Hitte en faseverandering – probleme en oplossings
1. Gebaseer op die grafiek, wat is die hitte geabsorbeer deur 5 kg water tydens proses CD? Spesifieke hitte van water = 4 200 J/kg oC.
Bekend:
Massa (m) = 5 kg
Spesifieke warmte van water (c) = 4200 J/kg oC
Aanvanklike temperatuur (T1) = 0 oC
Finale temperatuur (T2) = 10 oC
Die verandering in temperatuur (ΔT) = 10 oC - 0 oC = 10 oC
Gesoek: Verhit (Q)
oplossing:
Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg oC)(10 oC) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210 000 Joules
2. Wat is die hitte wat deur 20 gram ys geabsorbeer word tydens die WS-proses, as die spesifieke warmte van ys 2100 J/kg is? oC en smeltwarmte vir ys is 336 000 J/kg.
Bekend:
Massa van ys (m) = 200 gram = 200/1000 kilogram = 0.2 kilogram
Spesifieke warmte (c) = 2100 J/kg oC
Fusiewarmte vir ys (LF) = 336 000 J/kg
Gesoek: Hitte geabsorbeer deur ys tydens WS-proses
oplossing:
Tydens proses AB word hitte deur ys geabsorbeer om die temperatuur daarvan van -10 te veranderoC na 0oC.
Q = mc ΔT
Q = hitte, m = massa van ys, c = spesifieke hitte van ys, ΔT = die verandering in temperatuur
Q1 = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 Joule
Tydens die BC-proses word hitte geabsorbeer om alle ys in water te smelt. In hierdie proses verander slegs in fase en daar is geen verandering in temperatuur nie. Die ys- en watertemperatuur bly 0oC.
Hitte geabsorbeer tydens proses BC:
Q2 = m⁻LF = (0.2 kg)(336,000 J/kg) = 67,200 Joule
Hitte geabsorbeer tydens WS-proses:
Q = Q1 + V2 = 4200 Joule + 67 200 Joule = 71 400 Joule
3. 2 kg water word verhit, en die verdampingswarmte vir water = 2.27 x 106 J/kg, spesifieke warmte vir water = 4 200 J/kg oC en atmosferiese druk is 1 atm, wat is die hitte wat deur water geabsorbeer word tydens die BC-proses?
Bekend:
Massa (m) = 2 kg
Verdampingswarmte vir water (LV) = 2.27 x 106 J / kg
Spesifieke warmte vir water (c) = 4 200 J/kg oC
Gesoek: Hitte geabsorbeer tydens proses BC.
oplossing:
In proses AB word hitte geabsorbeer om die temperatuur van water van 60 te verhoogoC na 100oC.
Q = m⁻⁻¹V = (2 kg)(2.27 x 106 J/kg) = 4.54 x 106 Joule = 4540 x 103 Joule = 4540 kilojoule
4. Gebaseer op die figuur hieronder, as die massa van ys 500 gram is, is die spesifieke warmte 2100 J/kg oC en latente smeltwarmte van ys is 336 000 J/kg. Bepaal die hitte benodig in proses P–Q–R.
Bekend:
Massa van ys (m) = 500 gram = 500/1000 kg = 0.5 kg
Spesifieke warmte vir ys (c) = 2100 J/kg oC
Latente hitte van fusie (LF) = 336 000 J/kg
Gesoek: Hitte
oplossing:
Proes PQ = hitte geabsorbeer om die ystemperatuur van -4 te verhoogoC na 0oC
Proes QR = hitte wat deur ys geabsorbeer word om al die ys in water te smelt
Hitte geabsorbeer tydens proses PQ bereken met behulp van vergelyking:
Q = mc ΔT
Q = hitte, m = massa, c = spesifieke hitte van ys, ΔT = die verandering in temperatuur
Hitte-absorberende ys tydens proses PQ bereken met behulp van hierdie vergelyking:
Q = (0.5 kg)(2100 J/kg oC)(0oC-(-4oC))
Q = (0.5 kg)(2100 J/kg oC)(0oC+4oC)
Q = (0.5 kg)(2100 J/kg oC)(4oC)
Q = (0.5)(2100 J)(4)
Q = 4200 Joule
Hitte geabsorbeer tydens proses QR bereken met behulp van hierdie vergelyking:
Q = m⁻⁻¹F
Q = (0.5 kg)(336,000 J/kg)
Q = (0.5)(336,000 J)
Q = 168,000 Joule
Totale hitte:
Q = 4200 Joule + 168 000 Joule
Q = 172,200 Joule
Q = 172.2 kilojoule
Q = 172.2 kJ
5. Ys met 'n massa van 50 gram verhit vanaf -5oC in water teen 60oC. As die smeltwarmte vir ys 80 kal/gram is, is die spesifieke warmte vir ys 0.5 kal/gram oC, spesifieke warmte vir water is 1 kal/gram oC, bepaal die hitte benodig in proses CD.
Bekend:
Massa van ys = massa van water (m) = 50 gram 
Latente smeltwarmte vir ys (LF) = 80 kalorieë/gram
Spesifieke warmte vir ys (c ys) = 0.5 kal/gram oC
Spesifieke warmte vir water (c water) = 1 kal/gram oC
Gesoek: Hitte benodig in CD-proses
oplossing:
In proses A tot B word hitte gebruik om die temperatuur van ys van -5 te verhoogoC na 0oC. Hitte bereken met behulp van hierdie vergelyking: Q = mc ΔT, waar Q = hitte, m = massa van ys, c = spesifieke hitte vir ys, ΔT = die verandering in temperatuur van -5oC na 0oC.
In proses B tot C word hitte gebruik om alle ys tot water te smelt. In hierdie proses word temperatuur nie verander nie. Hitte word bereken met behulp van hierdie vergelyking: Q = mLF, waar Q = hitte, m = massa van ys, LF = latente warmte van smelting van ys.
In proses C tot D word hitte gebruik om die temperatuur van water van 0 te verhoog.oC na 60oC. Warmte bereken met behulp van hierdie vergelyking: Q = mc ΔT, waar Q = warmte, m = massa van water, c = spesifieke warmte van water, ΔT = die verandering in temperatuur vanaf 0oC na 60oC.
Die hitte benodig van proses C na D:
Q = mc ΔT = (50 gram)(1 kal/gram) oC)(60oC-0oC) = (50)(1)(60) kal = 3000 kal
6. As die massa van ys 1 kg is, is die spesifieke warmte van ys 2100 J/kgoC, latente smeltwarmte vir ys is 336 000 J/kg en spesifieke warmte van water is 4200 J/kgoC, bepaal dan die hitte wat benodig word in proses PQR.
Bekend:
Massa van ys = 1 kg
Latente hitte van smelting van ys (LF) = 336 000 J/kg
Spesifieke warmte van ys (c ys) = 2 100 J/kgoC
Spesifieke warmte van water (c water) = 4 200 J/kgoC
Gesoek: Hitte benodig in proses PQR
oplossing:
In proses P tot Q word hitte gebruik om die temperatuur van ys van -5 te verhoogoC na 0oC. Warmte bereken met behulp van hierdie vergelyking: Q = mc ΔT, waar Q= hitte, m = massa van ys, c = spesifieke hitte van ys, ΔT = die verandering in temperatuur vanaf -5oC om 0oC.
Hitte benodig in proses P tot Q:
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 Joule
In proses Q tot R, die hitte wat benodig word om alle ys in water te smelt. In hierdie proses bly die temperatuur onveranderd. Hitte word bereken met behulp van hierdie vergelyking: Q = m⁻⁻¹F, waar Q= hitte, m = massa van ys, LF = latente hitte van samesmelting van ys.
Hitte benodig in proses Q tot R:
Q = m⁻⁻¹F = (1)(336,000) = 336,000 Joule
Totale hitte:
10 500 + 336 000 = 346 500 Joule
- Wat is latente hitte?
- BeantwoordLatente warmte is die hitte-energie wat benodig word om die fase van 'n stof te verander sonder om die temperatuur daarvan te verander. Dit verteenwoordig die energie wat nodig is om intermolekulêre bindings tydens faseveranderinge te breek of te vorm.
- Waarom bly die temperatuur konstant tydens 'n faseverandering?
- BeantwoordTydens 'n faseverandering word al die hitte-energie wat verskaf of verwyder word, gebruik om die stof se fase te verander. Hierdie energie word gebruik om intermolekulêre bindings te breek of te vorm, nie om die stof se kinetiese energie of temperatuur te verhoog nie.
- Wat is die verskil tussen latente smeltwarmte en latente verdampingswarmte?
- BeantwoordDie latente smeltwarmte verwys na die hitte-energie wat benodig word om 'n stof van vaste stof na vloeistof (of andersom) by sy smeltpunt te verander. Die latente verdampingswarmte verwys na die hitte-energie wat benodig word om 'n stof van vloeistof na gas (of andersom) by sy kookpunt te verander.
- Waarom kry ons dit koud wanneer ons op 'n winderige dag uit 'n swembad klim, selfs al is die lugtemperatuur warm?
- BeantwoordSoos water van ons vel verdamp, ondergaan dit 'n faseverandering van vloeistof na damp. Hierdie proses vereis energie, wat in die vorm van hitte van ons vel geneem word, wat veroorsaak dat ons vel koeler voel.
- Waarom is stoom teen 100°C gevaarliker as kookwater teen 100°C?
- BeantwoordStoom bevat meer energie as kookwater omdat dit die latente verdampingswarmte tydens die faseverandering van water na stoom geabsorbeer het. Wanneer stoom op die vel kondenseer, stel dit hierdie ekstra energie vry, wat meer ernstige brandwonde as kookwater veroorsaak.
- Hoe verlaag die byvoeging van sout tot ys die smeltpunt daarvan?
- BeantwoordDie byvoeging van sout ontwrig die ewewig tussen die smelting en vriesing van die ys-watermengsel. Dit veroorsaak dat meer ys teen 'n laer temperatuur as gewoonlik smelt, wat die vriespunt van die mengsel effektief verlaag.
- Waarom help sweet om die liggaam op 'n warm dag af te koel?
- BeantwoordSweet, wanneer dit van die vel verdamp, ondergaan 'n faseverandering van vloeistof na gas. Hierdie verdampingsproses benodig energie, wat van die vel geneem word en dit dus afkoel.
- Wat is sublimasie in die konteks van faseveranderinge?
- BeantwoordSublimasie is die direkte faseverandering van 'n vaste stof na 'n gas sonder om deur die vloeistoffase te gaan. 'n Algemene voorbeeld is droëys (vaste koolstofdioksied) wat direk na koolstofdioksiedgas oorgaan.
- Waarom is hitte-energie nodig om ys te smelt, al bly die temperatuur op 0°C?
- BeantwoordDie hitte-energie word gebruik om die intermolekulêre bindings wat die ys in sy vaste struktuur hou, te breek. Sodra hierdie bindings gebreek is, gaan die ys oor na die vloeibare fase, al is daar geen verandering in temperatuur nie.
- Hoe beïnvloed druk die kookpunt van 'n vloeistof?
- BeantwoordOor die algemeen verhoog die verhoging van die eksterne druk die kookpunt van 'n vloeistof, terwyl die verlaging van die druk die kookpunt verlaag. Dit is hoekom water kook by temperature laer as 100°C op hoë hoogtes, waar atmosferiese druk laer is.
