1) В солнечную погоду водная поверхность сильнее поглощает солнечный свет, чем земля, и нагревается быстрее.
2) Ночью и вода, и суша остывают одинаково.
3) В солнечную погоду земля нагревается быстрее, чем вода, поскольку удельная теплоёмкость поверхностного слоя земли много меньше, чем удельная теплоёмкость воды.
4) Ночью суша остывает медленнее, чем вода, поскольку вода обладает очень большой удельной теплоёмкостью.
Конец формы
Начало формы
Дневным бризом называют поток воздуха, дующий
1) с моря на сушу
2) с суши на море
3) вдоль морского побережья в дневное время
4) вверх в направлении движения тёплого воздуха
Экспериментальное открытие закона эквивалентности тепла и работы.
В 1807 г. физик Ж. Гей-Люссак, изучавший свойства газов, поставил простой опыт. Давно было известно, что сжатый газ, расширяясь, охлаждается. Гей-Люссак заставил газ расширяться в пустоту — в сосуд, воздух из которого был предварительно откачан. К его удивлению, никакого понижения температуры не произошло, температура газа не изменилась. Исследователь не мог объяснить результат: почему один и тот же газ, одинаково сжатый, расширяясь, охлаждается, если его выпускать прямо наружу в атмосферу, и не охлаждается, если его выпускать в пустой сосуд, где давление равно нулю?
Объяснить опыт удалось немецкому врачу Роберту Майеру. У Майера возникла мысль, что работа и теплота могут превращаться одна в другую. Эта замечательная идея сразу дала возможность Майеру сделать ясным загадочный результат в опыте Гей-Люссака: если теплота и работа взаимно превращаются, то при расширении газа в пустоту, когда он не совершает никакой работы, так как нет никакой силы (давления), противодействующей увеличению его объема, газ и не должен охлаждаться. Если же при расширении газа ему приходится совершать работу против внешнего давления, его температура должна понижаться. Даром работу получить нельзя! Замечательный результат Майера был много раз подтвержден прямыми измерениями; особое значение имели опыты Джоуля, который измерял количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости, вращающейся в ней мешалкой. Одновременно измерялись и работа, затраченная на вращение мешалки, и количество теплоты, полученное жидкостью. Как ни менялись условия опыта, брались разные жидкости, разные сосуды и мешалки, результат был один и тот же: всегда из одной и той же работы получалось одно и то же количество теплоты.
Рис.1 Упрощенная схема опыта Джоуля по определению механического эквивалента теплоты.
В опытах Джоуля внутренняя энергия жидкости увеличивается благодаря
1) теплопередаче с окружающей средой
2) теплопередаче с вращающейся мешалкой
3) совершению работы над жидкостью
4) совершению работы самой жидкостью
Конец формы
Начало формы
В процессе рабочего хода в двигателе внутреннего сгорания газы, образовавшиеся при сгорании топлива, расширяются и
1) охлаждаются
2) нагреваются
3) сначала нагреваются, потом охлаждаются
4) сначала охлаждаются, потом нагреваются
Конец формы
Начало формы
В опыте Ж. Гей-Люссака газ, расширяющийся в пустой сосуд, не охлаждается, потому что
1) теплота в этом процессе полностью превращалась в работу
2) газ совершал работу против атмосферного давления
3) теплота в этом процессе полностью поглощалась сосудом
4) газ не совершал работы, так как давление в сосуде равно нулю
Парниковый эффект
Для определения температуры нагреваемого Солнцем объекта важно знать его расстояние от Солнца. Чем ближе планета Солнечной системы к Солнцу, тем выше её средняя температура. Для объекта, удалённого от Солнца как Земля, значение средней температуры на поверхности:
T ≈–15 °C.
В действительности климат Земли значительно более мягкий. Её средняя температура на поверхности составляет около 18 °C за счёт так называемого парникового эффекта – нагрева нижней части атмосферы излучением поверхности Земли.
В нижних слоях атмосферы преобладает азот (78%) и кислород (21%). На остальные составляющие приходится всего 1%. Но именно этот процент и определяет оптические свойства атмосферы, так как азот и кислород почти не взаимодействуют с излучением.
Эффект «парника» известен всем, имевшим дело с этим незамысловатым огородным сооружением. В атмосфере он выглядит так. Часть излучения Солнца, не отразившаяся от облаков, проходит через атмосферу, исполняющую роль стекла или плёнки, и нагревает земную поверхность. Нагретая поверхность остывает, испуская тепловое излучение, но это уже другое излучение – инфракрасное. Средняя длина волны такого излучения значительно больше, чем приходящего от Солнца, и потому почти прозрачная для видимого света атмосфера пропускает инфракрасное излучение значительно хуже.
Пары воды поглощают около 62% инфракрасного излучения, что способствует нагреву нижних слоёв атмосферы. За водяным паром в списке парниковых газов следует углекислый газ (СО2), поглощающий в прозрачном воздухе 22% инфракрасного излучения Земли.
Атмосфера поглощает восходящий от поверхности планеты поток длинноволнового излучения, нагревается и, в свою очередь, нагревает поверхность Земли. Максимум в спектре излучения Солнца приходится на длину волны около 550 нм. Максимум в спектре излучения Земли приходится на длину волны примерно 10 мкм. Роль парникового эффекта иллюстрирует рисунок.
Рис. а. Кривая 1 – расчётный спектр излучения Солнца (с температурой фотосферы 6000 °С); кривая 2 – расчётный спектр излучения Земли (с температурой поверхности 25 °С)
Рис. б. Поглощение (в процентном отношении) земной атмосферой излучения на разных длинах волн. На участке спектра от 10 до 20 мкм находятся полосы поглощения молекул CO2, H2O, O3, CH4. Они-то и поглощают излучение, приходящее с поверхности Земли
Какое из приведенных ниже утверждений соответствуют кривой на рисунке 1(б)?
А. Видимое излучение, соответствующее максимуму солнечного спектра, проходит сквозь атмосферу практически беспрепятственно.
Б. Инфракрасное излучение с длиной волны, превышающей 10 мкм, практически не проходит за пределы земной атмосферы.
1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б
Конец формы
Начало формы
Значительная часть энергии Солнца излучается в инфракрасном диапазоне. Условно различают три составляющих диапазона инфракрасного излучения: коротковолновая область (0,74–2,5 мкм), средневолновая область (2,5–50 мкм) и длинноволновая (50–100 мкм). Для какой(-их) области(-ей) солнечного инфракрасного излучения земная атмосфера является непрозрачной? Ответ поясните.
Конец формы
Начало формы
Благодаря парниковому эффекту
1) в холодную пасмурную погоду шерстяная одежда предохраняет тело человека от переохлаждения
2) чай в термосе остаётся длительное время горячим
3) солнечные лучи, прошедшие через застеклённые окна, нагревают воздух в комнате
4) в летний солнечный день температура воды в водоёмах ниже температуры песка на берегу
Конец формы
Начало формы
Какой из газов играет наибольшую роль в парниковом эффекте атмосферы Земли?
1) азот
2) кислород
3) углекислый газ
4) водяной пар
Наночастицы
Современные исследования показывают, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 1000 нанометров обычно называют наночастицами. В наномире изменяются многие механические, термодинамические, электрические, оптические характеристики вещества. Например, при уменьшении размеров частицы температура её плавления становится гораздо ниже, чем у образцов обычного размера. На рисунке 1 представлена зависимость температуры плавления наночастиц алюминия Tm от их радиуса R в ангстремах (1 Å = 10−10 м).
Рисунок 1
Причиной понижения температуры плавления у наночастиц является то, что атомы на поверхности всех кристаллов находятся в особых условиях, а доля таких «поверхностных» атомов у наночастиц становится очень большой.
На атомы внутри кристаллической решетки действуют силы со стороны всех окружающих атомов. Эти силы заставляют их находиться в узлах кристаллической решётки. На атомы, расположенные на поверхности кристаллов, действуют силы только со стороны кристалла.
В результате на поверхности кристаллов легче разрушается кристаллическая структура и образуется плёнка жидкости. Кстати, кристаллы льда не являются исключением. Поэтому лёд скользкий. Толщина жидкой плёнки на поверхности кристалла растёт с повышением температуры, так как более высокая энергия теплового движения молекул вырывает из кристаллической решётки больше поверхностных слоёв. Теоретические оценки и эксперименты показывают, что как только толщина жидкой плёнки на поверхности кристалла начинает превышать 1/10 размеров кристалла, кристаллическая решётка разрушается, и частица становится жидкой.
Размеры современных элементов электронных микросхем находятся в нанодиапазоне. Из-за «легкоплавкости» нанообъектов допустимый температурный режим работы современных и будущих микросхем
1) расширяется в область высоких температур
2) расширяется в область низких температур
3) ограничивается со стороны области высоких температур
4) ограничивается со стороны области низких температур
Конец формы
Начало формы
Согласно рисунку у частиц алюминия радиусом 50 Å, по сравнению с образцами обычного размера, температура плавления
1) понижается примерно на 50 °С
2) повышается примерно на 50 °С
3) понижается примерно на 100 °С
4) повышается примерно на 100 °С
Конец формы
Начало формы
Кристаллы обычного льда на ощупь скользкие. Это объясняется
1) отсутствием сил трения на поверхности льда
2) малыми размерами кристаллов льда
3) наличием примесей в структуре кристаллов
4) образованием плёнки жидкости на поверхности кристалла
3. Электромагнитные явления
Огни святого Эльма
Перед грозой или во время её нередко на остриях и острых углах высоко поднятых предметов вспыхивают похожие на кисточки конусы света. Этот медленный и мирно совершающийся разряд называют с давних времён огнями святого Эльма.
Ещё у Тита Ливия можно прочитать, что когда флот Лизандра выходил из порта для того, чтобы напасть на афинян, на мачтах афинянской галеры зажигались огни. Древние считали появление огней Эльма хорошим предзнаменованием.
Особенно часто свидетелями этого явления становятся альпинисты. Иногда даже не только металлические предметы, но и кончики волос на голове украшаются маленькими святящимися струйками. Если поднять руку, то по характерному жжению чувствуется, как из пальцев истекает электрический ток.
Огни святого Эльма не что иное, как форма коронного газового разряда, наблюдаемого в природе и легко получаемого в лаборатории. Заряженное грозовое облако индуцирует на поверхности Земли заряды противоположного знака. Особенно большой заряд скапливается на остриях. Вокруг этого заряда существует неоднородное электростатическое поле, характеристикой которого является векторная физическая величина, называемая напряжённостью. Модуль напряжённости Е равен отношению модуля силы, действующей на заряд q, внесённый в данную точку поля, к модулю этому заряду: Е =Fq. Когда напряжённость электрического поля достигнет критического значения 3 � 106 Н/Кл, начинается разряд. Благодаря ионизации молекул газов, входящих в состав воздуха, около острия образуется большое количество свободных электронов. Эти электроны ускоряются полем и, сталкиваясь с молекулами и атомами газов, разрушают их. Число электронов и ионов лавинообразно растёт, и воздух начинает светиться.
Огни святого Эльма – это
1) искровой газовый разряд
2) коронный газовый разряд
3) медленная молния
4) ток в металлическом проводнике
Конец формы
Начало формы
Огни Святого Эльма возникают на верхушках заостренных предметов (маяках, мачтах кораблей). В какое время они возникают: перед грозой или после неё? Ответ поясните.
Конец формы
Начало формы
Огни святого Эльма возникают при наличии
А. заострений у предметов
Б. сильного электрического поля
Правильный ответ
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Электрические рыбы1
Электрические рыбы – это уникальные существа, отличающиеся от своих собратьев тем, что несут на себе живые гальванические элементы. Вырабатываемый ими электрический ток служит средством защиты или нападения. Наиболее ярким представителем электрических рыб является электрический скат. Рыба эта, обитающая в тёплых морях, имеет массу около 100 килограммов и достигает двух метров в длину. Его электрические органы, расположенные по бокам головы, имеют массу больше 16 килограмм. Неутомленный скат способен произвести электрический ток, сила тока которого 8 А при напряжении 300 В, что представляет серьёзную опасность для человека.
Электрические органы ската по своему строению похожи на батарею гальванических элементов. Они состоят из многочисленных пластинок, собранных столбиками (последовательное соединение элементов), которые расположены друг возле друга во много рядов (параллельное соединение элементов).
Одна сторона пластинки гладкая и несёт на себе отрицательный заряд, Другая, с выступающими сосочками, заряжена положительно. Всё устройство заключено в электроизолирующую ткань. Можно утверждать, что в основе работы электрических органов лежат химические реакции, как в гальваническом элементе.
Учёных занимал вопрос о том, воспринимают ли электрические рыбы магнитное поля Земли и могут ли они использовать это поле для целей навигации.
Более 40 лет назад было высказано предположение, что основой механизмов восприятия электрическими рыбами магнитного поля могут быть токи индукции, возникающие в теле рыб при их движении в магнитном поле Земли. Одни исследователи считали, что рыбы во время миграций используют электрические индукционные токи, возникающие в результате движения (течения) воды в магнитном поле Земли. Другие полагали, что некоторые глубоководные рыбы используют индукционные токи, возникающие в их теле при движении, и в принципе они могут ориентироваться на магнитное поле Земли при активном перемещении или пассивном сносе (дрейфе) в потоках воды.
Если рассматривать рыбу как замкнутый электрический контур, то при движении рыбы в магнитном поле Земли по её телу в результате индукции в вертикальном направлении проходит электрический ток. Заряд в теле рыбы при её перемещении зависит только от взаимного расположения в пространстве направления движения и линий горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Следовательно, если рыба реагирует на заряд, протекающий через её тело, она может определить свой путь и его направление в магнитном поле Земли.
Таким образом, хотя вопрос об электронавигационном механизме электрических рыб ещё окончательно не выяснен, принципиальная возможность использования ими токов индукции не вызывает сомнений.
По предположению учёных рыбы во время миграций используют
А. электрические индукционные токи, возникающие в результате движения (течения) воды в магнитном поле Земли
Б. генераторы, которые расположены в их теле и посылают электрические импульсы
Правильный ответ
1) только А 2) только Б
3) и А, и Б 4) ни А, ни Б
Конец формы
Начало формы
Может ли электрическая рыба использовать магнитное поле Земли для навигации? Ответ поясните.
Конец формы
Начало формы
Что представляют собой электрические органы электрического ската?
1) батарею аккумуляторов
2) импульсный генератор
3) гальванический элемент
4) генератор постоянного тока
Электрические рыбы2
Электрические рыбы известны человечеству с древнейших времён. Ещё Аристотель рассказывал своим ученикам, что электрический скат, обитающий в Средиземном море, «заставляет цепенеть животных, которых он хочет поймать, побеждая их силой удара, живущего в его теле».
О природе этих ударов никто не догадывался до Алессандро Вольта, который сопоставил удар, получаемый от электрического ската, с ударом от построенной им электрической батареи (вольтова столба) – достаточно мощного источника тока.
Однако планомерные исследования начались лишь в наше время, когда появилась записывающая импульсы рыб аппаратура. Исследования показали, что среди нескольких сотен известных видов электрических рыб лишь немногие дают сильные импульсы.
В восточной части тихоокеанских тропических вод живёт двухметровый электрический скат, способный создать электрический импульс напряжением 50–60 В при силе тока 50 А – вполне достаточный, чтобы парализовать рыбу чуть поменьше его самого.
Опаснейшим среди всех электрических рыб является электрический угорь. По количеству человеческих жертв он даже опережает легендарную пиранью. Этот угорь (кстати, к обыкновенным угрям он не имеет никакого отношения) способен испускать мощный электрический заряд. Если взять молодого угря в руки, то ощущаешь лёгкое покалывание, а это с учётом того, что малюткам всего несколько дней и размером они лишь 2–3 см. Легко представить, какие ощущения получишь, если прикоснёшься к взрослому угрю. Человек при таком тесном общении получает удар в 650 В и от него может умереть. Мощные электрические импульсы электрический угорь посылает до 150 раз в сутки. Чтобы убить рыбу, электрическому угрю достаточно содрогнуться, выпустив ток. Жертва погибает мгновенно.
Электрические угри – крупные рыбы: средняя длина взрослых особей составляет 1–3 м, вес – до 40 кг.
Самое интересное в строении электрических угрей – это их электрические органы, которые занимают более 2/3 длины тела, а у некоторых особей – 4/5. Положительный полюс этой «батареи» лежит в передней части тела угря, отрицательный – в задней.
Что же представляют собой электрические органы рыб? В первую очередь это особые мускульные клетки, так называемые электрические пластинки, поразительно напоминающие по схеме и конструктивному принципу электробатареи. У электрических угрей ими занято всё тело рыбы, кроме головы.
Исследования учёных показали, что многие из обычных, так называемых неэлектрических, рыб, которые не имеют специальных электрических органов, всё же в состоянии возбуждения способны создавать в воде слабые электрические разряды. Эти разряды образуют вокруг тела рыб характерные биоэлектрические поля. Установлено, что слабые электрические поля есть у таких рыб, как речной окунь, щука, пескарь, вьюн, карась, краснопёрка и др.