{"id":"fizyka-2015-maj-matura-rozszerzona/zad/7","paper_id":"fizyka-2015-maj-matura-rozszerzona","number":"7","points":2,"ptype":"open","subject":"fizyka","category":"matura","year":2015,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 7. (0-2)\nWymień trzy różne zjawiska powodujące stygnięcie otwartego naczynia z gorącą wodą.\n1.\n2.\n3.","answer":null,"answer_text":"Zadanie 7. (0-2)\nIII (III etap). Wskazywanie w otaczającej\nrzeczywistości przykładów zjawisk\nopisywanych za pomocą poznanych praw.\n2.8 (G). Zdający wyjaśnia przepływ ciepła\nw zjawisku przewodnictwa cieplnego […].\n2.11 (G). Zdający opisuje ruch cieczy i gazów\nw zjawisku konwekcji.\nPoprawna odpowiedź\nZjawiskami tymi są przewodnictwo cieplne, konwekcja (lub konwekcja w powietrzu),\nparowanie wody i promieniowanie.\nUwaga. Nie uznaje się m.in. odpowiedzi: oddawanie ciepła do naczynia (gdyż pytanie\ndotyczyło stygnięcia naczynia z wodą, a nie stygnięcia samej wody), konwekcja w wodzie\n(wymiana ciepła wewnątrz naczynia nie jest odpływem ciepła na zewnątrz), a także\n„występowanie różnicy temperatur” (ponieważ nie jest to nazwa zjawiska fizycznego).\nSchemat punktowania\n2 p. - napisanie trzech poprawnych nazw zjawisk.\n1 p. - napisanie dwóch poprawnych nazw zjawisk.\n0 p. - brak spełnienia powyższych kryteriów.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\nTrzy zjawiska to (wymagane dowolne trzy spośród czterech):\n\n1. **Parowanie** (odparowanie wody z powierzchni)\n2. **Przewodzenie ciepła** (kondukcja przez ścianki naczynia)\n3. **Konwekcja** (unoszenie ogrzanego powietrza nad naczyniem)\n4. **Promieniowanie cieplne** (emisja podczerwieni przez naczynie i wodę)\n\n## Sposób 1 - Analiza mechanizmów wymiany ciepła\n\nCiepło może być przekazywane do otoczenia **trzema podstawowymi mechanizmami**: przewodzeniem, konwekcją i promieniowaniem. Dodatkowo, przy **otwartym naczyniu** dochodzi czwarty, specyficzny mechanizm - parowanie. Właśnie dlatego zadanie podkreśla słowo *otwarte*.\n\n### 1. Parowanie (odparowanie)\n- Cząsteczki wody na powierzchni, które mają **energię kinetyczną powyżej średniej**, odrywają się od cieczy i uciekają w postaci pary wodnej.\n- Każda uciekająca cząsteczka zabiera ze sobą energię → **średnia energia kinetyczna** pozostałych cząsteczek maleje → woda styje.\n- Wzór energetyczny: \\(Q_{\\text{par}} = m \\cdot L\\), gdzie \\(L \\approx 2{,}26\\,\\text{MJ/kg}\\) dla wody w 100°C.\n- **Kluczowe:** To zjawisko możliwe TYLKO w naczyniu otwartym - stąd taki warunek w zadaniu.\n\n### 2. Przewodzenie ciepła (kondukcja)\n- Gorąca woda styka się ze ściankami naczynia → atomy ścianki drgają szybciej → przekazują energię atomom zimniejszego otoczenia (stół, powietrze w kontakcie).\n- Strumień ciepła: \\(\\displaystyle \\frac{\\Delta Q}{\\Delta t} = \\lambda \\cdot A \\cdot \\frac{\\Delta T}{d}\\), gdzie \\(\\lambda\\) - przewodność cieplna, \\(d\\) - grubość ścianki.\n- Dotyczy ścianek bocznych, dna, a nawet cienkiej warstwy powietrza przylegającej do zewnętrznej powierzchni.\n\n### 3. Konwekcja swobodna\n- Powietrze w bezpośrednim kontakcie z gorącą powierzchnią naczynia nagrzewa się, **jego gęstość maleje** (prawo Archimedesa dla gazów) i unosi się ku górze.\n- Na jego miejsce napływa chłodniejsze powietrze → cyrkulacja → ciągły odbiór ciepła.\n- Ponad powierzchnią wody - gorąca para wodna i gorące powietrze także unoszą się konwekcyjnie.\n\n### 4. Promieniowanie cieplne (termiczne)\n- Każde ciało o temperaturze \\(T > 0\\,\\text{K}\\) emituje promieniowanie elektromagnetyczne (głównie podczerwone).\n- Moc promieniowania: \\(P = \\varepsilon \\sigma T^4 A\\) (prawo Stefana-Boltzmanna), gdzie \\(\\sigma = 5{,}67 \\times 10^{-8}\\,\\text{W m}^{-2}\\text{K}^{-4}\\).\n- Gorąca woda emituje **więcej** promieniowania niż pochłania z chłodniejszego otoczenia → bilans energetyczny ujemny → stygnięcie.\n- Jedyne zjawisko niewymagające kontaktu ani ośrodka.\n\n## Sposób 2 - Eliminacja przez kontrast: zamknięte vs otwarte naczynie\n\nPorównanie pozwala wyodrębnić, które zjawisko jest \"nagrodzone\" kluczem za słowo *otwarte*:\n\n| Zjawisko | Naczynie zamknięte | Naczynie **otwarte** |\n| Przewodzenie ciepła | ✅ tak | ✅ tak |\n| Konwekcja powietrza | ✅ tak | ✅ tak |\n| Promieniowanie cieplne | ✅ tak | ✅ tak |\n| **Parowanie** | ❌ para nasycona - brak netto | ✅ **tak - para ucieka** |\n\nWniosek: Zadanie celowo mówi „otwartego naczynia\", bo **parowanie** jest dodatkowym (czwartym) mechanizmem stygnięcia niedostępnym w naczyniu zamkniętym. Klucz CKE oczekuje go jako jednej z trzech odpowiedzi.\n\n## Sposób 3 - Wnioskowanie z bilansu energetycznego\n\nWoda stygnie, gdy \\(\\frac{dU}{dt} < 0\\), czyli gdy strumień energii odprowadzanej > strumień pochłanianej:\n\n\\[\n\\frac{dU}{dt} = \\dot{Q}_{\\text{pochłon.}} - \\dot{Q}_{\\text{parowanie}} - \\dot{Q}_{\\text{przewodzenie}} - \\dot{Q}_{\\text{konwekcja}} - \\dot{Q}_{\\text{promieniowanie}}\n\\]\n\nKażdy ze składników po prawej (ze znakiem minus) to **osobne zjawisko fizyczne** powodujące utratę energii. Zadanie pyta o trzy z tych czterech - wszystkie cztery są poprawne, wystarczy wymienić dowolne trzy.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n> 📋 **Oficjalny klucz CKE (zadanie 7, 0-2 pkt):**\n>\n> Poprawna odpowiedz: zjawiskami tymi sa przewodnictwo cieplne, konwekcja (lub konwekcja w powietrzu), parowanie wody i promieniowanie.\n>\n> - **2 pkt** - napisanie trzech poprawnych nazw zjawisk.\n> - **1 pkt** - napisanie dwoch poprawnych nazw zjawisk.\n> - **0 pkt** - brak spelnienia powyzszych kryteriow.\n>\n> Uwaga CKE: nie uznaje sie m.in. odpowiedzi: \"oddawanie ciepla do naczynia\" (pytanie dotyczylo stygniecia naczynia z woda, a nie stygniecia samej wody), \"konwekcja w wodzie\" (wymiana ciepla wewnatrz naczynia nie jest odplywem ciepla na zewnatrz), a takze \"wystepowanie roznicy temperatur\" (nie jest to nazwa zjawiska fizycznego).\n\n## Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć\n\n> 📖 **Karta wzorów CKE - sekcja Fizyka (str. 16-20):**\n>\n> - **Prawo Stefana-Boltzmanna:** \\(P = \\varepsilon \\sigma T^4 A\\) - dotyczy promieniowania cieplnego (zjawisko 4)\n> - **Strumień ciepła (przewodzenie):** \\(\\displaystyle \\frac{\\Delta Q}{\\Delta t} = \\lambda A \\frac{\\Delta T}{d}\\) - dotyczy kondukcji (zjawisko 2)\n> - **Ciepło parowania:** \\(Q = mL\\) - dotyczy parowania (zjawisko 1)\n>\n> W samym zadaniu **nie trzeba** pisać wzorów - wystarczy nazwy zjawisk. Wzory pojawiają się w rozwinięciu i pomagają zrozumieć mechanizm.\n\n## Typowe pułapki i uwaga\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Parowanie i konwekcja to DWA różne zjawiska - parowanie to zmiana stanu skupienia z odbiorem ciepła, konwekcja to ruch masy powietrza. Nie wolno ich mylić ani liczyć jako jedno.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** „Woda oddaje ciepło do powietrza\" to ZA OGÓLNE - trzeba napisać **przez co**: przez przewodzenie, przez konwekcję czy przez promieniowanie. Bez nazwy zjawiska klucz może nie przyznać punktu.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Promieniowanie cieplne istnieje zawsze, nawet w próżni - nie jest związane z powietrzem. Częsty błąd: uczeń pisze „powietrze pochłania ciepło z promieniowania\" i miesza konwekcję z promieniowaniem.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Słowo „otwartego\" w treści zadania to **sygnał** od egzaminatora - zawsze oznacza, że parowanie jest oczekiwaną odpowiedzią. W naczyniu zamkniętym para nasyca przestrzeń i netto parowanie ustaje.","image":"img/fizyka-2015-maj-matura-rozszerzona/zad-7.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":8,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Fizyka · Matura · maj 2015 (rozszerzona)","subject_label":"Fizyka","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 7. (0-2)
Wymień trzy różne zjawiska powodujące stygnięcie otwartego naczynia z gorącą wodą.
1.
2.
3.

","answer_text_html":"

Zadanie 7. (0-2)
III (III etap). Wskazywanie w otaczającej
rzeczywistości przykładów zjawisk
opisywanych za pomocą poznanych praw.
2.8 (G). Zdający wyjaśnia przepływ ciepła
w zjawisku przewodnictwa cieplnego […].
2.11 (G). Zdający opisuje ruch cieczy i gazów
w zjawisku konwekcji.
Poprawna odpowiedź
Zjawiskami tymi są przewodnictwo cieplne, konwekcja (lub konwekcja w powietrzu),
parowanie wody i promieniowanie.
Uwaga. Nie uznaje się m.in. odpowiedzi: oddawanie ciepła do naczynia (gdyż pytanie
dotyczyło stygnięcia naczynia z wodą, a nie stygnięcia samej wody), konwekcja w wodzie
(wymiana ciepła wewnątrz naczynia nie jest odpływem ciepła na zewnątrz), a także
„występowanie różnicy temperatur” (ponieważ nie jest to nazwa zjawiska fizycznego).
Schemat punktowania
2 p. - napisanie trzech poprawnych nazw zjawisk.
1 p. - napisanie dwóch poprawnych nazw zjawisk.
0 p. - brak spełnienia powyższych kryteriów.

","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź

\n

Trzy zjawiska to (wymagane dowolne trzy spośród czterech):

\n
  1. Parowanie (odparowanie wody z powierzchni)
  2. Przewodzenie ciepła (kondukcja przez ścianki naczynia)
  3. Konwekcja (unoszenie ogrzanego powietrza nad naczyniem)
  4. Promieniowanie cieplne (emisja podczerwieni przez naczynie i wodę)
\n

Sposób 1 - Analiza mechanizmów wymiany ciepła

\n

Ciepło może być przekazywane do otoczenia trzema podstawowymi mechanizmami: przewodzeniem, konwekcją i promieniowaniem. Dodatkowo, przy otwartym naczyniu dochodzi czwarty, specyficzny mechanizm - parowanie. Właśnie dlatego zadanie podkreśla słowo otwarte.

\n
1. Parowanie (odparowanie)
\n\n
2. Przewodzenie ciepła (kondukcja)
\n\n
3. Konwekcja swobodna
\n\n
4. Promieniowanie cieplne (termiczne)
\n\n

Sposób 2 - Eliminacja przez kontrast: zamknięte vs otwarte naczynie

\n

Porównanie pozwala wyodrębnić, które zjawisko jest "nagrodzone" kluczem za słowo otwarte:

\n

| Zjawisko | Naczynie zamknięte | Naczynie otwarte |
| Przewodzenie ciepła | ✅ tak | ✅ tak |
| Konwekcja powietrza | ✅ tak | ✅ tak |
| Promieniowanie cieplne | ✅ tak | ✅ tak |
| Parowanie | ❌ para nasycona - brak netto | ✅ tak - para ucieka |

\n

Wniosek: Zadanie celowo mówi „otwartego naczynia", bo parowanie jest dodatkowym (czwartym) mechanizmem stygnięcia niedostępnym w naczyniu zamkniętym. Klucz CKE oczekuje go jako jednej z trzech odpowiedzi.

\n

Sposób 3 - Wnioskowanie z bilansu energetycznego

\n

Woda stygnie, gdy dUdt<0, czyli gdy strumień energii odprowadzanej > strumień pochłanianej:

\n
dUdt=Q˙pochłon.−Q˙parowanie−Q˙przewodzenie−Q˙konwekcja−Q˙promieniowanie
\n

Każdy ze składników po prawej (ze znakiem minus) to osobne zjawisko fizyczne powodujące utratę energii. Zadanie pyta o trzy z tych czterech - wszystkie cztery są poprawne, wystarczy wymienić dowolne trzy.

\n

Schemat oceniania CKE

\n
📋 Oficjalny klucz CKE (zadanie 7, 0-2 pkt):

Poprawna odpowiedz: zjawiskami tymi sa przewodnictwo cieplne, konwekcja (lub konwekcja w powietrzu), parowanie wody i promieniowanie.

- 2 pkt - napisanie trzech poprawnych nazw zjawisk.
- 1 pkt - napisanie dwoch poprawnych nazw zjawisk.
- 0 pkt - brak spelnienia powyzszych kryteriow.

Uwaga CKE: nie uznaje sie m.in. odpowiedzi: "oddawanie ciepla do naczynia" (pytanie dotyczylo stygniecia naczynia z woda, a nie stygniecia samej wody), "konwekcja w wodzie" (wymiana ciepla wewnatrz naczynia nie jest odplywem ciepla na zewnatrz), a takze "wystepowanie roznicy temperatur" (nie jest to nazwa zjawiska fizycznego).
\n

Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć

\n
📖 Karta wzorów CKE - sekcja Fizyka (str. 16-20):

- Prawo Stefana-Boltzmanna: P=εσT4A - dotyczy promieniowania cieplnego (zjawisko 4)
- Strumień ciepła (przewodzenie): ΔQΔt=λAΔTd - dotyczy kondukcji (zjawisko 2)
- Ciepło parowania: Q=mL - dotyczy parowania (zjawisko 1)

W samym zadaniu nie trzeba pisać wzorów - wystarczy nazwy zjawisk. Wzory pojawiają się w rozwinięciu i pomagają zrozumieć mechanizm.
\n

Typowe pułapki i uwaga

\n
⚠️ Uwaga: Parowanie i konwekcja to DWA różne zjawiska - parowanie to zmiana stanu skupienia z odbiorem ciepła, konwekcja to ruch masy powietrza. Nie wolno ich mylić ani liczyć jako jedno.
\n
⚠️ Uwaga: „Woda oddaje ciepło do powietrza" to ZA OGÓLNE - trzeba napisać przez co: przez przewodzenie, przez konwekcję czy przez promieniowanie. Bez nazwy zjawiska klucz może nie przyznać punktu.
\n
⚠️ Uwaga: Promieniowanie cieplne istnieje zawsze, nawet w próżni - nie jest związane z powietrzem. Częsty błąd: uczeń pisze „powietrze pochłania ciepło z promieniowania" i miesza konwekcję z promieniowaniem.
\n
⚠️ Uwaga: Słowo „otwartego" w treści zadania to sygnał od egzaminatora - zawsze oznacza, że parowanie jest oczekiwaną odpowiedzią. W naczyniu zamkniętym para nasyca przestrzeń i netto parowanie ustaje.
"},{"source":"zadaniazmatur","label":"zadaniazmatur.pl","kind":"text","html":"

Zjawiskami tymi są przewodnictwo cieplne, konwekcja (lub konwekcja w powietrzu), parowanie wody i promieniowanie.

"}]}