የጥቁር መርሆችን መረዳት
ሙቅና ቀዝቃዛ ውሃ በክፍት መያዣ ውስጥ (ለምሳሌ ባልዲ) ብንቀላቅል፣ ሙቀቱ ከሞቀ ውሃ ወደ ቀዝቃዛ ውሃ ይተላለፋል። መያዣው ክፍት ስለሆነ፣ የተወሰነው ሙቀት ወደ አየር ይተላለፋል። መያዣው ደግሞ ይሞቃል። በሞቀ ውሃ የሚለቀቀው ሙቀት በቀዝቃዛ ውሃ ብቻ ሳይሆን በአየርና በመያዣውም ይዋጣል። በዚህ ሁኔታ ባልዲው ያልተነጠለ ስርዓት ነው።
ሙቅና ቀዝቃዛ ውሃ በተዘጋ ቴርሞስ ውስጥ ስናዋህድ፣ ሙቀት ከሞቀ ውሃ ወደ ቀዝቃዛ ውሃ ይተላለፋል። ቴርሞሶቹ የተገለለ ስርዓት ስለሆነ ምንም አይነት ሙቀት ወደ አየር ወይም ወደ ቴርሞስ አይተላለፍም። በሞቀ ውሃ የሚለቀቀው ሙቀት ድብልቁ የሙቀት ሚዛን እስኪደርስ ድረስ በቀዝቃዛ ውሃ በቀላሉ ይዋጣል ።
የብላክ መርህ እንደሚገልጸው በተገለለ የተዘጋ ስርዓት ውስጥ፣ በከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው ነገር የሚለቀቀው ሙቀት = በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያለው ነገር የሚወሰደው ሙቀት።
የጥቁር መሰረታዊ ቀመር
Qጠፍቷል = ጥውሰዱ
መግለጫ፡ ኪውጠፍቷል = በከፍተኛ የሙቀት መጠን ባለው ነገር የሚለቀቅ ሙቀት፣ Qውሰዱ = በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ባላቸው ነገሮች የሚወሰድ ሙቀት።
የጥቁር መርሆ ናሙና ጥያቄዎች
1. 1 ኪሎ ግራም ክብደት እና 100 የሙቀት መጠን ያለው የሙቅ ብረት ቁራጭ oሲ (C) 2 ኪሎ ግራም ክብደት እና 20 ዲግሪ ሴልሺየስ የሙቀት መጠን ባለው ውሃ ውስጥ ወደ መያዣ ውስጥ ይገባል oሐ. የድብልቁ የመጨረሻ የሙቀት መጠን ስንት ነው? የተወሰነ የብረት ሙቀት = 450 J/kg Co, የተወሰነ የውሃ ሙቀት = 4200 J/kg Co.
ውይይት፡
የሚታወቅ ነው :
ሜትር ብረት = 1 ኪ.ግ፣ ቲአክሲዮን = 100 oሲ፣ ሜትር ውሃ = 2 ኪ.ግ፣ ቲአየር = 20 oሲ፣ ሲ ብረት = 450 ጄ/ኪግ ሴo, ሐ ውሃ = 4200 J/kg Co.
ተጠይቋል :
ቲ ድብልቅ?
ጃዋር :
ብረት ከውሃ የበለጠ ሙቀት ስላለው ብረት ሙቀትን ይለቃል፣ ውሃ ደግሞ ሙቀትን ይቀበላል።
(ሜ)(ሐ)(ዴልታ ቲ) = (ሜ)(ሐ)(ዴልታ ቲ)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-ቲ) = (8400)(ቲ-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 ቲ + 450 ቲ
213000 = 8850 ቲ
ቲ = 213000: 8850
ቲ = 24 oC
ሱሁ ሁለቱም በሙቀት ሚዛን ውስጥ ሲሆኑ የሙቅ ብረት እና የቀዝቃዛ ውሃ ድብልቅ የመጨረሻው የሙቀት መጠን 24 ነው oC.
2. የ2015/2016 SMA/MA የፊዚክስ ብሔራዊ ፈተና ጥያቄ ቁጥር 20
75 ግራም ውሃ በ0 o C የሙቀት መጠን ከ50 ግራም ውሃ ጋር በመቀላቀል የድብልቁ የሙቀት መጠን 40 o C እንዲሆን ይደረጋል፣ ስለዚህ የ50 ግራም ውሃ የመጀመሪያ የሙቀት መጠን...
ሀ. 125 o ሴ
ቢ. 120 o ሴ
ሴ. 110 o ሴ
መ. 100 o C
ኢ. 80 o C
ውይይት
እንደሚታወቀው፡-
የውሃ ክብደት 1 (ሜ 1 ) = 75 ግራም
የውሃ የመጀመሪያ ሙቀት 1 (T1 ) = 0 oC
የውሃ ክብደት 2 (ሜ 2 ) = 50 ግራም
የድብልቁ የመጨረሻ ሙቀት (T) = 40 oC
የጅምላ አሃዶች ተመሳሳይ ናቸው ስለዚህ ምንም አይነት ለውጥ አያስፈልግም።
የሚፈለግ ፡ የውሃ የመጀመሪያ ሙቀት 2 (ቲ 2 )
መልስ፡
የብላክ መርህ እንደሚገልጸው በተገለለ የተዘጋ ስርዓት ውስጥ፣ ከፍተኛ ሙቀት ባለው ነገር የሚለቀቀው ሙቀት በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ባለው ነገር ከሚወሰደው ሙቀት ጋር እኩል ነው።
Q ተለቋል = Q ተወሰደ
m 1 c ( Δ T 1 ) = m 2 c ( Δ T 2 )
የውሃው የተወሰነ ሙቀት ተመሳሳይ ስለሆነ c ከእኩልታው ይወገዳል።
m 1 ( Δ T 1 ) = m 2 ( Δ T 2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T 2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 ቲ 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 ቲ 2
5000 = 50 ቲ 2
ቲ 2 = 100
ትክክለኛው መልስ ዲ ነው።
3. የ2015/2016 SMA/MA የፊዚክስ ብሔራዊ ፈተና ጥያቄ ቁጥር 20
200 ግራም ብረት እስከ 120 o C ድረስ ይሞቃል ከዚያም በ30 o C የሙቀት መጠን በ100 ግራም ውሃ ውስጥ ይገባል። ከተመጣጠነ በኋላ የድብልቁ ሙቀት 60 o C ይሆናል። የውሃው የተወሰነ ሙቀት 4200 J.kg -1 o C -1 ከሆነ የብረቱ የተወሰነ ሙቀት...
ሀ. 10,5 J.kg -1o C -1
ቢ. 105 J.kg -1o C -1
ሲ. 150 ጄ.ኪግ -1 ኦ ሴ -1
መ. 1050 J.kg -1o C -1
ኢ. 1500 ጄ.ኪግ -1 ኦ ሴ -1
ውይይት
የጅምላ አሃዶችን ከግራም ወደ ኪሎግራም መለወጥ (ዓለም አቀፍ የአሃዶች ስርዓት)
እንደሚታወቀው፡-
የብረት ክብደት (ሜ 1 ) = 200 ግራም = 0,2 ኪ.ግ
የብረት ሙቀት (T 1 ) = 120 oC
የውሃ ክብደት (ሜ 2 ) = 100 ግራም = 0,1 ኪ.ግ
የውሃ ሙቀት (T2 ) = 30 oC
የድብልቁ የመጨረሻ ሙቀት (T) = 60 oC
የተወሰነ የውሃ ሙቀት (c2 ) = 4200 J.kg -1 o C -1
የተጠየቀ፦ የተወሰነ የብረት ሙቀት (c 1 )
መልስ፡
Q ተለቋል = Q ተወሰደ
m1 c1 (ΔT1) = ሜትር2 c2 (ΔT2)
(0,2)(ሐ 1 )(120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(ሐ 1 )(60) = (0,1)(4200)(30)
12 ሐ 1 = 12600
ሐ 1 = 12600 / 12
ሐ 1 = 1050
ትክክለኛው መልስ ዲ ነው።
4. የ2018 የከፍተኛ ሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት/ለሙያ ሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት ብሔራዊ የፈተና ጥያቄዎች
250 ሚሊ ሊትር የፈላ ውሃ (100 ዲግሪ ሴልሺየስ) በ35 ዲግሪ ሴልሺየስ የሙቀት መጠን 400 ሚሊ ሊትር ውሃ በያዘ ድስት ውስጥ ይፈስሳል ። የሙቀት ሚዛን ከተከሰተ በኋላ የድብልቁ የሙቀት መጠን… (የተወሰነ የውሃ ሙቀት 1,0 ካሎሪ -1 .0 ዲግሪ ሴልሺየስ -1 )
ውይይት
የሚታወቀው፦
የሙቅ ውሃ ሙቀት = 100 oC
የሞቀ ውሃ መጠን = 250 ሚሊ ሊትር = 0,25 ሊትር = 0,25 dm 3 = (0,25)(1000 ሴሜ 3 ) = 250 ሴሜ 3
የቀዝቃዛ ውሃ ሙቀት = 35 o ሴልሺየስ
የቀዝቃዛ ውሃ መጠን = 400 ሚሊ ሊትር = 0,4 ሊትር = 0,4 dm 3 = (0,4)(1000 ሴሜ 3 ) = 400 ሴሜ 3
የተወሰነ የውሃ ሙቀት = 1,0 ካሎሪ -1 . o C -1
የውሃ ጥግግት = 1 ግራም/ሴሜ 3
የተጠየቀው፦ የድብልቅ ሙቀት
መልስ፡
የጥግግት ቀመርን በመጠቀም የሞቀ እና የቀዝቃዛ ውሃ ክብደት ያሰሉ፡
m = ρ V
m = ክብደት፣ ρ = ጥግግት፣ V = መጠን
የሞቀ ውሃ ብዛት፡ m = ρ V = ( 1 ግራም/ሴሜ 3 )(250 ሴሜ 3 ) = 250 ግራም
የቀዝቃዛ ውሃ ብዛት፡ m = ρ V = ( 1 ግራም/ሴሜ 3 )(400 ሴሜ 3 ) = 400 ግራም
የጥቁርን መርህ ቀመር በመጠቀም የድብልቁን የሙቀት መጠን ያሰሉ፡
በቀዝቃዛ ውሃ የሚወሰድ ሙቀት = በሞቀ ውሃ የሚወጣው ሙቀት
mc Δ T = mc Δ T
የተወሰነው ሙቀት ተመሳሳይ ስለሆነ ከእኩልታው ይወገዳል።
ሜትር Δ T = ሜትር Δ T
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
ቲ = 39000 / 650
ቲ = 60 o ሴ
