TENTAMEN I FYSIK FÖR V1, 11 JANUARI 2011 Skrivtid: 08.00-13.00 Hjälpmedel: Formelblad och räknare. Börja varje ny uppgift på nytt blad. Lösningarna ska vara väl motiverade och försedda med svar. Kladdblad rättas inte! Betyg: Varje korrekt löst uppgift ger 6 poäng. På varje uppgift görs en helhetsbedömning. För godkänt krävs minst 24 poäng. Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad! 1. Här kommer först några inledande frågor. Om det går ska du alltid stödja dina argument med lämpliga samband! a) I årets upplaga av LTH:s julkalender gjordes ett experiment där ett tänt stearinljus placerades på ett fat fyllt med vatten. Ett dricksglas fördes ner över lågan. Ljuset slocknade, och när glaskanten nådde vattnet, steg vattenytan inuti glaset så att den blev höjden h högre än vattenytan utanför glaset. Ge en fysikalisk förklaring. h T / C b) Figurerna intill visar hur temperaturen A B i en vägg varierar. Tem- +17 T in peraturen på insidan av väggen är T in = +17 C och på utsidan av väggen T ut = 9 C i båda fallen. 0 På insidan av väggen ligger 10 cm isoleringsmaterial och utsidan består 9 av 10 cm tegel. Motivera, med utgångspunkt i temperaturvariationen, vilken av figurerna som bäst beskriver situationen, dvs. om det är material A eller B som är isoleringsmaterial. T / C +17 0 T u 9 T i B A T u c) När man andas utomhus en kall dag ser man sin andedräkt som rök ur munnen. Vad beror det på? 2. I en aluminiumplåt borras ett hål med diametern 1,35 cm när temperaturen är 20 C. Temperaturen höjs sedan till 275 C. a) Med hur många mikrometer ändras hålets diameter? Du får anta att längdutvidgningskoefficienten är konstant i hela temperaturintervallet. b) Blir hålet större eller mindre? Motivera.
3. Inne i en flygplanskabin är trycket ca 0,70 atm när flygplanet befinner sig på höjden 12 km över havsytan. a) Hur högt är trycket utanför kabinen på höjden 12 km? Du kan anta att temperaturen är 10 C överallt i atmosfären och att normalt lufttryck råder vid havsytan. b) Hur många gram vattenånga innehåller 1,0 m 3 luft i en flygplanskabin där temperaturen är +20 C och den relativa luftfuktigheten 15 %? 4. En modern frys med köldfaktorn K f = 3,6 har en infrysningskapacitet på 20 kg/dygn. a) Vilken effekt måste bortföras om man på ett dygn ska omvandla 20,0 kg vatten med temperaturen +15ºC till is med temperaturen 18ºC? I det aktuella temperaturintervallet kan isens specifika värmekapacitet sättas till 2,1 10 3 J/(kg K). b) Vilken genomsnittseffekt måste frysens kompressor leverera för att åstadkomma infrysningen? 5. I figuren ser du ett schematiskt pv-diagram över en tänkt kretsprocess. När en gas ändrar sitt tillstånd från A till C utefter kurvan ABC uträttar den ett arbete på 35 J samtidigt som den tar upp 55 J värme. När gasen istället går från A till C utefter kurvan ADC uträttar den arbetet 15 J. a) Hur stort arbete uträttar gasen under ett varv, A B C D A? b) Hur mycket värme upptas eller avges under processen C D A? c) Hur stort arbete uträttar gasen om den istället ändrar sitt tillstånd direkt från A till C utefter diagonalen i figuren? p B A C D V
6. För att kunna få varmvatten när man är på campingsemester i det fria kan man använda sig av solenergi. Säcken på bilden innehåller 20 liter vatten som, när säcken läggs i solen, värms upp till höga temperaturer. Den svarta ytan, som är en ideal, svart kropp, har arean 0,20 m 2. Solstrålning infaller vinkelrätt mot denna yta. En solig dag är omgivningens temperatur +17 C och instrålningen från solen 450 W/m 2. a) Beräkna den totala strålningseffekt som säcken absorberar. Tips: Glöm inte bort instrålningen från omgivningen! b) Beräkna sluttemperaturen på vattnet om den absorberade effekten precis balanseras av utstrålning. (Både lednings- och konvektionsförluster försummas.) 7. En metallring pendlar på en horisontell stav, se figur. När metallringen sätts i svängning, får den svängningstiden T som förväntas bero på ringens massa m, ringens diameter D och tyngdaccelerationen g. a) Gör en produktansats och bestäm hur svängningstiden beror på dessa variabler. b) En mätning på en aluminiumring med massan 55 g ger resultat enligt tabellen intill. Bestäm det fullständiga uttrycket. 8. Två identiska glödlampor är kopplade enligt figuren nedan, dvs. den ena till fas 1 och den andra till fas 2. a) Beräkna strömmarna i 1 och i 2 om båda lamporna har resistansen 1,6 kω. b) Beräkna strömmen i N. Rita ett skalenligt visardiagram. c) Hur stor blir strömmen i N om ytterligare en (likadan) lampa kopplas in till fas 3? Motivera med hjälp av visardiagram. D R D/cm T/s 4,0 0,4 8,0 0,6 12 0,7 16 0,8 20 0,9 24 1,0 Lycka till!