz vakuma preide v steklo? 2. Razdalja med Zemljo in Marsom se glede na položaj planetov spreminja od 54 milijonov kilometrov do 225 milijonov kilometrov. Kolikšen je minimalni in maksimalni časovni zamik signala med Zemljo in robotom na Marsu? 3. Vzporedni sončni žarki padajo poševno, pod kotom 45 glede na vodoravno zrcalo in se odbijajo od zrcala proti navpičnemu zaslonu. Na zrcalu stoji palica višine 10 cm, ki je od zaslona oddaljena 1,0 m. Skiciraj potek žarkov in določi, kje se nahaja senca palice na zaslonu! 4. Žarek pada pod kotom na ravno zrcalo in se odbije. Nato zrcalo zavrtimo za kot okrog osi, ki je pravokotna na vpadno ravnino in gre skozi točko, v kateri se žarek odbije. Za kolikšen kot se zasuče odbiti žarek? 5. Svetlobni žarek potuje skozi prozorno snov z neznanim lomnim količnikom. Mejo med snovjo in steklom (lomni količnik 1,45) zadene pod kotom 35, v steklu pot nadaljuje pod kotom 41. Kolikšen je lomni količnik neznane snovi? 6. Akvarij je sestavljen iz stekla z lomnim količnikom 1,52. Žarki svetlobe padajo na zunanjo površino ene od stranic akvarija po kotom 40. Pod kakšnim kotom se širi svetloba v vodi? Pod kakšnim kotom pa bi se širila svetloba v vodi, če bi žarki direktno zadeli v vodo? 7. Pri prehodu svetlobe iz neznane snovi v vodo (lomni količnik 1,33) pride do popolnega odboja pri kotu 78. Kolikšen je lomni količnik snovi? 8. Moški, ki je visok 1,85 m, stoji 1,5 m od ravnega zrcala, ki je dovolj veliko, da se vidi v celoti. Najmanj kolikšno je, če so človekove oči 15,0 cm nižje od najvišje točke telesa? 9. Konveksno zrcalo s krivinskim polmerom 0,6 m stoji na nepreglednem križišču. Kje vidimo sliko avta, ki je 10,0 m oddaljen od ogledala? Kolikšna je povečava? 10. Določi lastnosti slik predmetov, ki so v razdaljah a) 40,0 cm, b) 20,0 cm c) 10,0 cm od konkavnega zrcala z goriščno razdaljo 10,0 cm ,0 cm velik predmet postavimo 5,0 cm stran od konkavnega zrcala. Kolikšna je goriščna razdalja ogledala, če je slika navidezna in velika 7,5 cm? 12. Vzvratno zrcalo v avtomobilu ima goriščno razdaljo -100 cm. Kje se nahaja in kako velika je slika 3,0 m visokega tovornjaka, ki stoji 8,0 m za zrcalom? 13. Kje nastane slika razpršilne leče z goriščno razdaljo 15,0 cm, če postavimo predmet 20,0 cm pred lečo? Kako velika je slika, če je predmet velik 2,0 cm? Nariši diagram s potekom žarkov. 14. Razpršilna leča ima goriščno razdaljo 20,0 cm. Določi, kakšne slike in kje nastanejo, če predmet postavimo v oddaljenost a) 40,0 cm, b) 20,0 cm, c) 10,0 cm od leče. 15. Koliko narazen sta predmet in njegova slika, ki jo daje leča z goriščno razdaljo 30,0 cm? Slika je realna in trikrat višja kot predmet. 16. Zbiralna leča ima goriščno razdaljo 2,50 cm, slika predmeta je oddaljena 12,8 cm od leče. Kje se nahaja predmet, če je slika a) realna, b) navidezna? 17. Kakšna naj bo oddaljenost med predmetom in zbiralno lečo z goriščno razdaljo 16,0 cm, da bo povečava petkratna (dve rešitvi)? Razločno skiciraj preslikavo in opiši sliko! 18. Na kakšni razdalji od razpršilne leče z goriščno razdaljo - 8,0 cm mora stati predmet, da bo nastala slika petkrat povečana? Nariši potek žarkov! Je slika realna ali navidezna? Pokončna ali obrnjena?

4 za 3 točke: 19. Steklo ima lomni količnik 1,501 za rdečo svetlobo in 1,552 za vijolično svetlobo. Bel žarek svetlobe zadane steklo pod kotom 20. Kolikšna je razlika med kotoma, pod katerima potujeta rdeča in vijolična svetloba v steklu? (0,44 ) 20. Za koliko se pri prehodu skozi 2,0 cm debelo stekleno ploščo vzporedno premakne žarek, ki vpada pod kotom 60? Lomni količnik stekla je 1,5. Ploščo obdaja zrak. 21. V prazno valjasto posodo z višino 15,0 cm in polmerom 15,0 cm gledamo pod takšnim kotom, da vidimo ravno še rob med dnom in steno. Koliko vode je treba natočiti v posodo, da bomo videli novec, ki je postavljen na sredo posode? 22. Riba se nahaja 2,0 m pod gladino. Kako globoko se zdi riba opazovalcu, ki gleda v vodo iz zraka v smeri navpično navzdol? 23. Trikotna enakostranična prizma je narejena iz stekla. Pod kolikšnim kotom moramo zadeti stranico, da ravno še pride do popolnega odboja? Kaj pa, če je prizma diamantna? 24. Zbiralno lečo z goriščno razdaljo 25,0 cm postavimo 30,0 cm pred razpršilno lečo z goriščno razdaljo 10,0 cm. Kje nastane slika predmeta, ki je postavljen 15,0 cm pred prvo lečo? Koliko je velika slika, če je predmet velik 1,5 cm? 25. Dve zbiralni leči postavimo 20,0 cm narazen. Prva ima goriščno razdaljo 10,0 cm, druga pa 5,0 cm. Kje vidimo sliko in kako velika je, če je predmet zelo oddaljen? 26. Kolikšno goriščno razdaljo ima steklena leča pod vodo, če ima na zraku goriščno razdaljo +5 cm? Kolikšen pa je lomni količnik tekočine, v kateri ima ta leča goriščno razdaljo 100 cm? Lomni količnik stekla je 1, Konstruiraj sliko predmeta, ki nastane pri odboju žarkov na gladki kovinski krogli s polmerom 30 cm. Predmet je oddaljen 2,0 m in visok 10 cm. Izračunaj lego in velikost slike. 28. Konveksno-konveksna leča, izdelana iz stekla z lomnim količnikom 1,5, ima goriščno razdaljo 60 mm. Kolikšna sta krivinska polmera obeh ploskev, če je eden od njiju dvakrat večji od drugega? 29. Kolikšno goriščno razdaljo ima steklena leča pod vodo, če ima na zraku goriščno razdaljo +5,0 cm? Kolikšen pa je lomni količnik tekočine, v kateri ima ta leča goriščno razdaljo 100 cm? Lomni količnik stekla je 1,53.

5 FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje Za nastop je potrebno pripraviti vsaj pet nalog. Študenti z liho vpisno številko izbirajo med lihimi nalogami, tisti s sodo vpisno številko pa med sodimi. Študenti, ki že imajo točke iz nastopov pred tablo, morajo pripraviti vsaj dve težji nalogi (za 3 točke). za 2 točki: 1. Kolikšni sta velikost in smer gostote magnetnega polja dolgega, ravnega vodnika, po katerem teče tok 2,0 A na razdalji (a) 1,0 cm od vodnika in (b) 5,0 cm od vodnika? 2. Srčni spodbujevalnik lahko deluje nepravilno, če se nahaja v statičnem magnetnem polju z gostoto več kot 1,70 mt. Na kolikšno razdaljo se lahko oseba s spodbujevalnikom približa dolgemu ravnemu tokovodniku, po katerem teče tok 20 A? 3. V homogenem magnetnem polju z gostoto 0,12 T v vodoravni smeri leži vodoravna bakrena žica pravokotno na smer magnetnega polja. Kolikšno gostoto na enoto preseka bi moral imeti tok po žici, da bi magnetna sila uravnovesila težo? 4. Po vodoravni žici, ki ima dolžinsko gostoto 0,50 g/cm, teče električni tok 9,0 A. Kakšno gostoto in smer mora imeti homogeno magnetno polje, da bo žica v njem lebdela? Skiciraj! 5. Gostota magnetnega polja ob ravni dolgi žici znaša v neki točki 0,40 mt, pol metra dlje od žice pa 0,30 mt. Kolikšen tok teče po žici? 6. Iz bakrene žice premera 0,5 mm želimo izdelati tuljavo premera 2,0 cm, ki bo imela upornost 5,0 Ω, pri toku 4,0 A pa bo gostota magnetnega polja v njeni notranjosti 40 mt. Koliko ovojev naj ima in kako dolga naj bo? 7. Koliko znaša gostota magnetnega polja v notranjosti 6,0 cm dolge tuljave s 600 ovoji, po kateri teče tok 4,0 A? 8. Po dolgem, ravnem vodniku, ki leži v homogenem magnetnem polju z gostoto 0,10 T, teče električni tok 12 A. Skiciraj, kako je orientiran vodnik, ko nanj deluje največja sila! Koliko znaša ta sila na dolžinsko enoto vodnika? Skiciraj, kako je orientiran vodnik, ko je magnetna sila nanj enaka 0! 9. S kolikšno silo na dolžinsko enoto se privlačita vodnika, po katerih tečeta tokova 2,0 A in 4,0 A in sta drug od drugega oddaljena 1,50 cm? 10. Prevodna zanka s presekom 2,8 cm 2 ima 750 ovojev, po njej pa teče električni tok 1,2 A. Kolikšen največji navor deluje nanjo v homogenem magnetnem polju z gostoto 0,10 T? 11. Tuljavo s presekom 20 cm 2 in dolžino 10 cm, ki ima 50 navojev, potegnemo iz magnetnega polja gostote 0,01 T. Kolikšen naboj steče, če je tuljava vezana v električni krog z uporom 3? 12. Kovinska palica, ki ima smer (0, 75, 95) cm, se s hitrostjo (30, 15, 0) m/s giblje v magnetnem polju (15, 15, 40) µt. Kolikšna električna napetost se inducira med koncema palice? 13. Največje letalo na svetu Antonov An-225 ima razpon kril 88,4 m in dolžino 84 m. Kolikšna inducirana napetost se pojavi med koncema kril, če leti s hitrostjo 800 km/h, kjer vertikalna komponenta zemeljskega magnetnega polja znaša 40 µt. Kolikšna pa je inducirana napetost med repom in nosom letala? 14. Dolgo prazno tuljavo s premerom 14 cm, dolžino 80 cm in 400 ovoji oklepa kratka tuljava s 1600 ovoji tako, da sta njuni geometrijski osi vzporedni. Kolikšna napetost se inducira med krajiščema kratke tuljave, če naraste tok skozi dolgo tuljavi enakomerno v eni desetinki sekunde od 0 na 5 A? 15. Tuljavica s presekom 2 cm 2 in 300 ovoji se suče s 50 obrati na sekundo v magnetnem polju. V njej se inducira efektivna napetost 1 V, če je os rotacije pravokotna na smer polja. Izračunaj velikost gostote magnetnega polja. 16. Po 5,0 cm dolgi tuljavi s 300 ovoji in premerom 2,0 cm teče tok 1,50 A. Kolikšno je magnetno polje v notranjosti tuljave? Kolikšen je magnetni pretok? Kolikšen napetostni sunek se inducira v tuljavi, ko tok prekinemo? 17. Letalo leti s hitrostjo 800 km/h. Kolikšna inducirana napetost med koncema kril z razponom 12,0 m v zemeljskem magnetnem polju, katerega navpična komponenta znaša 40 T?

6 18. Prevodna palica, ki jo opiše vektor (2,0; 2,0; -1,0) dm, se s hitrostjo (0; 12,0; 6,0) cm/s giblje v homogenem magnetnem polju (80; -12; 26) mt. Kolikšna napetost se inducira med koncema palice? 19. Zanka s presekom 5,0 cm2 se nahaja v homogenem magnetnem polju z gostoto 50 mt. Kolikšen je največji magnetni pretok skozi zanko? Kako je magnetni pretok odvisen od medsebojne lege zanke in silnic magnetnega polja? Nariši graf, ki prikazuje časovno odvisnost pretoka, če se zanka vrti okrog geometrijske osi z enakomerno kotno hitrostjo tako, da je os vrtenja pravokotna na silnice. 20. Majhna tuljava s 120 ovoji in presekom 1,50 cm2 se s frekvenco 8,0 Hz vrti v homogenem magnetnem polju z gostoto 240 mt. Os tuljave leži tako, da je amplituda inducirane napetosti največja. Kolikšna je ta amplituda? Skiciraj, kako sta orientirani tuljava in os vrtenja glede na silnice magnetnega polja! 21. Tuljava ima 1200 ovojev in presek 4,0 cm2 in se s frekvenco 8,0 Hz vrti v homogenem magnetnem polju z gostoto 25 mt. Orientirana je tako, da je amplituda inducirana napetost največja in znaša 45 mv. Koliko ovojev ima tuljava? za 3 točke: 22. Elektronski snop v katodni cevi odklanjamo s prečnim magnetnim poljem. Magnetna pola sta kvadratnega preseka s površino 1,5 dm 2. Kolikšna mora biti gostota magnetnega polja med poloma, če želimo, da se snop s hitrostjo 200 m/s na 1,0 m oddaljenem zaslonu odkloni za 20 cm? 23. Elektron pospešimo z napetostjo 2,0 kv in ga usmerimo pravokotno v magnetno polje z gostoto 1,60 mt. Kolikšen je polmer krožnice, po kateri se giblje v magnetnem polju? 24. Elektron prileti s hitrostjo m v homogeno magnetno polje z gostoto 100 mt, v smeri pravokotno na silnice. Kolikšna magnetna sila deluje nanj in v kateri smeri (skiciraj)? Kakšen je odgovor, če prileti v smeri vzporedno s silnicami magnetnega polja? Kakšen je odgovor, če je kot med smerjo hitrosti in magnetnim poljem 30? Kateri od zgornjih odgovorov so drugačni, če je delec pozitron (delec, ki se od elektrona razlikuje v predznaku električnega naboja)? 25. Elektron prileti v magnetno polje 4,0 mt in se prične gibati po krožnici s polmerom 2,30 cm. Kolikšna magnetna sila deluje nanj? Kolikšna je njegova hitrost? 26. Iz bakrene žice s premerom 0,50 mm izdelamo tuljavo premera 1,5 cm, ki ima upornost 5,0 Ω. Ko po tuljavi teče tok 4,0A, je gostota magnetnega polja v njeni notranjosti enaka 55 mt. Koliko ovojev ima tuljava?kolikšna je njena dolžina? 27. Dolga vodnika ležita v isti ravnini, pravokotno drug na drugega. Kolikšne so gostote magnetnega polja v ogliščih kvadrata s stranico 30 cm, katerega središče je v presečišču vodnikov? Po vsakem od vodnikov teče tok 6,0 A. 28. Bakrena palica dolžine 60 cm se vrti v magnetnem polju z gostoto 20 mt okoli pravokotne osi, ki gre skozi eno od krajišč. Pri kateri frekvenci se na palici inducira napetost 3 V? 29. Začetek in konec palice je določen s koordinatama: (30, 19, 45) cm in (33, 15, 52) cm. Palica se v magnetnem polju z gostoto (0,50, 20, 10) mt, giblje s hitrostjo (0,5, 0, 2) m/s. Izračunaj inducirano napetost med koncema palice in določi kot med palico in smerjo sile na nosilce naboja v palici.

7 FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje Za nastop je potrebno pripraviti vsaj pet nalog. Študenti z liho vpisno številko izbirajo med lihimi nalogami, tisti s sodo vpisno številko pa med sodimi. Študenti, ki že imajo točke iz nastopov pred tablo, morajo pripraviti vsaj dve težji nalogi (za 3 točke). za 2 točki (Električno polje in napetost): 1. Koliko elektronov»manjka«v kapljici vode, če ima naboj +1,0 nc? Kolikšen delež celotnega števila elektronov je to? Kapljica ima premer 0,80 mm. 2. Presežek naboja na drobni kapljici olja z maso 2, kg je en elektron. Kolikšna naj bo jakost električnega polja, v katerem se nahaja, da bo kapljica lebdela? 3. Enaki kroglici mase 0,1 g sta privezani na vrvicah dolžine 13 cm, ki sta pritrjeni v isti točki. Kolikšen je naboj vsake od kroglic, če sta razmaknjeni za 10 cm? Maso vrvice zanemari 4. Dva pozitivna naboja +20 nc in +10 nc se nahajata na razdalji 2,0 cm drug od drugega. Določi velikost in smer sile na naboj 40 nc, ki je točno na sredini med njima. 5. Na ploščatemu kondenzatorju s površino 10 cm 2 in razdaljo med ploščama 2,0 mm je napetost 10 V. Kolikšen je naboj? Za koliko se poveča energija kondenzatorja, če damo med plošči dielektrično snov z dielektričnostjo 5? 6. Tri kondenzatorje s kapaciteto 1,0 nf, 2,2 nf in 4,7 nf vežemo najprej zaporedno nato vzporedno ter na koncu prva dva vzporedno in tretjega zaporedno z njima. Izračunaj nadomestne kapacitete za vse tri primere. 7. Izoliran ploščni kondenzator s površino 100 cm 2 ima napetost 500 V. Razmik med ploščama je 1,0 mm, vmes pa je zrak. Kolikšen je naboj? Plošči razmaknemo na razdaljo 3,0 mm. Kolikšna je potem napetost? 8. Napetost na izoliranem kondenzator s kapaciteto 10 µf znaša 20 V. Priključimo ga na drugi kondenzator. Napetost pade na 2,0 V. Kolikšna je kapaciteta drugega kondenzatorja? 9. Kondenzator s kapaciteto 20 nf priključimo na napetost 110 V in počakamo, da se nabije. Kolikšen je naboj na ploščah kondenzatorja? Kondenzator odklopimo in prazen prostor med ploščama zapolnimo s snovjo z dielektričnostjo 5. Kolikšna je nova kapaciteta kondenzatorja in nova napetost med ploščama? 10. Neznan kondenzator nabijemo z napetostjo 48 V in ga nato vzporedno priključimo na drug kondenzator, s kapaciteto 10,0 F. Nova napetost znaša 36 V. Kolikšna je kapaciteta neznanega kondenzatorja? za 2 točki (Električni tok in upornost): 11. Kolikšna je notranja upornost 7,2 V baterije, če pri kratkem stiku teče tok 1,8 A? 12. Izračunaj upornost platinaste palice dolžine 4,0 cm in preseka 2,8 cm². Specifična upornost platine je 105 nω m. 13. Po aluminijastem vodniku dolžine 450,0 m teče tok 5,0 A. Presek vodnika je 8,0 mm², specifična upornost aluminija pa je 26 n Ωm. Izračunaj, na kolikšno napetost je priključen vodnik. 14. Z električnim grelcem segrejemo pol litra vode od 20 C do 100 C v dveh minutah. Kolikšen tok teče skozi grelec, če je ta priključen na napetost 220 V? Gostota vode je 1 g/cm³ in specifična toplota 4200 J/kgK. 15. Dve žarnici sta vezani zaporedno in priključeni na napetost 220 V. Prva ima nazivno moč 25,0 W, druga pa 60,0 W. Skozi katero žarnico teče večji tok? Kaj pa, če sta vezani vzporedno? 16. Tri enake baterije so povezane zaporedno, da imajo skupno gonilno napetost 4,5 V. Kolikšen je notranji upora vsake baterije, če teče skozi vezje, na katerega priključimo 120 Ω upor, tok 35,0 ma? 17. Upornike z upornostmi 12,0 Ω, 30,0 Ω in 23,0 Ω vežemo zaporedno in priključimo na napetost 12,0 V. Koliko je nadomestna upornost vezja in kolikšen tok teče skozi vsak upornik? 18. Dva zaporedno vezana upora sta priključena na napetost 5,0 V. Kolikšna je nadomestna upornost vezja, tok skozi vsak upornik in tok skozi celotno vezje, če imata upora upornosti 470,0 Ω in 330,0 Ω?

8 za 3 točke (Električno polje in napetost): 19. Trije naboji, vsak po +20 C, so pritrjeni v ogliščih kvadrata s stranico 1,0 m. Kolikšna je rezultanta sil na četrti, enak naboj, v četrtem oglišču? 20. Na električno izoliranem ploščnem kondenzatorju s kapaciteto 330 pf se nahaja naboj 6,6 nas. Koliko dela opravimo, če plošči razmaknemo na dvojno razdaljo (izračunaj energijo električnega polja)? 21. Kondenzator s kolikšno kapaciteto potrebujemo za fotografsko bliskavico, ki v času bliska 0,30 ms oddaja v povprečju 20 W svetlobne moči? Izkoristek bliskavice znaša okoli 2%, največja napetost na kondenzatorju, ki se sprazni preko bliskavice, pa 500 V. 22. Kondenzatorja s kapacitetama 3 F in 2 F naelektrimo pri napetostih 400 V in 600 V. Kolikšen je naboja na vsakem od njiju? Nato ju vežemo vzporedno, brez zunanjega vira napetosti in pri tem poskrbimo, da nič naboja ne odteče. Kolikšna napetost ostane med sponkama in za koliko se pri vezavi zmanjša energija? 23. Delec z maso 0,1 g prileti v kondenzator s hitrostjo 30 m/s, v smeri vzporedno z robovi plošč. Iz kondenzatorja prileti pod kotom 5 glede na prvotno smer gibanja. Plošči kondenzatorja sta kvadratni, s stranico 5 cm, razmik med njima je 1 cm in napetost 100 V. Kolikšen je električni naboj delca? 24. Na 24 V enosmerni izvor napetosti priključimo kondenzator s kapaciteto 20 pf. Kolikšen je naboj na ploščah? Kolikšni so novi: kapaciteta kondenzatorja, naboj in napetost, če razdaljo med ploščama zmanjšamo na polovico: a) ob priključenem ter b) izključenem izvoru napetosti. za 3 točki (Električni tok in upornost): 25. V električnem krogu imamo vir napetosti 5 V in dva zaporedno vezana upornika 220,0 Ω in 1,0 kω. Nariši skico vezja. Nariši, kam bi postavil inštrumenta za merjenje toka skozi vezje in napetosti na drugem uporniku. Kolikšen je tok skozi prvi in koliko skozi drugi upornik ter kolikšna sta padca napetosti na vsakem izmed njiju? Kolikšna moč se troši na prvem uporniku? 26. V električnem vezju at vzporedno vezana žarnica z nazivno močjo 40 W in upornik z upornostjo 1,0 kω. Vezje napajamo z enosmerno napetostjo 240 V. Kolikšen tok teče skozi žarnico in kolikšen skozi upornik? Kolikšna je upornost žarnice? 27. Na omrežno napetost imamo vzporedno vezane pečico z nazivno močjo 1500 W, kuhalno ploščo z nazivno močjo 1000 W in električni grelnik vode z nazivno močjo 2000 W. Kolikšen tok teče skozi vsak aparat in kolikšen skozi varovalko? 28. V vezju je žarnica, ki jo poganja baterija z gonilno napetostjo 4,5 V. Z ampermetrom in ugotovimo, da je tok skozi žarnico 0,3 A, ko pa z voltmetrom izmerimo napetost na bateriji, pokaže samo 4,0 V. Kolikšen je notranji upor baterije? 29. Upornost upornika v vezju je 330 Ω, na njem pa je padec napetosti 6,0 V. V vezje lahko priključimo voltmeter in ampermeter na dva načina. V katerem primeru bolj natančno določimo upornost upornika, če je notranja upornost voltmetra 200 kω in notranja upornost ampermetra 1,0Ω? 30. Temperaturo lahko merimo s platinasto sondo prek meritve upornosti sonde. Vemo, da ima sonda pri 0 C upornost 100 Ω in temperaturni koeficient specifičnega upora 3,92*10-3 K-1. Kolikšna je upornost pri vrelišču vode? Sondo segrejemo, da ji upornost naraste na 130,0 Ω. Na kolikšno temperaturo smo jo segreli? 31. Varovalka je sestavljena iz tanke žičke s presekom 0,01 mm², ki je ovita s kremenčevim peskom in zaprta v porcelanasto ohišje s kovinskimi stiki na vsakem koncu. Ob prevelikem toku se žička stali, kar prekine tokokrog. Izračunaj, koliko časa lahko teče skozi varovalko tok 15 A, preden se žička stali. Upoštevaj podatke: specifični upor 2,0*10-8 Ωm, specifična toplota 200 J/kgK, tališče 200 C, talilna toplota 126 kj/kg, gostota 6,0 g/cm³. 32. Če baterijo kratko sklenemo, teče tok 0,3 A, če pa v tokokrog vežemo 1,0 kω upornik, teče skozi vezje tok 1,49 ma. Kolikšna je gonilna napetost in notranji upor baterije? 33. Kolikšna je napetost baterije, ki napaja vezje, sestavljeno iz dveh vzporedno vezanih uporov upornosti 1,3 kω in 390,0 Ω, če skozi večji upor teče tok 3,84 ma? Kolikšen tok teče skozi drugi upornik in koliko je nadomestna upornost vezja? 34. Koliko uporov po 12,0 kω naj vežemo skupaj in kako, da bo nadomestna upornost manjša od 200,0 Ω?

9 FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje V ponedeljek, bo na vajah pregled izpiskov (do 2 točki). Za nastop je potrebno pripraviti vsaj pet nalog. Študenti z liho vpisno številko izbirajo med lihimi nalogami, tisti s sodo vpisno številko pa med sodimi. Študenti, ki že imajo točke iz nastopov pred tablo, morajo pripraviti vsaj dve težji nalogi (za 3 točke). za 2 točki: 1. Nihalo ima največjo hitrost 10,8 cm/s, največji pospešek pa 6,8 cm/s2. Kolikšni sta frekvenca in amplituda nihanja? Zapiši izraze za časovno odvisnost lege, hitrosti in pospeška, če je točka ob času 0 s v ravnovesni legi. Kolikšni so lega, hitrost in pospešek točke na začetku, na polovici in na koncu enega nihajnega časa? 2. Točka sinusno niha z amplitudo 6,4 cm in frekvenco 3,4 Hz. Kolikšni sta amplitudi hitrosti in pospeška? Koliko časa potrebuje točka, da se od mirovne lege odmakne za 3,2 cm? 3. Točka, ki sinusno niha, ima največjo hitrost 24 cm/s, največji pospešek pa 12 cm/s2. Kolikšni sta frekvenca in amplituda nihanja? Zapiši izraze za časovno odvisnost lege, hitrosti in pospeška, če je točka ob času 0 s v ravnovesni legi. Kolikšni so lega, hitrost in pospešek točke ob času 0,25 s? 4. Telo z maso 3 kg harmonsko niha z amplitudo odmika 8 cm in pospeška 3,5 m/s². Kolikšna je mehanska energija telesa? 5. Na vzmet postavimo utež z maso 40,0 g in utež se raztegne za 6,00 cm, nato pa to nihalo zanihamo. S kakšno frekvenco niha? 6. Utež mase 4,9 kg visi na vzmeti in niha z nihajnim časom 0,5 s. Za koliko se skrajša vzmet, če odpnemo utež? 7. Vzmetno nihalo, sestavljeno iz vzmeti in uteži z maso 50 g, niha z nihajnim časom 0,35 s. Kolikšna je frekvenca nihanja? Kolikšna je konstanta vzmeti? Kolikšna pa naj bo masa, če želimo, da se frekvenca nihanja zmanjša na polovico? 8. Ko oseba z maso 85 kg sede v avtomobil z maso 1400 kg, se ta posede za 2,0 cm. Kolikšen je efektivni koeficient vzmeti? S kolikšno frekvenco bi zanihal avtomobil, ko bi zadel luknjo na cesti, če ne bi bilo dušenja? 9. Konstanta vzmeti avtomobilskega vzmetenja je 400 N/cm. S kolikšnim nihajnim časom zaniha, ko ga malo izmaknemo iz ravnovesne lege? Avto ima maso 1200 kg. 10. Kolikšna je dolžina sekundnega matematičnega nihala na mestu, kjer je težni pospešek enak 9,81 m/s2? Kolikšna mora biti dolžina, da je nihajni čas dvakrat daljši? 11. Valovanje s frekvenco 500 Hz se širi hitrostjo 350 m/s. Kolikšna je valovna dolžina? 12. S kolikšno silo je napeta 3,0 m dolga vrv z maso 25 g, po kateri se širi transverzalni val s hitrostjo 52 m/s? 13. Valovi z dolžino 9,5 m potujejo proti obali s hitrostjo 4,5 m/s. S kolikšnim nihajnim časom niha čolnič, ki je sprva zasidran, nato pa se giblje proti obali s hitrostjo 3 m/s? 14. Površina človeškega bobniča je m 2. Kolikšne so jakost, glasnost in moč zvoka, ki vpada na bobnič a) na meji slišnosti, b) na meji bolečine? 15. Sirena na vozilu, ki se giblje s hitrostjo 26 m/s, oddaja zvok s frekvenco 490 Hz. Kolikšno frekvenco sliši mirujoči poslušalec, ko se mu vozilo približuje in kolikšno, ko se od njega oddaljuje? Kakšna sta odgovora, če sta vlogi zamenjani: sirena miruje, poslušalec pa se ji približuje, nato pa oddaljuje? 16. Poslušalec se s hitrostjo 22 m/s približuje mirujoči sireni, ki oddaja zvok s frekvenco 460 Hz. Kolikšno frekvenco sliši, ko se približuje in kolikšno, ko se oddaljuje? 17. Določi prve tri frekvence, ki jih vzbudimo v a) 25 cm dolgi piščali, ki je odprta na obeh koncih in b) v 25 cm dolgi piščali, ki je odprta na enem koncu. 18. Kolikšna je frekvenca osnovnega tona 40 cm dolge klavirske strune z maso 6 g, ki je napeta s silo 450 N?

10 za 3 točke: 20. Kolikšen je nihajni čas 1 m dolge palice, ki je vpeta v krajišču? Kako dolgo pa bi bilo matematično nihalo, ki bi imelo enak nihajni čas? Kolikšna je amplituda pospeška spodnjega konca palice, če je amplituda nihanja 4? Vztrajnostni moment palice za vrtenje okoli osi na krajišču je ml2/ Kolikšen je odstotek nihajnega časa, v katerem je odmik sinusno nihajoče točke po absolutni vrednosti večji od 9/10 amplitude? 22. Nihalo izgubi pri vsakem nihaju 3% energije. Po koliko nihajih se njegova energija zmanjša na polovico? 23. Okrogel obroč polmera 30 cm visi na žeblju. S kolikšnim nihajnim časom zaniha, če ga nekoliko izmaknemo iz ravnovesne lege? 24. Ogledalo, ki ima obliko okrogle plošče z maso 2,5 kg, visi na steni na žeblju tako, da je vrtljivo okrog točke na obodu. Ko ga malo izmaknemo iz ravnovesne lege in spustimo, zaniha s frekvenco 1,4 Hz. Kolikšen je polmer ogledala? 25. Valovanje s frekvenco 10 Hz se širi hitrostjo 35 m/s. Koliko sta med seboj oddaljeni točki, ki nihata s fazno razliko 40? 26. Vlak brez ustavljanja vozi mimo postaje s hitrostjo 40,0 m/s, ob tem pa trobi s frekvenco 340 Hz. Kolikšno frekvenco sliši opazovalec, ko se vlak približuje in kolikšno, ko se oddaljuje? Kolikšno frekvenco sliši strojevodja v drugem vlaku, ki se prvemu približuje z enako hitrostjo 40,0 m/s? 27. Radijska postaja oddaja valove s frekvenco 106,4 MHz in močjo 100 W. Kolikšna je valovna dolžina valov? Kolikšna je intenziteta valovanja na razdaljah 10 km in 100 km stran od oddajnika? 28. Zaporedni lastni frekvenci strune z linearno gostoto mase 2,6 g/m, ki je napeta s silo 12 N, znašata 480 Hz in 600 Hz. Izračunaj osnovno frekvenco in dolžino strune. (120 Hz; 12,3 cm) 29. Struna kitare niha pri 205 Hz, morala pa bi pri 200 Hz. Za koliko odstotkov moramo zmanjšati silo, s katero je napeta struna, da bo nihala z želeno frekvenco? (5%) 30. Glasnost trobente, izmerjena na razdalji 1 m, je 115 db. Kolikšna je jakost zvoka? Kolikšni sta jakost in glasnost zvok petih trobent na enaki razdalji in kolikšni na razdalji 8 m? V kolikšni razdalji še slišimo ta zvok? Predpostavi, da se zvok širi v polkroglo. 31. S kolikšno močjo je treba vzbujati vrv z linearno gostoto mase 20 g/m, po kateri se s hitrostjo 30 m/s širi transverzalno valovanje z amplitudo 1,5 cm in valovno dolžino 40 cm? 32. Nihajni čas matematičnega nihala-ure, umerjenega pri temperaturi 20 C, je natanko 5 s. Kaj se zgodi, če temperaturo povečamo (zmanjšamo) za 10 C? Za koliko zaostaja (prehiteva) ura v 12 urah? Nitka nihala je iz jekla. Reši z uporabo diferenciala.

11 FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje Za nastop je potrebno pripraviti vsaj pet nalog. Študenti z liho vpisno številko izbirajo med lihimi nalogami, tisti s sodo vpisno številko pa med sodimi. za 2 točki: 1. Plin se iz začetnega stanja 4,0 b in 2,0 l razširi v stanje 1,0 b in 4,0 l. To lahko naredi na tri različne načine: a) hkratno spreminjanje tlaka in volumna, b) najprej raztezanje, nato znižanje tlaka in c) najprej znižanje tlaka, nato raztezanje. Kakšno delo je opravil plin pri vsaki poti? (2,4 kj, 0,6 kj, 1,1 kj) 2. Toplotni stroj sprejme 39 kj toplote je odda 33 kj. Kolikšen je izkoristek stroja? (15 %) 3. Kolikšen je izkoristek Carnotovega toplotnega stroja, ki deluje med temperaturama 200 in 50,0? (32 %) 4. Nek motor v vsakem ciklu sprejme 1800 J toplote in je odda 1300 J. Koliko koristnega dela opravi ta motor in kakšen ima izkoristek? Izračunaj s kakšno močjo dela motor, če en cikel traja 0,2 s. (500,0 J, 28 %, 2500 W) 5. Carnotov toplotni stroj dela med temperaturama 80,0 in 350. V vsakem ciklu, ki traja 1,20 s, sprejme 15,0 kj toplote. Koliko koristnega dela dobimo iz takega stroja vsak cikel in s kakšno močjo dela? 6. Motor deluje z močjo 6,0 kw in v vsakem ciklu odda 9000 J toplote. Izkoristek znaša 25 %. Izračunaj koliko toplote sprejme tak stroj in koliko traja en cikel. 7. Jedrska elektrarna Krško deluje z izkoristkom 35 % in proizvede 700 MW električne moči. Odvečno toploto oddaja v reko Savo, ki teče s pretokom 185 m³s. Za koliko se Sava segreje? (1,7 ) 8. Iz reke v kateri ima voda temperaturo 6,0 s toplotno črpalko črpamo toploto, da segrejemo vodo na 60, s katero potem ogrevamo stanovanje. Koliko dela moramo za vsak joule dovedene toplote dovesti toplotni črpalki, če je njen izkoristek ravno polovičen od idealnega izkoristka? 9. Hladilnik v notranjosti vzdržuje temperaturo 5,0. Toploto oddaja pri temperaturi 65. Njegov motor dela z močjo 80 W. Koliko toplote izčrpa hladilnik v 20 minutah, če deluje kot idealni toplotni stroj? (21 kj) 10. Za koliko se spremeni entropija vesolja, če 500 kg hlod pade čez 5,00 m visok slap in je temperatura okolice 28,0? 11. Za koliko se spremeni entropija sistema, če pri temperaturi 0,0 zamrznemo 2,0 kg vode? Specifična talilna toplota ledu je 336 J/kg. (2,5 kj/k) 12. Na površju Sonca je 5800 K, na Zemljinem pa 293 K. Koliko se spremeni entropija sistema, ko Sonce odda 2,0 kj energije in je toliko Zemlja tudi sprejme? 13. Za koliko se spremeni entropija 1,30 kg jekla, ki ima specifično toploto 466 J/kgK, če ga segrejemo z 20,0 na 35,0? (30,2 J/K) 14. Za koliko se spremeni entropija sistema, če 5,0 kg vode pri temperaturi 20 zamrznemo in kasneje led ohladimo na 5,0? Specifična toplota vode je 4200 J/kgK, specifična talilna toplota ledu je 336 J/kg in specifična toplota ledu 2100 J/kgK. za 3 točke: 15. Kolikšen je toplotni tok skozi bakreno ploščo dimenzij 50,0 mm 30,0 mm 20,0 mm, če je temperaturna razlika med večjima površinama enaka 30,0? Toplotna prevodnost bakra je 400 W/m K. (0,6 MW/m 2 ) 16. Koliko lesa naj zgori vsako sekundo, da se v koči ohranja stalna temperatura 22,0? Zunaj je temperatura 2,0, površina sten, skozi katere se prevaja toplota, je 50,0 m 2 in debelina izolacije 5,00 cm. Toplotna prevodnost izolacije je 0,12 W/m.K. Specifična sežigna toplota lesa je 15,0 MJkg. (0,58 kg) 17. Na kolikšno temperaturo se segreje kvadratni meter sončnega kolektorja? Gostota svetlobnega toka, ki vpada na Zemljo s Sonca, je 1350 W/m 2, kolektorji absorbirajo 90,0 % sončevega sevanja in zunanja temperatura znaša 20,0. (130 ) 18. Gostota svetlobnega toka, ki pada na Zemljo 1350 W/m 2. Zemlja je od Sonca oddaljena 150,0 10⁹ m, radij Sonca pa je 7,0 10⁸ m. Kolikšna je temperatura na površju Sonca, ki ga obravnavamo kot črno telo?

12 19. V skodelico vlijemo čaj s temperaturo 80, jo pokrijemo in postavimo na zunanjo stran okenske police, da se hladi. Koliko časa naj ostane skodelica zunaj, kjer je temperatura 5,0, če je toplotna prevodnost snovi, iz katere je skodelica, enaka 0,8 W/m.K in debelina stene 3,0 mm? V skodelici je 0,2 l čaja, stene in dno pa imajo površino 1,5 dm 3. Specifična toplota čaja je enaka specifični toploti vode, 4200 J/kgK. 20. Po cevi, okoli katere je 1,50 cm izolacije s toplotno prevodnostjo 0,05 W/m.K, teče vodna para s temperaturo 200. Kolikšne so izgube energije vsako sekundo, če ima cev premer 1,60 m in je dolga 50,0 m? Zunanja temperatura je 20,0. Pri računanju zanemari prevajanje toplote na konceh cevi. 21. V posodi, ki jo zapira premični bat imamo plin pod tlakom 10,0 bar in temperaturo 280 K, nato pri konstantni temperaturi tlak znižamo za 4-krat. Kasneje pri konstantnem tlaku povečamo temperaturo na 350 K. V naslednjem koraku pri konstantni temperaturi tlak povečamo na začetno vrednost in nazadnje pri konstantnem tlaku poskrbimo, da je temperatura enaka začetni. Nariši grafa p(t) in V(T), če imamo v posodi 1,00 kg helija. 22. Nek sistem opravlja takšno krožno spremembo: iz stanja 2,0 b in 6,0 l se plin raztegne na 10 l in tlak se mu poveča na 8,0 b. Nato se pri konstantni prostornini zmanjša tlak na začetno vrednost in nazadnje se pri konstantnem tlaku prostornina zmanjša na začetno. Nariši p(v) diagram in izračunaj koliko toplote odda tak sistem? (695 J)

13 FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje Pripraviti je potrebno najmanj 5 nalog. Študenti, katerih vpisna številka se konča s številko 0, 1, 4 ali 7, izbirajo med nalogami 1, 4, 7 (3n+1) Študenti, katerih vpisna številka se konča s številko 2, 5 ali 8, izbirajo med nalogami 2, 5, 8 (3n+2) Študenti, katerih vpisna številka se konča s številko 3, 6 ali 9, izbirajo med nalogami 3, 6, 9 3n za 2 točki: 1. Merilni trak iz aluminija je umerjen pri temperaturi 20. Kolikšno napako naredimo, če z njim merimo pri temperaturi 35? (0,036 %) 2. Palica, dolga 1,5000 m je sestavljena iz 0,7500 m dolgega bakrenega in 0,7500 m dolgega jeklenega dela. Palico segrejemo z 20 na 200. Kolikšna je nova dolžina palice? Konca segrete palice stisnemo s silo 100 kn. Kolikšna je sedaj dolžina? Presek palice je 15,0 cm 2. Youngov modul bakra je Pa. (1,5038 m, 1,5031 m) 3. V bakreni plošči je luknja s premerom 20,00 cm. Za koliko moramo segreti ploščo, da lahko skozi luknjo pade jeklena kroglica s premerom 20,05 cm? Kaj pa, če segrejemo tudi kroglico? (147, 419 ) 4. Jekleno tračnico, segreto na 27 in dolžine 20 m, pritrdijo na progo. S kolikšno silo se poskusi skrčiti, ko se pozimi shladi na 4? Presek tračnice je enak 20 cm 2. Youngov modul jekla je Pa. 5. Jeklena žica je napeta med 2,0000 m oddaljenima točkama s silo 20 kn. Za koliko moramo segreti žico, da se sila zmanjša na 10 kn? Presek žice je 1,00 cm Termometer meri temperaturo s spremembo volumna živega srebra v okrogli stekleni bučki. Kolikšno relativno napako naredimo, če ne upoštevamo, da se s segrevanjem širi tudi steklo? Linearni raztezek stekla je 9, K 1, volumski raztezek živega srebra pa 1, K Za kolikšen delež se poveča presek jeklenega kabla, ki ga segrejemo za 5,0 K? (0,011 %) 8. Pri 20,0 je tlak v zračnici 200 kpa. Kolikšen bo tlak v zračnici, ko se zaradi vožnje segreje na 24,0? Raztezek gume zanemari. (240 kpa) 9. Valj z volumnom 0,050 m 3 in presekom 100 cm 2 ima v notranjosti premično pregrado. Na levo stran pregrade načrpamo 0,50 kg zraka, na desno pa 0,75 kg. Zrak ima temperaturo 20. Kje se nahaja pregrada? Za koliko moramo segreti zrak na levi strani, da bo pregrada na sredini? (leva stran: 2,0 m; 10 ) 10. Sinji kit plava 0,4 km pod gladino oceana. Izdahne mehurček zraka z volumnom 3,0 cm 3 in temperaturo 35. Kolikšen je volumen mehurčka tik pod površjem? Na poti se mehurček ohladi na temperaturo 8, V posodi z volumnom 5,0 l je pri temperaturi 100 K 2,0 mola helija. Kolikšna je sprememba tlaka, če v posodo načrpamo še 1,0 mol helija? Med črpanjem se helij segreje na 120 K. Molska masa helija je 4,0 g/mol ,00 mola helija pri temperaturi 250 K stisnemo in pri tem opravimo 25 J dela. Za koliko se je povečala temperatura helija? 13. Plin v termometru držimo na konstantnem volumnu. Spremembe temperature merimo s spremembo višine živega srebra v manometru. V termometru z volumnom 2,0 l je 1,0 mol helija. Pri kolikšni spremembi temperature se bo nivo živega srebra dvignil za 5,0 cm? Gostota živega srebra je 13,5 g/cm 3. (1,6 K) 14. Kolikšna je hitrost atoma helija pri temperaturi 25? Masa atoma helija je 6, kg. (1360 ms) 15. Kolikšna je notranja energija 10,0 g helija pri temperaturi 300 K? (9350 J) 16. V posodi z volumnom 1,0 l je 5,0 molov molekul kisika. Kolikšen je tlak v posodi, če je povprečna hitrost molekul 300 ms? (14,4 kpa) 17. James Prescott Joule, po katerem se danes imenuje enota za energijo, je napravil poskus, tako da je v lonec z vodo postavil propeler, na njegovo os pa je ovil vrvico, ki jo je prek škripca privezal na utež, ki jo je spustil in s tem zavrtel propeler. Ko se je propeler ustavil je pomeril dvig temperature vode. S tem je potrdil, da obstaja povezava med mehansko in toplotno energijo. Izračunaj, za koliko se je segrel liter vode, če je 1,00 kg utež spustil z višine 1,50 m. Upoštevaj, da je gostota vode 1000 kgm3 in specifična toplota 4,20 kjkg K. (3,50 mk)

14 18. Angelski slap leži v Venezueli in ima padec kar 979 m. Izračunaj, koliko je temperatura vode na dnu slapa, če je zgoraj 10,0 in se vsa potencialna energija pretvori v toploto. (12,3 ) 19. S kuhinjskim mešalnikom z nazivno močjo 500 W mešajo 1,00 kg vode. Koliko časa naj mešalnik deluje, da bo voda zavrela, če je imela na začetku 20,0? Izgube zanemari. 20. V 0,20 l soka s temperaturo 20,0 vržemo tri ledene kocke s skupno prostornino 10,0 ml. Na kolikšno temperaturo se shladi sok, ko se vse tri kocke stopijo? Pri računanju upoštevaj, da se nič toplote ne prevaja čez stene kozarca in da imajo kocke na začetku temperaturo 0,0 ter da ima sok tako specifično toploto kot voda. 21. V talilnici stalijo 5,0 g zlata in ga vlijejo v model, nato pa vse skupaj potopijo v bazen z vodo s temperaturo 5,0. Za koliko se segreje bazen, v katerem je 20,0 l vode? Zlato se stali pri temperaturi 1337,3 K in ima specifično talilno toploto 67,0 kjkg in specifično toploto 126,0 J/kg K. 22. V bazenu je 2000 m 3 vode. Koliko energije potrebujemo, da vodo segrejemo s 15 na 20? Koliko časa bi morali greti vodo s grelcem, ki greje z močjo 2000 W? Koliko takih grelcev potrebujemo, da vodo segrejemo v dvanajstih urah? (42 GJ, 243 dni, 486) 23. V idealni kalorimeter vstavimo kos kovine s temperaturo 100 in maso 50,0 g. V kalorimetru je 0,50 kg vode s temperaturo 10,0. Kolikšna je specifična toplota kovine, če je ravnovesna temperatura 20,0? (5250 J/kgK) 24. Kolikšna je temperatura vode po dolgem času, če v posodo postavimo 10,0 l vode s temperaturo 60,0, 0,50 kg železa s temperaturo 10,0 in 0,30 kg aluminija s temperaturo 20,0? Toplota skozi stene posode ne prehaja. (59,5 ) 25. Za koliko se segrejejo zavore v avtomobilu z maso 2,00 ton, ko ta s hitrosti 90,0 kmh zavre na 50,0 kmh? Masa vsake železne zavore je 8,00 kg, specifična toplota železa pa je 448 Jkg K. 26. Koliko energije moramo dovesti, da kilogram ledu s temperaturo 10,0 stalimo in nato vodo zavremo? Specifična toplota ledu je 2100 Jkg K, specifična talilna toplota ledu je 334,0 kjkg, specifična toplota vode je 4200 Jkg K, specifična izparilna toplota je 2,26 MJkg. 27. V 2,0 l posodi imamo helij pod tlakom 2,3 bar in temperaturi 60. Kolikšna je notranja energija helija, če ga obravnavaš kot idealni plin? 28. Dvoatomni plin adiabatno stisnemo iz 5,0 l na 2,0 l. Koliko je tlak po stiskanju, če je začetni tlak 1,0 bar? Kaj pa, če plin stisnemo izotermno? 29. V dveh posodah, ki ju zapira bat, imamo po 2,0 l plina. Na kolikšno prostornino moramo razpeti plin v prvi in v drugi posodi, da bo tlak iz 2,0 bar padel na 1,0 bar? Plin v prvi posodi razpnemo hitro, v drugi pa počasi. Razmerje med specifično toploto pri stalnem tlaku in stalni prostornini je 5/ Stekleno posodo do vrha napolnimo z živim srebrom. Posodo in živo srebro segrejemo za 20 K, čez rob posode steče 5,0 cm 3 živega srebra. Kolikšen je začetni volumen posode? za 3 točke: 31. Potapljač napolni jeklenko z zrakom. Pri temperaturi 20 je volumen jeklenke 5,0 l, zrak v jeklenki pa je stisnjen na 200 bar. Koliko časa lahko s tako jeklenko dihamo pod vodo, če potrebujemo 8,4 grama zraka na minuto? Povprečna molska masa zraka je 29 g/mol. 32. Soba z volumnom 40,00 m 3 je neprodušno izolirana od okolice. V njej je zrak s temperaturo 20,0 in tlakom 200,0 kpa. V sobi odpremo jeklenko z volumnom 5,0 l in tlakom 100,0 bar. Kolikšen je tlak v sobi, ko se temperatura zraka spet ustali na 20,0? (102,5 kpa) 33. Ledu z maso 100 g in temperaturo 0,0 talimo z 20,0 g pare s temperaturo 100? Koliko vode imamo na koncu v posodi? (75,9 g) 34. Kolikšna je povprečna kinetična energija molekule kisika pri temperaturi 30,0? (6,27 10 ²¹ J) 35. Vodo podhladimo do temperature 8,0, nato pa jo zmotimo, da del zmrzne. Kolikšen del vode zmrzne? Na koncu je v posodi mešanica vode in ledu pri temperaturi 0,0?

15 36. Po cevi, okoli katere je 1,50 cm izolacije s toplotno prevodnostjo 0,05 W/m.K, teče vodna para s temperaturo 200. Kolikšne so izgube energije vsako sekundo, če ima cev premer 1,60 m in je dolga 50,0 m? Zunanja temperatura je 20,0. Pri računanju zanemari prevajanje toplote na konceh cevi. 37. Kolikšen je toplotni tok skozi bakreno ploščo dimenzij 50,0 mm 30,0 mm 20,0 mm, če je temperaturna razlika med večjima površinama enaka 30,0? Toplotna prevodnost bakra je 400 W/m K. (0,6 MW/m 2 ) 38. Koliko lesa naj zgori vsako sekundo, da se v koči ohranja stalna temperatura 22,0? Zunaj je temperatura 2,0, površina sten, skozi katere se prevaja toplota, je 50,0 m 2 in debelina izolacije 5,00 cm. Toplotna prevodnost izolacije je 0,12 W/m.K. Specifična sežigna toplota lesa je 15,0 MJkg. (0,58 kg) 39. Na kolikšno temperaturo se segreje kvadratni meter sončnega kolektorja? Gostota svetlobnega toka, ki vpada na Zemljo s Sonca, je 1350 W/m 2, kolektorji absorbirajo 90,0 % sončevega sevanja in zunanja temperatura znaša 20,0. (130 ) 40. Eskim si na polarnem območju zgradi kočo iz lesa, čez pa položi 15,0 cm debelo plast ledu. Lesene stene so debele 10,0 cm in imajo toplotno prevodnost 0,30 W/m.K, led pa 2,10 W/m.K. Koča je v obliki kvadra s stranicami 4,00 m 4,00 m 2,00 m, skozi največjo ploskev, ki je na dnu, pa se toplota ne prevaja. Izračunaj povprečni koeficient toplotne prevodnosti. Zunanja temperatura je 15,0, v notranjosti pa Eskim vzdržuje 10,0. Kolikšne so toplotne izgube skozi stene koče in kolikšna je temperatura med plastjo ledu in lesa? 41 Gostota svetlobnega toka, ki pada na Zemljo 1350 W/m 2. Zemlja je od Sonca oddaljena 150,0 10⁹ m, radij Sonca pa je 7,0 10⁸ m. Kolikšna je temperatura na površju Sonca, ki ga obravnavamo kot črno telo? 42. V skodelico vlijemo čaj s temperaturo 80, jo pokrijemo in postavimo na zunanjo stran okenske police, da se hladi. Koliko časa naj ostane skodelica zunaj, kjer je temperatura 5,0, če je toplotna prevodnost snovi, iz katere je skodelica, enaka 0,8 W/m.K in debelina stene 3,0 mm? V skodelici je 0,2 l čaja, stene in dno pa imajo površino 1,5 dm 3. Specifična toplota čaja je enaka specifični toploti vode, 4200 J/kgK.

16 FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje Pripraviti je potrebno najmanj 5 nalog. Študenti, katerih vpisna številka se konča s številko 0, 1, 4 ali 7, izbirajo med nalogami 1, 4, 7 (3n+1) Študenti, katerih vpisna številka se konča s številko 2, 5 ali 8, izbirajo med nalogami 2, 5, 8 (3n+2) Študenti, katerih vpisna številka se konča s številko 3, 6 ali 9, izbirajo med nalogami 3, 6, 9 3n za 2 točki: 1. Žica ima premer 2,0 mm, njena največja dovoljena napetost pa je 4, N/m 2. Kolikšna je pri tej napetosti sila? 2. Koliko je relativni raztezek žice s prožnostnim modulom 2, N/m 2, če nanjo obesimo 2,0 kg utež in je premer žice 0,5 mm? 3. V cirkusu se telovadec guga na gugalnici, ki je prirejena z žico, katere meja natezne trdnosti znaša 5,00 10⁸ N/m 2. Telovadec je skupaj z gugalnico težek 65,0 kg. Koliko je najmanjši radij žice, da se ta ne pretrga? 4. Bakreno palico dolžine 2,0 m in premera 3,0 cm obremenimo na tlak s silo 500 N. Za koliko se pri tem spremenijo dolžina, premer in volumen palice? ( 12 m; 0,065 m; 2,4 mm) 5. Bakreno žico dolžine 2,0 m in jekleno žico dolžine 1,0 m privežemo eno za drugo in na spodnji konec obesimo utež mase 5,0 kg. Žici imata enak presek 1,0 mm2. Za koliko se podaljša vsaka od žic in za koliko se zmanjšata premera? (0,82 mm; 0,25 mm; 0,17 m; 70 nm) 6. Palica mase 10 kg in dolžine 80 cm je obešena v krajiščih na dve enako dolgi vzporedni žici 1,0 m in preseka 0,1 mm2. Prva žica je jeklena, druga bakrena. Za kolikšen kot glede na vodoravnico je nagnjena palica? (0,12 ) 7. Vodoravna lahka palica dolžine 80 cm je na krajiščih pripeta na dve navpični enako dolgi vzporedni žici enakega preseka. Prva žica je bakrena, druga pa jeklena. Koliko stran od bakrene žice je treba obesiti utež, da bo palica tudi po obremenitvi ostala v vodoravni legi? (50 cm) 8. Osemdeset centimetrov dolga bakrena žica je na enem koncu vpeta, na drugi konec pa je pritrjen kamen z maso 2,5 kg. Kamen vrtimo v vodoravni smeri s kotno hitrostjo 8,0 s 1. Za koliko se podaljša žica? Presek žice je 1,1 mm Dvigalo z največjo skupno dovoljeno maso 3100 kg visi na jekleni vrvi. Največji pospešek dvigala znaša 1,2 m/s 2. Kolikšen naj bo premer vrvi? Upoštevaj 7 kratni varnostni faktor. 10. Vsa štiri kolesa avtomobila so napolnjena z zrakom pod pritiskom 2,2 bar. Površina vsakega kolesa, ki se dotika tal, je 0,024 m 2. Izračunaj težo avtomobila. 11. Kako visok betonski steber lahko sezidamo, če ima 1,0 m 3 betona maso 5,0 t in je največji dovoljeni pritisk na plast betona 1, N/m 2? 12. Novozapadli sneg ima premajhno nosilnost, da bi po njem lahko hodil 70 kg človek s čevlji, ki imajo površino 250 cm2. Poskus je pokazal, da lahko omenjeni čevelj nosi 46,5 kg. Najmanj kolikšna mora biti površina krpelj, ki si jih nadane človek, da bo lahko hodil po snegu brez vdiranja? 13. Splav je sestavljajo drevesna debla gostote 800 kg/m3, dolžine 5,0 m in premera 0,3 m. Koliko debel potrebujemo, da bi lahko s splavom prepeljali osebni avtomobil z maso 1500 kg, ne da bi se splav potopil pod vodo? 14. Gostota morske vode zanaša 1025 kg/m 3, gostota ledu pa 917 kg/m 3. Kolikšen del ledene gore gleda iz morja? 15. V kateri globini je gostota vode za 1,0 % večja kot ob gladini? (2,2 km) 16. S kolikšno silo moramo pritiskati na jekleno votlo kocko s stranico 16 cm in debelino stene 2,0 mm, da se potopi pod vodo? (16,7 N) 17. Kolikšna je gostota snovi, iz katere je izdelana krogla, ki na zraku tehta 200 N in jo moramo tiščati navzdol s silo 50,0 N, če jo hočemo potopiti pod vodo? 18. Plovec v obliki valja s premerom 50 mm in višino 40 mm iz medenine gleda s četrtino svoje višine iz bencina. Kako debele so njegove stene?