מבחן חום ואנרגיה: תרגילים עם תשובות

מבחן חום ואנרגיה לתרגול לפני המבחן בכיתה ט’: 10 שאלות בהדרגה, מההבדל בין חום לטמפרטורה ועד הנצילות של קומקום חשמלי. מתחת לכל שאלה יש תשובה סופית לבדיקה עצמית, וההסבר המלא של כל נושא נמצא בקורס.

מה במבחן

השאלות מסודרות מהקלה לקשה. כדאי לפתור לפי הסדר, כי כל חלק נשען על הקודם:

חום, טמפרטורה ומעבר חום — 3 שאלות
חישוב אנרגיית חום — 3 שאלות
ערבוב מים ושיווי משקל תרמי — 2 שאלות
חום מחשמל ונצילות — 2 שאלות

למי זה מיועד: תלמידי כיתה ט’ לפני מבחן בפרק החום והאנרגיה. המבחן הזה מתמקד בחום. לאנרגיה מכנית יש מבחן נפרד, מבחן אנרגיית גובה ותנועה. מבחנים נוספים מחכים בעמוד מבחנים בפיזיקה, וכל ההסברים על הפרק מרוכזים בעמוד אנרגיה וחום.

ספל קפה מהביל מחימר ליד בריכה קטנה, וילד מחימר טובל בה את הרגליים

חום, טמפרטורה ומעבר חום

לפני שמתחילים — ההסבר המלא על חום וטמפרטורה, וההסבר על מעבר חום בהולכה, בהסעה ובקרינה.

שאלה 1

ספל קפה בטמפרטורה של 80 מעלות עומד ליד בריכת שחייה מלאה במים בטמפרטורה של 28 מעלות.
א. למי מהם יש טמפרטורה גבוהה יותר?
ב. באיזה מהם אגורה יותר אנרגיה בתנועת החלקיקים? הסבירו.
ג. מוסיפים קרח לספל ולבריכה, עוד ועוד. באיזה מהם יימס יותר קרח בסך הכול?
ד. הסבירו במשפט אחד את ההבדל בין חום לטמפרטורה.

תשובה סופית

א. לספל.
ב. בבריכה: יש בה הרבה יותר חלקיקים, ולכן הרבה יותר אנרגיה בסך הכול.
ג. בבריכה.
ד. טמפרטורה אומרת כמה חם הגוף. חום הוא אנרגיה שעוברת מגוף חם לגוף קר.

שאלה 2

מכניסים כפית מתכת בטמפרטורת החדר, 25 מעלות, לכוס תה בטמפרטורה של 80 מעלות.
א. מאיזה גוף לאיזה גוף עובר חום?
ב. מה קורה לטמפרטורה של הכפית, ומה קורה לטמפרטורה של התה?
ג. מתי ייפסק מעבר החום בין הכפית לתה?
ד. נועה מחזיקה קוביית קרח ביד ואומרת: “הקור עובר מהקרח אל היד שלי”. מה הטעות במשפט?

תשובה סופית

א. מהתה אל הכפית.
ב. הכפית מתחממת, והתה מתקרר.
ג. כשהטמפרטורות שלהם שוות: שיווי משקל תרמי.
ד. החום עובר מהיד אל הקרח, ולא קור מהקרח אל היד.

שאלה 3

כתבו ליד כל דוגמה אם החום עובר בהולכה, בהסעה או בקרינה.
א. הידית של כפית מתכת בתוך תה חם מתחממת.
ב. האוויר החם מעל תנור חימום עולה, ואחרי זמן מה כל החדר מתחמם.
ג. בבוקר שמשי מרגישים את חום השמש על הפנים.
ד. בסיר שמתחמם על הכיריים, המים החמים עולים מלמטה והמים הקרים יורדים.
ה. הולכים יחפים על חול לוהט, וכפות הרגליים נכוות.
ו. עומדים כמה מטרים מול מדורה ומרגישים חום על הפנים.
ז. באיזו משלוש הדרכים חום יכול לעבור גם בחלל ריק, בלי חומר בכלל?

תשובה סופית

הולכה: א, ה. הסעה: ב, ד. קרינה: ג, ו.
ז. קרינה.

חישוב אנרגיית חום

לפני שמתחילים — ההסבר המלא על אנרגיית חום, עם הנוסחה ותרגיל פתור.

שימו לב: בכל השאלות מכאן והלאה החום הסגולי של מים נתון: 4,200 ג’אול לקילוגרם למעלה. זה הערך המעוגל שמקובל בחטיבת הביניים.

Q = m · c · ΔT

c_water = 4200 Jkg · °C

Q: אנרגיית החום, בג’אול
m: המסה, בקילוגרם
c: החום הסגולי של החומר
ΔT: שינוי הטמפרטורה: הסופית פחות ההתחלתית

שאלה 4

בסיר יש 3 קילוגרמים של מים בטמפרטורה של 20 מעלות. מחממים אותם ל־80 מעלות. נתון: החום הסגולי של מים הוא 4,200 ג’אול לקילוגרם למעלה.
א. כמה אנרגיית חום קיבלו המים?
ב. כמה אנרגיה צריך כדי לחמם 6 קילוגרמים של מים, גם הם מ־20 ל־80 מעלות?

תשובה סופית

א. 756,000 ג’אול.
ב. 1,512,000 ג’אול, פי 2.

שאלה 5

א. חצי קילוגרם של מים בטמפרטורה של 15 מעלות קיבל 84,000 ג’אול של אנרגיית חום. מה הטמפרטורה הסופית של המים?
ב. כוס עם 0.2 קילוגרם של תה בטמפרטורה של 90 מעלות מתקררת על השולחן ל־30 מעלות. חשבו את אנרגיית החום. מה המשמעות של הסימן שיצא?
נתון: החום הסגולי של מים הוא 4,200 ג’אול לקילוגרם למעלה. התייחסו לתה כאל מים.

תשובה סופית

א. 55 מעלות.
ב. מינוס 50,400 ג’אול. הסימן השלילי אומר שהתה מסר את האנרגיה לסביבה.

גוש כסוף וגוש בצבע נחושת מחימר על אותה פלטת חימום — לאותה כמות חום, חומר עם חום סגולי קטן מתחמם יותר.

שאלה 6

יש לנו גוש אלומיניום וגוש נחושת. נתון: החום הסגולי של אלומיניום הוא 900 ג’אול לקילוגרם למעלה, והחום הסגולי של נחושת הוא 390 ג’אול לקילוגרם למעלה.
א. כמה אנרגיה צריך כדי לחמם 2 קילוגרמים מכל מתכת ב־50 מעלות? לאיזו מתכת צריך יותר אנרגיה?
ב. נותנים לחצי קילוגרם מכל מתכת 11,700 ג’אול. שתיהן מתחילות בטמפרטורה של 20 מעלות. מה הטמפרטורה הסופית של כל אחת?
ג. לשני גושים באותה מסה, אחד מכל מתכת, מעבירים אנרגיה באותו קצב. איזה מהם יתחמם מהר יותר? הסבירו בעזרת החום הסגולי.

תשובה סופית

א. אלומיניום: 90,000 ג’אול. נחושת: 39,000 ג’אול. לאלומיניום צריך יותר.
ב. נחושת: 80 מעלות. אלומיניום: 46 מעלות.
ג. הנחושת, כי החום הסגולי שלה נמוך יותר.

ערבוב מים ושיווי משקל תרמי

הרעיון בשתי השאלות: כשמערבבים מים חמים ומים קרים, החום עובר מהחמים אל הקרים, עד שלכל המים יש אותה טמפרטורה. החום שהמים החמים מסרו שווה לחום שהמים הקרים קיבלו. בשאלות כאן מניחים שלא עובר חום לכלי או לאוויר.

שאלה 7

מערבבים קילוגרם אחד של מים בטמפרטורה של 20 מעלות עם קילוגרם אחד של מים בטמפרטורה של 60 מעלות. מניחים שלא עובר חום לכלי ולאוויר. נתון: החום הסגולי של מים הוא 4,200 ג’אול לקילוגרם למעלה.
א. מה תהיה הטמפרטורה הסופית של התערובת?
ב. כמה אנרגיית חום עברה מהמים החמים אל המים הקרים?

תשובה סופית

א. 40 מעלות.
ב. 84,000 ג’אול.

שאלה 8

א. מערבבים 2 קילוגרמים של מים בטמפרטורה של 80 מעלות עם 3 קילוגרמים של מים בטמפרטורה של 20 מעלות. מה תהיה הטמפרטורה הסופית?
ב. באמבטיה יש 40 קילוגרמים של מים חמים בטמפרטורה של 70 מעלות. כמה קילוגרמים של מים קרים, בטמפרטורה של 20 מעלות, צריך להוסיף כדי לקבל מים בטמפרטורה של 40 מעלות?
מניחים שלא עובר חום לכלי, לאמבטיה ולאוויר. נתון: החום הסגולי של מים הוא 4,200 ג’אול לקילוגרם למעלה.

תשובה סופית

א. 44 מעלות.
ב. 60 קילוגרמים.

חום מחשמל ונצילות

לפני שמתחילים — ההסבר על הספק חשמלי וההסבר על נצילות. האנרגיה החשמלית שמכשיר צורך שווה להספק שלו כפול הזמן בשניות. הנצילות אומרת איזה חלק מהאנרגיה הזו הגיע למקום שרצינו, כאן למים.

E = P · t

η = (Q / E) · 100%

E: האנרגיה החשמלית, בג’אול
P: ההספק, בואט
t: הזמן, בשניות
Q: החום שקיבלו המים, בג’אול
η: הנצילות, באחוזים

קומקום חשמלי מחימר רותח על שיש במטבח, וילד מחימר מחכה לידו — קומקום חשמלי הופך אנרגיה חשמלית לחום שמחמם את המים.

שאלה 9

גוף חימום חשמלי בהספק של 1,500 ואט טובל במיכל מבודד, ובו 3 קילוגרמים של מים בטמפרטורה של 20 מעלות. גוף החימום פועל 7 דקות. מניחים שכל האנרגיה החשמלית הופכת לחום שהמים מקבלים. נתון: החום הסגולי של מים הוא 4,200 ג’אול לקילוגרם למעלה.
א. איזו המרת אנרגיה מתרחשת בגוף החימום?
ב. כמה אנרגיה חשמלית צרך גוף החימום?
ג. מה הטמפרטורה של המים בסוף 7 הדקות?
ד. כמה זמן צריך להפעיל את גוף החימום מההתחלה, כדי שהמים יגיעו ל־100 מעלות?

תשובה סופית

א. אנרגיה חשמלית הופכת לאנרגיית חום.
ב. 630,000 ג’אול.
ג. 70 מעלות.
ד. 672 שניות, כלומר 11 דקות ו־12 שניות.

שאלה 10

קומקום חשמלי בהספק של 2,000 ואט מחמם 1.5 קילוגרמים של מים מ־20 מעלות ל־100 מעלות תוך 5 דקות. נתון: החום הסגולי של מים הוא 4,200 ג’אול לקילוגרם למעלה.
א. כמה אנרגיה חשמלית צרך הקומקום?
ב. כמה אנרגיית חום קיבלו המים?
ג. מה הנצילות של הקומקום?
ד. כמה אנרגיה לא הגיעה למים, ולאן היא הלכה?
ה. כמה זמן היה לוקח לחמם את המים ל־100 מעלות, אילו הנצילות הייתה 100 אחוזים?

תשובה סופית

א. 600,000 ג’אול.
ב. 504,000 ג’אול.
ג. 84 אחוזים.
ד. 96,000 ג’אול, שחיממו את גוף הקומקום ואת האוויר.
ה. 252 שניות, כלומר 4 דקות ו־12 שניות.

הטעות הכי נפוצה: טמפרטורה במקום שינוי טמפרטורה

בנוסחה מציבים את השינוי בטמפרטורה, ולא את הטמפרטורה הסופית. מים שהתחממו מ־20 ל־80 מעלות השתנו ב־60 מעלות, לא ב־80. ובשאלות על חשמל, הזמן נכנס לנוסחה בשניות, לא בדקות.

ועל החום הסגולי של מים: הערך המדויק קרוב ל־4,186 ג’אול לקילוגרם למעלה. בחטיבת הביניים מעגלים ל־4,200, כמו כאן. אם המורה שלכם עובד עם ערך אחר, התשובות ייצאו קרובות אבל לא זהות.

שאלות נפוצות

איפה הפתרונות לשאלות?

מתחת לכל שאלה יש תשובה סופית, כדי שתוכלו לבדוק את עצמכם. ההסבר המלא של כל נושא, עם תרגילים פתורים, נמצא בקורס הפיזיקה לכיתה ט’.

מה ההבדל בין חום לטמפרטורה?

טמפרטורה אומרת כמה חם הגוף. חום הוא אנרגיה שעוברת מגוף חם לגוף קר. לספל קפה יש טמפרטורה גבוהה יותר מלבריכה, אבל בבריכה אגורה הרבה יותר אנרגיה.

איך מחשבים טמפרטורה סופית כשמערבבים מים?

משווים את החום שהמים החמים מסרו לחום שהמים הקרים קיבלו. כשהמסות שוות, הטמפרטורה הסופית נמצאת בדיוק באמצע. כשהמסות שונות, היא קרובה יותר לטמפרטורה של הכמות הגדולה יותר.

איך מחשבים נצילות של קומקום?

מחלקים את החום שהמים קיבלו באנרגיה החשמלית שהקומקום צרך, וכופלים ב־100. האנרגיה החשמלית היא ההספק כפול הזמן בשניות.

נתקעתם באחת השאלות?

בקורס הפיזיקה לכיתה ט’ כל נושא מוסבר בסרטון, ולכל תרגיל בחוברת יש סרטון פתרון, שלב אחר שלב. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ט’

או מתחילים בחינם: עוד תרגילים בחוברת, להורדה