14E: Njia za Uhamisho wa joto na Joto (Zoezi)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 183706

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

Maswali ya dhana

14.1: Joto

1. Je! Uhamisho wa joto unahusianaje na joto?

2. Eleza hali ambayo uhamisho wa joto hutokea. Ni aina gani za nishati zinazosababisha?

3. Wakati joto uhamisho katika mfumo, ni nishati kuhifadhiwa kama joto? Eleza kwa ufupi.

14.2: Mabadiliko ya Joto na Uwezo wa Joto

4. Ni mambo matatu gani yanayoathiri uhamisho wa joto ambao ni muhimu kubadili joto la kitu?

5. Breki katika gari huongezeka kwa joto na$\displaystyle ΔT$ wakati wa kuleta gari kupumzika kutoka kasi$\displaystyle v$. Kiasi gani$\displaystyle ΔT$ itakuwa kubwa kama gari awali alikuwa mara mbili kasi? Unaweza kudhani gari kuacha kutosha haraka ili hakuna joto uhamisho nje ya breki.

14.3: Mabadiliko ya Awamu na Joto la Latent

6. Uhamisho wa joto unaweza kusababisha mabadiliko ya joto na awamu. Nini kingine inaweza kusababisha mabadiliko haya?

7. Je! Joto la latent la fusion la maji linasaidia kupunguza kupungua kwa joto la hewa, labda kuzuia joto la kuanguka kwa kiasi kikubwa chini$\displaystyle 0ºC$, karibu na miili mikubwa ya maji?

8. Je! Joto la barafu ni nini baada ya kuundwa na maji ya kufungia?

9. Ikiwa utaweka$\displaystyle 0ºC$ barafu ndani$\displaystyle 0ºC$ ya maji kwenye chombo cha maboksi, kitatokea nini? Je, baadhi ya barafu itayeyuka, maji mengi yatafungia, au hayatatokea?

10. Je! Condensation juu ya glasi ya maji ya barafu ina athari gani juu ya kiwango ambacho barafu huyeyuka? Je, condensation itaharakisha mchakato wa kuyeyuka au kupunguza kasi?

11. Katika hali ya hewa ya mvua sana ambako kuna miili mingi ya maji, kama vile huko Florida, ni jambo la kawaida kwa joto kuongezeka juu ya takriban 35ºC (95ºF). Katika jangwa, hata hivyo, joto linaweza kuongezeka juu ya hili. Eleza jinsi uvukizi wa maji husaidia kupunguza joto la juu katika hali ya hewa ya baridi.

12. Katika winters, mara nyingi ni joto katika San Francisco kuliko katika Sacramento karibu, 150 km bara. Katika joto, ni karibu kila mara moto katika Sacramento. Eleza jinsi miili ya maji jirani San Francisco wastani joto yake uliokithiri.

13. Kuweka kifuniko kwenye sufuria ya kuchemsha hupunguza sana uhamisho wa joto unaohitajika ili uifanye moto. Eleza kwa nini.

14. Vyakula vya kavu vya kufungia vimeharibika maji katika utupu. Wakati wa mchakato, chakula kinafungia na kinapaswa kuwa joto ili kuwezesha maji mwilini. Eleza jinsi utupu unavyoongezeka maji mwilini na kwa nini chakula kinafungia kama matokeo.

15. Wakati bado hewa hupungua kwa kuangaza usiku, ni kawaida kwa joto kuanguka chini ya kiwango cha umande. Eleza kwa nini.

16. Katika maandamano ya darasani ya fizikia, mwalimu hupunguza puto kwa kinywa na kisha huipunguza katika nitrojeni ya kioevu. Wakati baridi, puto iliyopungua ina kiasi kidogo cha kioevu cha bluu ndani yake, pamoja na fuwele zenye theluji. Kama inapokanzwa, majipu ya kioevu, na sehemu ya fuwele hupungua, na fuwele fulani hupungua kwa muda na kisha kuzalisha kioevu. Kutambua kioevu bluu na yabisi mbili katika puto baridi. Thibitisha vitambulisho vyako kwa kutumia data kutoka Jedwali.

14.4: Njia za Uhamisho wa Joto

17. Njia kuu za uhamisho wa joto kutoka kwenye msingi wa moto wa Dunia hadi uso wake? Kutoka uso wa dunia hadi anga la nje?

14.5: Uendeshaji

18. Baadhi ya vituo vya umeme vina uso wa gorofa ya kauri na vipengele vya joto vilivyofichwa chini. Pua iliyowekwa juu ya kipengele cha kupokanzwa itakuwa joto, wakati ni salama kugusa uso tu sentimita chache mbali. Kwa nini kauri, na conductivity chini ya ile ya chuma lakini kubwa zaidi kuliko ile ya insulator nzuri, chaguo bora kwa juu ya jiko?

19. Nguo nyeupe zinazofaa zinazofunika zaidi ya mwili ni bora kwa wakazi wa jangwa, wote katika Jua la moto na wakati wa jioni baridi. Eleza jinsi mavazi hayo yanafaa wakati wa mchana na usiku.

Takwimu inaonyesha kundi la wanamuziki wamevaa nguo za muda mrefu, zisizofaa za rangi ambazo hupungua kwa miguu yao.
Jellabiya huvaliwa na wanaume wengi huko Misri. (mikopo: Zerida)

14.6: Convection

20. Njia moja ya kufanya mahali pa moto zaidi ya ufanisi wa nishati ni kuwa na hewa ya nje kwa mwako wa mafuta yake. Mwingine ni kuwa na chumba cha hewa kinachozunguka nje ya sanduku la moto na kurudi ndani ya chumba. Maelezo ya njia za uhamisho wa joto zinazohusika katika kila mmoja.

21. Juu ya baridi, farasi za usiku wazi zitalala chini ya kifuniko cha miti kubwa. Je! Hii inawasaidiaje joto?

14.7 Mionzi

22. Wakati wa kuangalia circus ya mchana katika hema kubwa, yenye rangi ya giza, unahisi uhamisho mkubwa wa joto kutoka hema. Eleza kwa nini hii hutokea.

23. Satelaiti iliyoundwa kuchunguza mionzi kutoka baridi (3 K) nafasi ya giza ina sensorer ambayo ni kivuli kutoka Jua, Dunia, na Mwezi na kwamba ni kilichopozwa kwa joto la chini sana. Kwa nini sensorer lazima iwe kwenye joto la chini?

24. Kwa nini usiku wa mawingu huwa joto zaidi kuliko wale walio wazi?

25. Kwa nini thermometers zinazotumiwa katika vituo vya hali ya hewa zinalindwa na jua? Je, thermometer inapima nini ikiwa inalindwa na jua na pia ikiwa sivyo?

26. Kwa wastani, Dunia ingekuwa joto au baridi bila anga? Eleza jibu lako.

Matatizo na Mazoezi

14.2: Mabadiliko ya Joto na Uwezo wa Joto

27. Siku ya moto, joto la bwawa la kuogelea la 80,000-L linaongezeka kwa$\displaystyle 1.50ºC$. Je! Ni uhamisho gani wa joto wakati wa joto hili? Puuza matatizo yoyote, kama vile kupoteza maji kwa uvukizi.

Suluhisho
$\displaystyle 5.02×10^8J$

28. Onyesha hilo$\displaystyle 1cal/g⋅ºC=1kcal/kg⋅ºC$.

29. Ili kuharibu chupa ya mtoto wa kioo 50.0-g, lazima tuongeze joto lake kutoka$\displaystyle 22.0ºC$ hadi$\displaystyle 95.0ºC$. Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto unahitajika?

Suluhisho
$\displaystyle 3.07×10^3J$

30. Uhamisho huo wa joto katika raia sawa wa vitu tofauti hutoa mabadiliko tofauti ya joto. Tumia joto la mwisho wakati 1.00 kcal ya joto huhamisha ndani ya kilo 1.00 ya yafuatayo, awali saa$\displaystyle 20.0ºC$:

(a) maji;

(b) saruji;

(d) zebaki.

31. Kusafisha mikono yako pamoja huwashawishi kwa kugeuza kazi katika nishati ya joto. Ikiwa mwanamke hupiga mikono yake na kurudi kwa jumla ya rubs 20, umbali wa cm 7.50 kwa kusugua, na kwa nguvu ya msuguano wa wastani wa 40.0 N, ni ongezeko gani la joto? Masi ya tishu ya joto ni kilo 0.100 tu, hasa katika mitende na vidole.

Suluhisho
$\displaystyle 0.171ºC$

32. Kizuizi cha kilo 0.250 cha nyenzo safi kinachochomwa kutoka$\displaystyle 20.0ºC$ hadi$\displaystyle 65.0ºC$ kwa kuongeza 4.35 kJ ya nishati. Tumia joto lake maalum na kutambua dutu ambayo inawezekana inajumuisha.

33. Tuseme kiasi sawa cha uhamisho wa joto katika raia tofauti za shaba na maji, na kusababisha mabadiliko sawa katika joto. Uwiano wa wingi wa shaba kwa maji ni nini?

Suluhisho
10.8

34. (a) Idadi ya kilocalories katika chakula imedhamiriwa na mbinu za calorimetry ambazo chakula kinachomwa moto na kiasi cha uhamisho wa joto hupimwa. Ni kilogramu ngapi kwa gramu kuna karanga 5.00-g ikiwa nishati ya kuchomwa huhamishiwa kwa kilo 0.500 ya maji uliofanyika katika kikombe cha alumini cha 0.100-kg, na kusababisha ongezeko la$\displaystyle 54.9ºC$ joto?

(b) Linganisha jibu lako kwa kuipatia habari kupatikana kwenye mfuko wa karanga na maoni juu ya kama maadili ni thabiti.

35. Kufuatia zoezi kubwa, joto la mwili la mtu wa kilo 80.0-ni$\displaystyle 40.0ºC$. Kwa kiwango gani katika watts lazima mtu ahamishe nishati ya joto ili kupunguza joto la mwili hadi$\displaystyle 37.0ºC$ dakika 30.0, kwa kuzingatia mwili unaendelea kuzalisha nishati kwa kiwango cha 150 W? (1 watt = 1 Joule/pili au 1 W = 1 J/s).

Suluhisho
617 W

36. Hata wakati wa kufungwa baada ya kipindi cha matumizi ya kawaida, reactor kubwa ya nyuklia ya kibiashara huhamisha nishati ya joto kwa kiwango cha 150 MW kwa kuoza kwa mionzi ya bidhaa za fission. Uhamisho huu wa joto husababisha ongezeko la haraka la joto kama mfumo wa baridi unashindwa (1 watt = 1 joule/pili au 1 W = 1 J/s na 1 MW = 1 megawati).

(a) Mahesabu ya kiwango cha ongezeko la joto katika digrii Celsius kwa pili ($\displaystyle ºC/s$) kama wingi wa msingi Reactor ni$\displaystyle 1.60×10^5kg$ na ina wastani joto maalum ya$\displaystyle 0.3349 kJ/kgº⋅C$.

(b) Muda gani itachukua ili kupata ongezeko la joto la$\displaystyle 2000ºC$, ambayo inaweza kusababisha baadhi ya metali kufanya vifaa vya mionzi kuyeyuka? (Kiwango cha awali cha ongezeko la joto kitakuwa kikubwa zaidi kuliko kile kilichohesabiwa hapa kwa sababu uhamisho wa joto hujilimbikizia kwenye molekuli ndogo. Baadaye, hata hivyo, ongezeko la joto lingepungua kwa sababu chombo cha$\displaystyle 5×10^5-kg$ chuma cha containment pia kitaanza kuwaka.)

14.3: Mabadiliko ya Awamu na Joto la Latent

37. Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto (katika kilocalories) unahitajika kufuta mfuko wa kilo 0.450 wa mboga zilizohifadhiwa awali$\displaystyle 0ºC$ ikiwa joto lao la fusion ni sawa na ile ya maji?

Suluhisho
35.9 kcal

38. Mfuko ulio na$\displaystyle 0ºC$ barafu una ufanisi zaidi katika kunyonya nishati kuliko moja iliyo na kiasi sawa cha maji 0ºC.

a Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto ni muhimu ili kuongeza joto la kilo 0.800 cha maji kutoka$\displaystyle 0ºC$ hadi$\displaystyle 30.0ºC$?

b Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto unahitajika kwanza kuyeyuka kilo 0.800 ya$\displaystyle 0ºC$ barafu na kisha kuongeza joto lake?

c Eleza jinsi jibu lako linasaidia ugomvi kwamba barafu inafaa zaidi.

39. (a) Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto unahitajika ili kuongeza joto la sufuria ya alumini ya kilo 0.750 iliyo na kilo 2.50 ya maji kutoka$\displaystyle 30.0ºC$ kwenye kiwango cha kuchemsha na kisha kuchemsha kilo 0.750 za maji?

(b) Hii inachukua muda gani ikiwa kiwango cha uhamisho wa joto ni 500 W 1 watt = 1 Joule/pili (1 W = 1 J/s)?

Suluhisho
(a) 591 kcal
(b)$\displaystyle 4.94×10^3s$

40. Kuundwa kwa condensation kwenye glasi ya maji ya barafu husababisha barafu kuyeyuka kwa kasi zaidi kuliko ingekuwa vinginevyo. Ikiwa 8.00 g ya condensation huunda kwenye kioo kilicho na maji na 200 g ya barafu, ni gramu ngapi za barafu zitayeyuka kama matokeo? Fikiria hakuna uhamisho mwingine wa joto hutokea.

41. Katika safari, unaona kwamba mfuko wa kilo 3.50 wa barafu huchukua wastani wa siku moja kwenye baridi yako. Nguvu ya wastani katika watts inaingia barafu ikiwa inaanza$\displaystyle 0ºC$ na kuyeyuka kabisa kwa$\displaystyle 0ºC$ maji katika siku moja hasa 1 watt = 1 Joule/pili (1 W = 1 J/s)?

Suluhisho
13.5 W

42. Katika siku fulani ya jua kavu, joto la bwawa la kuogelea lingeongezeka kwa$\displaystyle 1.50ºC$ ikiwa sio kwa uvukizi. Ni sehemu gani ya maji inapaswa kuenea ili kubeba nishati ya kutosha ili kuweka joto mara kwa mara?

43. (a) Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto ni muhimu ili kuongeza joto la kipande cha barafu cha 0.200-kg kutoka$\displaystyle −20.0ºC$ hadi$\displaystyle 130ºC$, ikiwa ni pamoja na nishati zinazohitajika kwa mabadiliko ya awamu?

(b) Ni muda gani unahitajika kwa kila hatua, kuchukua kiwango cha mara kwa mara cha 20.0 KJ/s cha uhamisho wa joto?

Suluhisho
(a) 148 kcal
(b) 0.418 s, 3.34 s, 4.19 s, 22.6 s, 0.456 s

44. Mwaka 1986, barafu kubwa ilivunja mbali na Shelf ya Ross Ice huko Antaktika. Ilikuwa takriban mstatili 160 km mrefu, 40.0 km pana, na 250 m nene.

(a) Uzito wa barafu hii ni nini, kutokana na kwamba wiani wa barafu ni$\displaystyle 917 kg/m^3$?

(b) Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto (katika joules) unahitajika kuyeyuka?

(c) Ni miaka ngapi itachukua jua peke yake kuyeyuka barafu hii nene, kama barafu inachukua wastani wa$\displaystyle 100 W/m^2$, 12.00 h kwa siku?

45. Ngapi gramu ya kahawa lazima kuyeyuka kutoka 350 g ya kahawa katika kikombe 100-g kioo na baridi kahawa kutoka$\displaystyle 95.0ºC$ kwa$\displaystyle 45.0ºC$? Unaweza kudhani kahawa ina mali sawa mafuta kama maji na kwamba joto wastani wa mvuke ni 2340 KJ/kg (560 cal/g). (Unaweza kupuuza mabadiliko katika wingi wa kahawa kama cools, ambayo nitakupa jibu kwamba ni kubwa kidogo kuliko sahihi.)

Suluhisho
33.0 g

46. (a) Ni vigumu kuzima moto kwenye tanker ya mafuta yasiyosafishwa, kwa sababu kila lita moja ya mafuta yasiyosafishwa$\displaystyle 2.80×10^7J$ ya nishati wakati wa kuchomwa moto. Ili kuonyesha ugumu huu, mahesabu ya idadi ya lita za maji ambayo inapaswa kutumiwa ili kunyonya nishati iliyotolewa na kuchomwa 1.00 L ya mafuta yasiyosafishwa, ikiwa maji ina joto lake lililoinuliwa kutoka$\displaystyle 20.0ºC$ kwa$\displaystyle 100ºC$, lina majipu, na mvuke inayosababisha hufufuliwa$\displaystyle 300ºC$.

(b) Jadili matatizo ya ziada yanayosababishwa na ukweli kwamba mafuta yasiyosafishwa yana wiani mdogo kuliko maji.

Solution
(a) 9.67 L
(b) Mafuta yasiyosafishwa ni chini mnene kuliko maji, hivyo inaelea juu ya maji, na hivyo kuionyesha kwa oksijeni katika hewa, ambayo inatumia kuchoma. Pia, kama maji ni chini ya mafuta, ni chini ya ufanisi katika kunyonya joto yanayotokana na mafuta.

47. Nishati iliyotolewa kutoka kwa condensation katika mvua inaweza kuwa kubwa sana. Tumia nishati iliyotolewa ndani ya anga kwa dhoruba ndogo ya radius 1 km, kudhani kwamba 1.0 cm ya mvua hupigwa kwa usawa juu ya eneo hili.

48. Ili kusaidia kuzuia uharibifu wa baridi, kilo 4.00 cha$\displaystyle 0ºC$ maji hupunjwa kwenye mti wa matunda.

(a) Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto hutokea kama maji yanapofungia?

(b) Kiasi gani joto la mti wa kilo 200 linapungua ikiwa kiasi hiki cha joto kinahamishwa kutoka kwenye mti? Kuchukua joto maalum kuwa$\displaystyle 3.35 kJ/kg⋅ºC$, na kudhani kuwa hakuna mabadiliko ya awamu hutokea.

Suluhisho
a) 319 kcal
b)$\displaystyle 2.00ºC$

49. Bakuli ya alumini ya kilo 0.250 yenye kilo 0.800 ya supu$\displaystyle 25.0ºC$ huwekwa kwenye friji. Je! Joto la mwisho ni nini ikiwa 377 kJ ya nishati huhamishwa kutoka bakuli na supu, kwa kuchukua mali ya mafuta ya supu ni sawa na ile ya maji? Onyesha wazi jinsi unavyofuata hatua katika Mikakati ya Kutatua Matatizo kwa Athari za Uhamisho wa Joto.

50. Mchemraba wa barafu 0.0500-kg katika$\displaystyle −30.0ºC$ huwekwa katika kilo 0.400 cha$\displaystyle 35.0ºC$ maji katika chombo chenye maboksi vizuri sana. Joto la mwisho ni nini?

Suluhisho
$\displaystyle 20.6ºC$

51. Ikiwa unamwaga kilo 0.1000 ya$\displaystyle 20.0ºC$ maji kwenye block ya 1.20-kg ya barafu (ambayo ni ya awali$\displaystyle −15.0ºC$), joto la mwisho ni nini? Unaweza kudhani kwamba maji hupungua kwa kasi sana kwamba madhara ya mazingira hayatoshi.

52. Wakati mwingine watu wa asili hupika katika vikapu visivyo na maji kwa kuweka miamba ya moto ndani ya maji ili kuileta kwa chemsha. Ni wingi gani wa$\displaystyle 500ºC$ mwamba lazima kuwekwa katika kilo 4.00 ya$\displaystyle 15.0ºC$ maji ili kuleta joto lake$\displaystyle 100ºC$, kama 0.0250 kg ya maji kutoroka kama mvuke kutoka sizzle awali? Unaweza kupuuza madhara ya mazingira na kuchukua wastani joto maalum ya miamba kuwa ile ya granite.

Suluhisho
4.38 kg

53. Je, itakuwa joto la mwisho la sufuria na maji katika Kuhesabu Joto la Mwisho Wakati Joto Linapohamishwa Kati ya Miili miwili: Kumwaga Maji Baridi katika Pan ya Moto ikiwa kilo 0.260 za maji ziliwekwa kwenye sufuria na kilo 0.1000 za maji zikaingizwa mara moja, na kuacha salio kuja kwa kawaida joto na sufuria?

54. Katika baadhi ya nchi, nitrojeni kioevu hutumiwa kwenye malori ya maziwa badala ya friji za mitambo. 3.00-saa utoaji safari inahitaji 200 L ya nitrojeni kioevu, ambayo ina wiani wa$\displaystyle 808 kg/m^3$.

(a) Mahesabu ya uhamisho joto muhimu kuyeyuka kiasi hiki cha nitrojeni kioevu na kuongeza joto lake kwa$\displaystyle 3.00ºC$. (Matumizi$\displaystyle c_p$ na kudhani ni mara kwa mara juu ya joto mbalimbali.) Thamani hii ni kiasi cha baridi vifaa vya nitrojeni kioevu.

(b) Kiwango hiki cha uhamisho wa joto katika kilowatt-hours ni nini?

(c) Linganisha kiasi cha baridi kilichopatikana kutokana na kuyeyuka molekuli inayofanana ya barafu 0ºC na ile kutokana na kuyeyuka nitrojeni ya kioevu.

Suluhisho
(a)$\displaystyle 1.57×10^4kcal$
(b)$\displaystyle 18.3 kW⋅h$
(c)$\displaystyle 1.29×10^4kcal$

55. Wafanyabiashara wengine wa bunduki hufanya risasi zao wenyewe, ambazo zinahusisha kuyeyuka na kutupa slugs za risasi. Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto unahitajika ili kuongeza joto na kuyeyuka kilo 0.500 ya risasi, kuanzia 25.0ºC?

14.5: Uendeshaji

56. (a) Kuhesabu kiwango cha upitishaji wa joto kupitia kuta za nyumba ambazo ni 13.0 cm nene na ambazo zina wastani wa conductivity ya mafuta mara mbili ya pamba ya kioo. Fikiria hakuna madirisha au milango. Eneo la uso wa kuta ni$\displaystyle 120m^2$ na uso wao wa ndani ni$\displaystyle 18.0ºC$, wakati uso wao wa nje ulipo$\displaystyle 5.00ºC$.

(b) Ni wangapi hita za chumba cha 1-kW zitahitajika kusawazisha uhamisho wa joto kutokana na uendeshaji?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 1.01×10^3$ W
(b) Moja

57. Kiwango cha uendeshaji wa joto nje ya dirisha siku ya majira ya baridi ni ya haraka ya kutosha ili kuifungua hewa karibu nayo. Ili kuona jinsi madirisha yanavyohamisha joto kwa kasi kwa uendeshaji, kuhesabu kiwango cha uendeshaji kwa watts kupitia$\displaystyle 3.00-m^2$ dirisha ambalo ni$\displaystyle 0.635 cm$ nene (1/4 in) ikiwa joto la nyuso za ndani na nje ni$\displaystyle −10.0ºC$,$\displaystyle 5.00ºC$ na, kwa mtiririko huo. Kiwango hiki cha haraka hakitasimamishwa-uso wa ndani utakuwa baridi, na hata kusababisha malezi ya baridi.

58. Tumia kiwango cha uendeshaji wa joto nje ya mwili wa mwanadamu, kwa kuzingatia kwamba joto la ndani la msingi ni$\displaystyle 37.0ºC$, joto la ngozi ni$\displaystyle 34.0ºC$, unene wa tishu kati ya wastani$\displaystyle 1.00 cm$, na eneo la uso ni$\displaystyle 1.40m^2$.

Suluhisho
84.0 W

59. Tuseme wewe kusimama kwa mguu mmoja juu ya sakafu kauri na mguu mmoja juu ya carpet pamba, kufanya mawasiliano juu ya eneo la$\displaystyle 80.0cm^2$ kwa kila mguu. Wote kauri na carpet ni 2.00 cm nene na ni$\displaystyle 10.0ºC$ pande zao za chini. Kwa kiwango gani lazima uhamisho joto kutokea kutoka kila mguu kuweka juu ya kauri na carpet katika$\displaystyle 33.0ºC$?

60. Mtu hutumia kcal 3000 ya chakula kwa siku moja, akibadilisha zaidi ili kudumisha joto la mwili. Ikiwa anapoteza nusu ya nishati hii kwa kuhama maji (kwa njia ya kupumua na jasho), ni kilo ngapi za maji zinazoenea?

Suluhisho
2.59 kg

61. (a) Firewalker anaendesha katika kitanda cha makaa ya moto bila kudumisha kuchoma. Tumia joto lililohamishwa na upitishaji kwenye pekee ya mguu mmoja wa firewalker kutokana na kwamba chini ya mguu ni callus ya 3.00-mm-nene na conductivity mwisho wa chini wa aina ya kuni na wiani wake ni$\displaystyle 300 kg/m^3$. Eneo la kuwasiliana ni$\displaystyle 25.0 cm^2$, joto la makaa ya mawe ni$\displaystyle 700ºC$, na wakati wa kuwasiliana ni 1.00 s.

(b) Ni ongezeko gani la joto linalozalishwa katika tishu$\displaystyle 25.0 cm^3$ zilizoathirika?

62. (a) Ni kiwango gani cha uendeshaji wa joto kwa njia ya manyoya ya 3.00-cm-nene ya mnyama mkubwa mwenye eneo la$\displaystyle 1.40-m^2$ uso? Kudhani kwamba joto la ngozi ya wanyama ni$\displaystyle 32.0ºC$, kwamba joto la hewa ni$\displaystyle −5.00ºC$, na kwamba manyoya ina conductivity sawa mafuta kama hewa. (b) Ni ulaji gani wa chakula ambao mnyama atahitaji siku moja kuchukua nafasi ya uhamisho huu wa joto?

Suluhisho
(a) 39.7 W
(b) 820 kcal

63. Walrus huhamisha nishati kwa uendeshaji kupitia blubber yake kwa kiwango cha 150 W wakati wa kuzama ndani$\displaystyle −1.00ºC$ ya maji. Joto la ndani la msingi la walrus ni$\displaystyle 37.0ºC$, na lina eneo la uso wa$\displaystyle 2.00m^2$. Je, ni unene wa wastani wa blubber yake, ambayo ina conductivity ya tishu za mafuta bila damu?

Takwimu inaonyesha walrus kwenye benki ya barafu karibu na maji. Vipande vya walrus vinaonekana.
Walrus juu ya barafu. (mikopo: Kapteni Budd Christman, NOAA Corps)

64. Kulinganisha kiwango cha joto upitishaji kupitia ukuta 13.0-cm-nene ambayo ina eneo la$\displaystyle 10.0 m^2$ na conductivity mafuta mara mbili ile ya pamba kioo na kiwango cha joto upitishaji kupitia dirisha ambayo ni 0.750 cm nene na ambayo ina eneo la$\displaystyle 2.00 m^2$, kuchukua tofauti sawa joto katika kila mmoja.

Suluhisho
35 hadi 1, dirisha kwa ukuta

65. Tuseme mtu amefunikwa kichwa hadi mguu na nguo za pamba na unene wa wastani wa sentimita 2.00 na anahamisha nishati kwa uendeshaji kupitia nguo kwa kiwango cha 50.0 W. ni tofauti ya joto katika nguo, kutokana na eneo la uso ni nini$\displaystyle 1.40 m^2$?

66. Vipande vingine vya jiko ni kauri laini kwa kusafisha rahisi. Ikiwa kauri ni 0.600 cm nene na upitishaji wa joto hutokea kupitia eneo moja na kwa kiwango sawa na kuhesabiwa katika Mfano, ni tofauti gani ya joto ndani yake? Kauri ina conductivity sawa ya mafuta kama kioo na matofali.

Suluhisho
$\displaystyle 1.05×10^3K$

67. Njia moja rahisi ya kupunguza gharama za joto (na baridi) ni kuongeza insulation ya ziada katika ghorofa ya nyumba. Tuseme nyumba tayari ilikuwa na cm 15 ya insulation ya fiberglass katika attic na katika nyuso zote za nje. Ikiwa umeongeza ziada ya 8.0 cm ya fiberglass kwenye attic, basi kwa asilimia gani gharama ya joto ya nyumba imeshuka? Chukua nyumba moja ya hadithi kuwa ya vipimo 10 m na m 15 na 3.0 m Kupuuza hewa infiltration na kupoteza joto kupitia madirisha na milango.

68. (a) Kuhesabu kiwango cha upitishaji wa joto kupitia dirisha la mara mbili ambalo lina$\displaystyle 1.50-m^2$ eneo na linafanywa kwa panes mbili za kioo cha 0.800-cm-nene kilichotengwa na pengo la hewa la 1.00-cm. Joto la ndani la uso ni$\displaystyle 15.0ºC$, wakati huo nje ni$\displaystyle −10.0ºC$. (Kidokezo: Kuna kufanana joto matone katika panes mbili kioo. Kwanza kupata hizi na kisha kushuka joto katika pengo hewa. Tatizo hili hupuuza uhamisho wa joto ulioongezeka katika pengo la hewa kutokana na convection.)

(b) Tumia kiwango cha uendeshaji wa joto kupitia dirisha la 1.60-cm-nene la eneo moja na kwa joto sawa. Linganisha jibu lako na hilo kwa sehemu (a).

Suluhisho
(a) 83 W
(b) mara 24 ile ya dirisha la kidirisha mara mbili.

69. Maamuzi mengi yanafanywa kwa misingi ya kipindi cha malipo: wakati utachukua kupitia akiba ili sawa na gharama kubwa ya uwekezaji. Mara ya malipo ya kukubalika hutegemea biashara au falsafa moja. (Kwa baadhi ya viwanda, kipindi cha malipo ni ndogo kama miaka miwili.) Tuseme unataka kufunga insulation ya ziada katika Zoezi. Ikiwa nishati ina gharama $1.00 kwa joules milioni na insulation ilikuwa $4.00 kwa kila mita ya mraba, kisha uhesabu wakati rahisi wa malipo. Chukua wastani$\displaystyle ΔT$ wa msimu wa joto wa siku 120 kuwa$\displaystyle 15.0ºC$.

70. Kwa mwili wa binadamu, ni kiwango gani cha uhamisho wa joto kwa uendeshaji kupitia tishu za mwili na hali zifuatazo: unene wa tishu ni 3.00 cm, mabadiliko ya joto ni$\displaystyle 2.00ºC$, na eneo la ngozi ni$\displaystyle 1.50 m^2$. Hii inalinganishaje na kiwango cha wastani cha uhamisho wa joto kwa mwili kutokana na ulaji wa nishati wa karibu 2400 kcal kwa siku? (Hakuna zoezi ni pamoja.)

Suluhisho
20.0 W, 17.2% ya 2400 kcal kwa siku

14.6: Convection

71. Je, ni kasi gani ya upepo ambayo$\displaystyle −10ºC$ hewa husababisha sababu sawa ya baridi kama bado hewa$\displaystyle −29ºC$?

Suluhisho
10 m/s

72. Je, ni joto gani bado hewa husababisha sababu sawa na$\displaystyle −5ºC$ hewa inayohamia saa 15 m/s?

73. “Steam” juu ya kikombe freshly alifanya ya kahawa papo ni kweli maji mvuke matone condensing baada evaporating kutoka kahawa moto. Je! Ni joto la mwisho la 250 g ya kahawa ya moto awali$\displaystyle 90.0ºC$ ikiwa 2.00 g hupuka kutoka humo? Kahawa iko kwenye kikombe cha Styrofoam, hivyo njia nyingine za uhamisho wa joto zinaweza kupuuzwa.

Suluhisho
$\displaystyle 85.7ºC$

74. (a) Ni kilo ngapi za maji zinapaswa kuenea kutoka kwa mwanamke mwenye kilo 60.0-kupunguza joto la mwili wake kwa$\displaystyle 0.750ºC$?

(b) Je, hii ni kiasi cha kutosha cha maji kuenea kwa njia ya jasho, kudhani unyevu wa jamaa wa hewa inayozunguka ni mdogo?

75. Siku ya moto kavu, uvukizi kutoka ziwa una uhamisho wa kutosha$\displaystyle 1.00 kW/m^2$ wa joto ili kusawazisha joto linaloingia kutoka Jua. Masi gani ya maji hupuka katika 1.00 h kutoka kila mita ya mraba? Onyesha wazi jinsi unavyofuata hatua katika Mikakati ya Kutatua Matatizo kwa Athari za Uhamisho wa Joto.

Suluhisho
1.48 kg

76. Siku moja ya baridi, mfumo wa kudhibiti hali ya hewa ya malfunctions kubwa ya jengo la chuo kikuu. Matokeo yake,$\displaystyle 500 m^3$ ya hewa ya ziada ya baridi huleta kila dakika. Kwa kiwango gani katika kilowatts lazima uhamisho joto kutokea kwa joto hewa hii na$\displaystyle 10.0ºC$ (yaani, kuleta hewa kwa joto la kawaida)?

77. Volkano ya Kilauea huko Hawaii ndiyo inayofanya kazi zaidi duniani,$\displaystyle 5×10^5m^3$ ikichukiza kuhusu$\displaystyle 1200ºC$ lava kwa siku. Je, ni kiwango cha joto uhamisho nje ya Dunia kwa convection kama lava hii ina wiani wa$\displaystyle 2700kg/m^3$ na hatimaye cools kwa$\displaystyle 30ºC$? Fikiria kwamba joto maalum la lava ni sawa na ile ya granite.

Mtazamo wa mtiririko wa lava kwenye volkano ya Kilauea ya Hawaii.
Lava mtiririko juu ya Kilauea volkano katika Hawaii. (mikopo: J. P. Eaton, Utafiti wa Kijiolojia wa Marekani)

Suluhisho
$\displaystyle 2×10^4 MW$

78. Wakati wa zoezi nzito, mwili hupiga pampu 2.00 L ya damu kwa dakika kwa uso, ambako umepozwa na$\displaystyle 2.00ºC$. Je! Ni kiwango gani cha uhamisho wa joto kutoka kwa convection hii ya kulazimishwa peke yake, kuchukua damu ina joto sawa na maji na wiani wake ni$\displaystyle 1050 kg/m^3$?

79. Mtu inhales na exhales 2.00 L ya$\displaystyle 37.0ºC$ hewa, kuenea$\displaystyle 4.00×10^{−2}g$ kwa maji kutoka mapafu na vifungu kupumua kwa kila pumzi.

(a) Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto hutokea kutokana na uvukizi katika kila pumzi?

(b) Je! Ni kiwango gani cha uhamisho wa joto katika watts ikiwa mtu anapumua kwa kiwango cha wastani cha 18.0 pumzi kwa dakika?

(c) Ikiwa hewa ya kuvuta pumzi ilikuwa na joto la$\displaystyle 20.0ºC$, ni kiwango gani cha uhamisho wa joto kwa joto la hewa?

(d) Jadili kiwango cha jumla cha uhamisho wa joto kama inahusiana na viwango vya kawaida vya metabolic. Je! Kupumua hii itakuwa aina kubwa ya uhamisho wa joto kwa mtu huyu?

Suluhisho
(a) 97.2 J
(b) 29.2 W
(c) 9.49 W
(d) Kiwango cha jumla cha kupoteza joto kitakuwa$\displaystyle 29.2 W+9.49 W=38.7W$. Wakati wa kulala, mwili wetu hutumia nguvu 83 W, huku ukiketi hutumia 120 hadi 210 W. Kwa hiyo, kiwango cha jumla cha kupoteza joto kutokana na kupumua haitakuwa aina kubwa ya kupoteza joto kwa mtu huyu.

80. Sufuria ya kahawa ya kioo ina chini ya mviringo na kipenyo cha 9.00-cm katika kuwasiliana na kipengele cha kupokanzwa ambacho kinaendelea joto la kahawa na kiwango cha uhamisho wa joto cha 50.0 W

(a) Je, ni joto la chini ya sufuria, ikiwa ni 3.00 mm nene na joto la ndani ni$\displaystyle 60.0ºC$?

(b) Ikiwa joto la kahawa linabakia mara kwa mara na uhamisho wote wa joto huondolewa na uvukizi, ni gramu ngapi kwa dakika zinazoenea? Chukua joto la mvuke kuwa 2340 kJ/kg.

14.7 Mionzi

81. Kwa kiwango gani cha wavu joto huangaza kutoka paa$\displaystyle 275-m^2$ nyeusi usiku ambapo joto la paa ni$\displaystyle 30.0ºC$ na joto la jirani ni$\displaystyle 15.0ºC$? Emissivity ya paa ni 0.900.

Suluhisho
$\displaystyle −21.7 kW$
Kumbuka kuwa jibu hasi linamaanisha kupoteza joto kwa mazingira.

82. (a) Cherry-nyekundu embers katika fireplace ni katika$\displaystyle 850ºC$ na kuwa na eneo wazi$\displaystyle 0.200 m^2$ na emissivity ya 0.980. Chumba cha jirani kina joto la$\displaystyle 18.0ºC$. Ikiwa asilimia 50 ya nishati ya radiant inaingia kwenye chumba, ni kiwango gani cha wavu cha uhamisho wa joto mkali katika kilowatts?

(b) Je, jibu lako linasaidia ugomvi kwamba wengi wa uhamisho wa joto ndani ya chumba na mahali pa moto hutoka kwa mionzi ya infrared?

83. Mionzi inafanya kuwa haiwezekani kusimama karibu na mtiririko wa moto wa lava. Tumia kiwango cha uhamisho wa joto na mionzi kutoka$\displaystyle 1.00 m^2$ kwa lava$\displaystyle 1200ºC$ safi ndani ya$\displaystyle 30.0ºC$ mazingira, kuchukua emissivity ya lava ni 1.00.

Suluhisho
$\displaystyle −266 kW$

84. (a) Tumia kiwango cha uhamisho wa joto na mionzi kutoka kwa radiator ya gari$\displaystyle 110°C$ kwenye$\displaystyle 50.0ºC$ mazingira, ikiwa radiator ina emissivity ya 0.750 na eneo la$\displaystyle 1.20-m^2$ uso.

(b) Je, hii ni sehemu kubwa ya uhamisho wa joto na inji ya magari? Ili kujibu hili, kudhani horsepower ya$\displaystyle 200hp(1.5kW)$ na ufanisi wa inji za magari kama 25%.

85. Pata kiwango cha wavu cha uhamisho wa joto na mionzi kutoka kwa skier amesimama kwenye kivuli, kutokana na zifuatazo. Yeye amevaa kabisa nyeupe (kichwa hadi mguu, ikiwa ni pamoja na mask ya ski), nguo zina emissivity ya 0.200 na joto la uso wa$\displaystyle 10.0ºC$, mazingira ni saa$\displaystyle −15.0ºC$, na eneo lake la uso ni$\displaystyle 1.60m^2$.

Suluhisho
$\displaystyle −36.0 W$

86. Tuseme wewe kutembea katika Sauna ambayo ina joto la kawaida ya$\displaystyle 50.0ºC$.

(a) Kuhesabu kiwango cha uhamisho wa joto kwako kwa mionzi kutokana na joto lako la ngozi ni$\displaystyle 37.0ºC$, emissivity ya ngozi ni 0.98, na eneo la uso wa mwili wako ni$\displaystyle 1.50m^2$.

(b) Ikiwa aina nyingine zote za uhamisho wa joto ni sawa (uhamisho wa joto ni sifuri), kwa kiwango gani joto la mwili wako litaongezeka ikiwa uzito wako ni kilo 75.0?

87. Thermography ni mbinu ya kupima joto kali na kuchunguza tofauti katika joto la uso ambayo inaweza kuwa kiafya, mazingira, au kijeshi maana.

(a) Ni ongezeko la asilimia gani katika kiwango cha uhamisho wa joto na mionzi kutoka eneo fulani kwenye joto la$\displaystyle 34.0ºC$ kulinganishwa na hilo$\displaystyle 33.0ºC$, kama vile kwenye ngozi ya mtu?

(b) Ni ongezeko la asilimia gani katika kiwango cha uhamisho wa joto na mionzi kutoka eneo fulani kwa joto la$\displaystyle 34.0ºC$ kulinganishwa na hilo$\displaystyle 20.0ºC$, kama vile kwa hoods za joto na baridi za magari?

Thermograph ya eneo la kifua cha mgonjwa inavyoonyeshwa. Kuna rangi tofauti zinazoonyesha mikoa tofauti ya joto.
Mchapishaji wa msanii wa thermograph ya mwili wa juu wa mgonjwa, kuonyesha usambazaji wa joto unaowakilishwa na rangi tofauti.

Suluhisho
(a) 1.31%
(b) 20.5%

88. Jua huangaza kama mwili mweusi kamilifu na emissivity ya hasa 1.

(a) Tumia joto la uso la Jua, kutokana na kwamba ni nyanja yenye$\displaystyle 7.00×10^8-m$ radius inayoangaza$\displaystyle 3.80×10^{26} W$ katika nafasi ya 3-K.

(b) Jua huangaza kiasi gani cha nguvu kwa kila mita ya mraba ya uso wake?

(c) Ni kiasi gani cha nguvu katika watts kwa kila mita ya mraba ni kwamba thamani katika umbali wa Dunia,$\displaystyle 1.50×10^{11} m$ mbali? (Nambari hii inaitwa mara kwa mara ya jua.)

89. Mwili mkubwa wa lava kutoka volkano umeacha kutiririka na hupungua polepole. Mambo ya ndani ya lava ni saa$\displaystyle 1200ºC$, uso wake ni saa$\displaystyle 450ºC$, na mazingira ni saa$\displaystyle 27.0ºC$

(a) Kuhesabu kiwango ambacho nishati huhamishwa na mionzi kutoka kwa lava$\displaystyle 1.00 m^2$ ya uso ndani ya mazingira, kuchukua emissivity ni 1.00.

(b) Tuseme uendeshaji wa joto kwenye uso hutokea kwa kiwango sawa. Je, ni unene wa lava kati ya$\displaystyle 450ºC$ uso na$\displaystyle 1200ºC$ mambo ya ndani, kudhani kuwa conductivity ya lava ni sawa na ile ya matofali?

Suluhisho
(a)$\displaystyle −15.0 kW$
(b) 4.2 cm

90. Tathmini halijoto angani nzima ingekuwa ili kuhamisha nishati kwa mionzi$\displaystyle 1000W/m^2$ kwa-kuhusu kiwango ambacho Jua huangaza wakati linapoelekea moja kwa moja kwenye siku iliyo wazi. Thamani hii ni joto la ufanisi la anga, aina ya wastani inayozingatia ukweli kwamba Jua linachukua sehemu ndogo tu ya anga lakini ni moto zaidi kuliko wengine. Fikiria kwamba mwili kupokea nishati ina joto la$\displaystyle 27.0ºC$.

91. (a) Mpanda farasi bila shati chini ya hema ya circus anahisi joto linalotokana na sehemu ya jua ya hema. Tumia joto la turuba ya hema kulingana na maelezo yafuatayo: Joto la ngozi la mpanda farasi bila shati ni$\displaystyle 34.0ºC$ na lina emissivity ya 0.970. Eneo la wazi la ngozi ni$\displaystyle 0.400 m^2$. Anapokea mionzi kwa kiwango cha 20.0 W—nusu unachokihesabu kama eneo lote nyuma yake lilikuwa moto. Wengine wa mazingira ni saa$\displaystyle 34.0ºC$.

(b) Jadili jinsi hali hii ingebadilika ikiwa upande wa jua wa hema ulikuwa karibu mweupe safi na kama msafiri huyo alikuwa amefunikwa na kanzu nyeupe.

Solution
(a)$\displaystyle 48.5ºC$
(b) safi nyeupe kitu huonyesha zaidi ya nishati radiant kwamba hits yake, hivyo hema nyeupe kuzuia zaidi ya jua inapokanzwa up ndani ya hema, na kanzu nyeupe ingekuwa kuzuia kwamba joto ambayo aliingia hema inapokanzwa mpanda farasi. Kwa hiyo, pamoja na hema nyeupe, joto litakuwa chini kuliko$\displaystyle 48.5ºC$, na kiwango cha joto kali kilichohamishwa kwa mpanda farasi kitakuwa chini ya 20.0 W.

92. Dhana Jumuishi

$\displaystyle 30.0ºC$Siku moja unyevu wa jamaa ni$\displaystyle 75.0%$, na jioni hiyo joto hupungua$\displaystyle 20.0ºC$, vizuri chini ya kiwango cha umande.

(a) Ni gramu ngapi za maji zinazidi kutoka kila mita ya ujazo ya hewa?

(b) Ni kiasi gani cha uhamisho wa joto hutokea kwa condensation hii?

93. Dhana Jumuishi

Vimondo vingi wakati mwingine hupiga Dunia, na kugeuza zaidi ya nishati yao ya kinetic katika nishati ya joto.

(a) Nishati ya kinetic ya meteor ya$\displaystyle 10^9$ kilo inasonga saa 25.0 km/s nini?

(b) Ikiwa meteor hii inaingia katika bahari ya kina na nishati yake$\displaystyle 80%$ ya kinetic inakwenda ndani ya maji ya joto, ni kilo ngapi cha maji kinachoweza kuinua$\displaystyle 5.0ºC$?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 3×10^{17} J$
(b)$\displaystyle 1×10^{13} kg$
(c) Wakati meteor kubwa inapiga bahari, husababisha mawimbi makubwa ya mawimbi, ikitenganisha kiasi kikubwa cha nishati yake kwa namna ya nishati ya kinetic ya maji.

94. Dhana Jumuishi

Taka zilizohifadhiwa kutoka kwenye vyoo vya ndege wakati mwingine zimeondolewa kwa ajali kwenye urefu wa juu. Kawaida huvunja na kutawanyika juu ya eneo kubwa, lakini wakati mwingine linashikilia pamoja na kugonga ardhi. Tumia mahesabu ya wingi wa$\displaystyle 0ºC$ barafu ambayo yanaweza kuyeyuka kwa uongofu wa nishati ya kinetic na mvuto wakati$\displaystyle 20.0$ kipande cha taka kilichohifadhiwa kinatolewa kwenye urefu wa kilomita 12.0 huku ikisonga saa 250 m/s na hupiga ardhi kwa 100 m/s (kwa kuwa chini ya kilo 20.0 inakayeyuka, matokeo makubwa ya fujo).

95. Dhana Jumuishi

(a) kubwa umeme kituo inazalisha 1600 MW ya “joto taka,” ambayo ni dissipated kwa mazingira katika minara baridi na joto hewa inapita kupitia minara na$\displaystyle 5.00ºC$. Je! Ni kiwango gani cha mtiririko wa hewa ndani$\displaystyle m^3/s$?

(b) Je matokeo yako sambamba na minara kubwa baridi kutumiwa na wengi kubwa mitambo ya umeme?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 3.44×10^5 m^3/s$
(b) Hii ni sawa na futi za ujazo milioni 12 za hewa kwa pili. Hiyo ni kubwa sana. Hii ni kubwa mno kuwa dissipated na inapokanzwa hewa kwa tu$\displaystyle 5ºC$. Mengi ya minara hii ya baridi hutumia mzunguko wa hewa baridi juu ya maji ya joto ili kuongeza kiwango cha uvukizi. Hii ingewezesha kiasi kidogo sana cha hewa kinachohitajika ili kuondoa kiasi kikubwa cha joto kwa sababu uvukizi huondoa kiasi kikubwa cha joto kuliko ilivyoonekana katika sehemu (a).

96. Dhana Jumuishi

(a) Tuseme kuanza Workout juu ya Stairmaster, kuzalisha nguvu kwa kiwango sawa na kupanda 116 ngazi kwa dakika. Kwa kuzingatia uzito wako ni kilo 76.0 na ufanisi wako ni$\displaystyle 20.0%$, itachukua muda gani kwa joto la mwili wako kuongezeka$\displaystyle 1.00ºC$ ikiwa aina nyingine zote za uhamisho wa joto ndani na nje ya mwili wako zina usawa? (b) Je, hii ni sambamba na uzoefu wako katika kupata joto wakati wa kutumia?

97. Dhana Jumuishi

Mtu mwenye kilo 76.0-anayeambukizwa na hypothermia huja ndani ya nyumba na hutetemeka kwa nguvu. Inachukua muda gani uhamisho wa joto ili kuongeza joto la mwili wa mtu na$\displaystyle 2.00ºC$ ikiwa aina nyingine zote za uhamisho wa joto ni sawa?

Suluhisho
20.9 min

98. Dhana Jumuishi

Katika baadhi ya mikoa kubwa ya kijiografia, mwamba wa msingi ni moto. Visima vinaweza kuchimbwa na maji kusambazwa kupitia mwamba kwa uhamisho wa joto kwa ajili ya kizazi cha umeme.

(a) Mahesabu ya uhamisho joto ambayo inaweza kuondolewa kwa baridi$\displaystyle 1.00 km^3$ ya granite na$\displaystyle 100ºC$.

(b) Hii itachukua muda gani ikiwa joto linahamishwa kwa kiwango cha 300 MW, kudhani hakuna joto linalohamisha tena kwenye kilomita 1.00 ya mwamba na mazingira yake?

99. Dhana Jumuishi

Uhamisho wa joto kutoka kwenye mapafu yako na vifungu vya kupumua kwa kuhama maji.

(a) Tumia idadi kubwa ya gramu ya maji ambayo inaweza kuenea wakati unapoingiza 1.50 L ya$\displaystyle 37ºC$ hewa na unyevu wa awali wa jamaa wa 40.0%. (Kudhani kwamba joto la mwili pia$\displaystyle 37ºC$.)

(b) Ni joules ngapi za nishati zinahitajika kuenea kiasi hiki?

(c) Je! Ni kiwango gani cha uhamisho wa joto katika watts kutoka kwa njia hii, ikiwa unapumua kwa kiwango cha kawaida cha kupumzika cha pumzi 10.0 kwa dakika?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 3.96×10^{-2} g$
(b)$\displaystyle 96.2 J$
(c)$\displaystyle 16.0 W$

100. Dhana Jumuishi

(a) Je, ongezeko la joto la maji linaanguka 55.0 m juu ya Niagara Falls ni nini?

(b) Ni sehemu gani inapaswa kuenea ili kuweka joto mara kwa mara?

101. Dhana Jumuishi

Moto hewa kuongezeka kwa sababu ina kupanua. Kisha hutoa kiasi kikubwa cha hewa baridi, ambayo huongeza nguvu ya buoyant juu yake. (a) Tumia uwiano wa nguvu ya buoyant kwa uzito wa hewa 50.0ºC50.0ºC iliyozungukwa na hewa 20.0ºC20.0ºC. (b) Ni nishati gani inahitajika ili kusababisha 1.00m31.00 m3 ya hewa kwenda kutoka 20.0ºC20.0ºC hadi 50.0ºC50.0ºC? (c) Nishati gani ya mvuto inayopatikana kwa kiasi hiki cha hewa ikiwa inaongezeka 1.00 m? Je! Hii itasababisha baridi kubwa ya hewa?

Suluhisho
(a) 1.102
$\displaystyle 2.79×10^4J$
(b) (c) 12.6 J. hii haitasababisha baridi kubwa ya hewa kwa sababu ni ndogo sana kuliko nishati inayopatikana katika sehemu (b), ambayo ni nishati inayotakiwa kuifungua hewa kutoka 20.0ºC hadi 50.0ºC

102. Matokeo yasiyofaa

(a) Ni ongezeko gani la joto la mtu wa kilo 80.0 ambaye hutumia kcal 2500 ya chakula kwa siku moja na 95.0% ya nishati iliyohamishwa kama joto kwa mwili?

(b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

Suluhisho
(a) 36ºC
(b) Ongezeko lolote la joto zaidi kuliko kuhusu$\displaystyle 3ºC$ litakuwa kubwa sana. Katika kesi hiyo joto la mwisho la mtu lingeongezeka hadi 73ºC (163ºF).
| (c) Dhana ya uhifadhi wa$\displaystyle 95%$ joto ni busara.

103. Matokeo yasiyofaa

Mvumbuzi mdogo wa Arctic aliyezungukwa na barafu anadhani itakuwa vigumu sana kwa kuimarisha inji ya gari kwa kuyeyuka barafu juu yake kuliko kuwa na mfumo wa maji kilichopozwa na bomba, pampu ya maji, antifreeze, na kadhalika.

(a) Ikiwa nishati katika 1.00 gal$\displaystyle 80.0%$ ya petroli inabadilishwa kuwa “joto la taka” katika inji ya gari, ni kilo ngapi za$\displaystyle 0ºC$ barafu zinaweza kuyeyuka?

(b) Je, hii ni kiasi cha barafu kinachofaa cha kubeba karibu ili kupunguza inji kwa 1.00 gal ya matumizi ya petroli?

104. Matokeo yasiyofaa

(a) Kuhesabu kiwango cha uhamisho wa joto kwa uendeshaji kupitia dirisha na eneo la$\displaystyle 1.00 m^2$ kwamba ni 0.750 cm nene, ikiwa uso wake wa ndani ni saa$\displaystyle 22.0ºC$ na uso wake wa nje ni saa$\displaystyle 35.0ºC$.

(b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

Suluhisho
(a) 1.46 kW
(b) Kupoteza nguvu sana kupitia dirisha. Mchapishaji wa umeme wa nguvu hii unaweza kuweka chumba nzima cha joto.
(c) Joto la uso la dirisha halifanani na kiasi kikubwa kama kudhani. Uso wa ndani utakuwa joto, na uso wa nje utakuwa baridi.

105. Matokeo yasiyofaa

Meteorite 1.20 cm kipenyo ni moto sana mara baada ya kupenya anga ambayo huangaza 20.0 kW ya nguvu.

(a) Joto lake ni nini, ikiwa mazingira yanapo$\displaystyle 20.0ºC$ na ina emissivity ya 0.800?

(b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

106. Kujenga Tatizo lako mwenyewe

Fikiria mfano mpya wa ndege za kibiashara ikiwa na breki zake zilijaribiwa kama sehemu ya utaratibu wa awali wa ruhusa ya ndege. Ndege huletwa kwa kasi takeoff na kisha kusimamishwa na breki pekee. Jenga tatizo ambalo unahesabu ongezeko la joto la breki wakati wa mchakato huu. Unaweza kudhani zaidi ya nishati kinetic ya ndege ni waongofu na nishati ya mafuta katika breki na vifaa jirani, na kwamba kutoroka kidogo. Kumbuka kuwa breki zinatarajiwa kuwa moto sana katika utaratibu huu ambao huwasha moto na, ili kupitisha mtihani, ndege lazima iweze kuhimili moto kwa muda fulani bila conflagration ya jumla.

107. Kujenga Tatizo lako mwenyewe

Fikiria mtu nje usiku wa baridi. Jenga tatizo ambalo unahesabu kiwango cha uhamisho wa joto kutoka kwa mtu kwa njia zote tatu za uhamisho wa joto. Fanya hali ya awali kama kwamba wakati wa kupumzika mtu atakuwa na uhamisho wa joto na kisha kuamua ni kiasi gani cha shughuli za kimwili za aina iliyochaguliwa ni muhimu kusawazisha kiwango cha uhamisho wa joto. Miongoni mwa mambo ya kuzingatia ni ukubwa wa mtu, aina ya nguo, kiwango cha awali cha metabolic, hali ya anga, kiasi cha maji kilichopuka, na kiasi cha hewa kilichopumua. Bila shaka, kuna mambo mengine mengi ya kuzingatia na mwalimu wako anaweza kukuongoza katika mawazo yaliyotolewa pamoja na maelezo ya uchambuzi na njia ya kuwasilisha matokeo yako.

Wachangiaji na Majina

Template:ContribOpenStaxCollege