Разуменне прынцыпаў чорных
Калі змяшаць гарачую і халодную ваду ў адкрытай ёмістасці (напрыклад, у вядры), цяпло перадаецца ад гарачай вады да халоднай. Паколькі ёмістасць адкрыта, частка цяпла перадаецца паветру. Ёмістасць таксама награваецца. Цяпло, якое вылучаецца гарачай вадой, паглынаецца не толькі халоднай вадой, але і паветрам, і ёмістасцю. У гэтым выпадку вядро — гэта неізаляваная сістэма.
Калі мы змешваем гарачую і халодную ваду ў закрытым тэрмасе, цяпло перадаецца ад гарачай вады да халоднай. Тэрмас — гэта ізаляваная сістэма , таму цяпло не перадаецца ні паветру, ні тэрмасу. Цяпло, якое вылучаецца гарачай вадой, проста паглынаецца халоднай вадой, пакуль сумесь не дасягне цеплавой раўнавагі.
Прынцып Блэка сцвярджае, што ў ізаляванай замкнёнай сістэме цяпло, якое вылучаецца аб'ектам з высокай тэмпературай, роўна цяплу, якое паглынаецца аб'ектам з нізкай тэмпературай.
Асноўная формула Блэка
Qвыключаны =Qпаглынаць
Апісанне: Qвыключаны = цяпло, якое вылучаецца аб'ектам з высокай тэмпературай, Qпаглынаць = цяпло, якое паглынаецца аб'ектамі з нізкай тэмпературай.
Прыклады пытанняў па прынцыпе Блэка
1. Кавалак гарачага жалеза масай 1 кг і тэмпературай 100 oC змяшчаецца ў ёмістасць з вадой масай 2 кг і тэмпературай 20 oC. Якая канчатковая тэмпература сумесі? Удзельная цеплаёмістасць жалеза = 450 Дж/кг Co, удзельная цеплаёмістасць вады = 4200 Дж/кг Co.
Абмеркаванне:
Гэта вядома :
м жалеза = 1 кг, Тбесі = 100 oC, м вады = 2 кг, Tпаветра = 20 oC, c жалеза = 450 Дж/кг Co, c вады = 4200 Дж/кг Co.
Спыталі :
Т-мікс?
Джаваб :
Жалеза мае вышэйшую тэмпературу, чым вада, таму жалеза вылучае цяпло, а вада паглынае яго.
(м)(с)(дэльта Т) = (м)(с)(дэльта Т)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100 - Т) = (8400)(Т - 20)
45000 – 450Т = 8400Т – 168000
45000 + 168000 = 8400 Т + 450 Т
213000 = 8850 Т
Т = 213000 : 8850
Т = 24 oC
Суху Канчатковая тэмпература сумесі гарачага жалеза і халоднай вады, калі абодва знаходзяцца ў цеплавой раўнавазе, складае 24... oC.
2. Пытанне № 20 да нацыянальнага экзамену па фізіцы для студэнтаў SMA/MA за 2015/2016 навучальны год
75 грамаў вады пры тэмпературы 0 ° C змешваюць з 50 грамамі вады так, каб тэмпература сумесі складала 40 ° C, таму пачатковая тэмпература 50 грамаў вады...
А. 125 ° C
B. 120 ° C
110 ° C
D. 100 ° C
Усходняя 80 ° C
Абмеркаванне
Вядома, што:
Маса вады 1 (м 1 ) = 75 грамаў
Пачатковая тэмпература вады 1 (T1 ) = 0 ° C
Маса вады 2 (м 2 ) = 50 грамаў
Канчатковая тэмпература сумесі (T) = 40 ° C
Адзінкі масы аднолькавыя, таму пераўтварэнне не патрабуецца.
Патрэбная тэмпература: пачатковая тэмпература вады 2 ( T2 )
Адказ:
Прынцып Блэка сцвярджае, што ў ізаляванай замкнёнай сістэме цяпло, якое вылучаецца аб'ектам з высокай тэмпературай, роўна цяплу, якое паглынае аб'ект з нізкай тэмпературай.
Вызвалены Q = паглынуты Q
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Удзельная цеплаёмістасць вады аднолькавая, таму c выключаецца з ураўнення.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(Т2 – 40)
(75)(40) = (50)(Т2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 Т²
5000 = 50 Т²
Т2 = 100
Правільны адказ — Д.
3. Пытанне № 20 да нацыянальнага экзамену па фізіцы для студэнтаў SMA/MA за 2015/2016 навучальны год
Метал масай 200 грамаў награваюць да 120 ° C, затым змяшчаюць у 100 грамаў вады пры тэмпературы 30 ° C. Пасля ўстанаўлення раўнавагі тэмпература сумесі становіцца 60 ° C. Калі ўдзельная цеплаёмістасць вады складае 4200 Дж· кг⁻¹° C⁻¹ , то ўдзельная цеплаёмістасць металу роўная...
А. 10,5 Дж· кг⁻¹ ° C
B. 105 Дж· кг⁻¹ ° C
C. 150 Дж·кг -1o C -1
D. 1050 Дж· кг⁻¹ ° C
E. 1500 Дж· кг⁻¹ ° C
Абмеркаванне
Пераўтварэнне адзінак масы з грамаў у кілаграмы (Міжнародная сістэма адзінак)
Вядома, што:
Маса металу (м1 ) = 200 грамаў = 0,2 кг
Тэмпература металу (T1 ) = 120 ° C
Маса вады (м² ) = 100 грамаў = 0,1 кг
Тэмпература вады (T2 ) = 30 ° C
Канчатковая тэмпература сумесі (T) = 60 ° C
Удзельная цеплаёмістасць вады (c² ) = 4200 Дж· кг⁻¹ ° C⁻¹
Пытанне: Удзельная цеплаёмістасць металу ( c1 )
Адказ:
Вызвалены Q = паглынуты Q
m1 c1 (ΔT1) = м2 c2 (ΔT2)
(0,2)(c1 ) (120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(c1 ) (60) = (0,1)(4200)(30)
12 * 1 = 12600
c 1 = 12600 / 12
c 1 = 1050
Правільны адказ — Д.
4. Пытанні нацыянальнага экзамену 2018 года для старшай школы/прафесійна-тэхнічнай школы
250 мл кіпеню (100 ° C) наліваюць у рондаль, які змяшчае 400 мл вады пры тэмпературы 35 ° C . Пасля ўстанаўлення цеплавой раўнавагі тэмпература сумесі складае… (удзельная цеплаёмістасць вады 1,0 кал.гр⁻¹ · ° C )
Абмеркаванне
Вядома:
Тэмпература гарачай вады = 100 ° C
Аб'ём гарачай вады = 250 мл = 0,25 літра = 0,25 дм³ = (0,25)(1000 см³ ) = 250 см³
Тэмпература халоднай вады = 35 ° C
Аб'ём халоднай вады = 400 мл = 0,4 літра = 0,4 дм³ = (0,4)(1000 см³ ) = 400 см³
Удзельная цеплаёмістасць вады = 1,0 кал.гр⁻¹ · ° C⁻¹
Шчыльнасць вады = 1 г/ см³
Пытанне: Тэмпература сумесі
Адказ:
Разлічыце масу гарачай і халоднай вады, выкарыстоўваючы формулу шчыльнасці:
m = ρ V
m = маса, ρ = шчыльнасць, V = аб'ём
Маса гарачай вады: m = ρ V = ( 1 г/см³ ) (250 см³ ) = 250 грамаў
Маса халоднай вады: m = ρ V = ( 1 г/см³ ) (400 см³ ) = 400 грамаў
Разлічыце тэмпературу сумесі, выкарыстоўваючы асноўную формулу Блэка:
Цяпло, паглынутае халоднай вадой = цяпло, якое вылучаецца гарачай вадой
mcΔT = mcΔT
Удзельная цеплаёмістасць аднолькавая, таму яе выключаем з ураўнення.
m ΔT = m ΔT
(400)(Т-35) = (250)(100-Т)
400Т – 14000 = 25000 – 250Т
400Т + 250Т = 25000 + 14000
650T = 39000
Т = 39000 / 650
Т = 60 ° C
