Разбиране на принципите на чернокожите
Ако смесим топла и студена вода в отворен съд (например кофа), топлината се предава от топлата към студената вода. Тъй като съдът е отворен, част от топлината се предава на въздуха. Съдът също се затопля. Топлината, отделена от топлата вода, се абсорбира не само от студената вода, но и от въздуха и съда. В този случай кофата е неизолирана система.
Когато смесваме гореща и студена вода в затворен термос, топлината се предава от горещата към студената вода. Термосът е изолирана система , така че топлината не се предава към въздуха или термоса. Топлината, отделена от горещата вода, просто се абсорбира от студената вода, докато сместа достигне термично равновесие.
Принципът на Блек гласи, че в изолирана затворена система топлината, отделена от обект с висока температура, е равна на топлината, абсорбирана от обект с ниска температура.
Основната формула на Блек
Qлепас = Qабсорбират
Описание: Qлепас = топлина, отделена от обект с висока температура, Qабсорбират = топлина, абсорбирана от обекти с ниска температура.
Примерни въпроси по принципа на Блек
1. Парче горещо желязо с маса 1 кг и температура 100 oC се поставя в съд, съдържащ вода с маса 2 kg и температура 20 oC. Каква е крайната температура на сместа? Специфична топлина на желязото = 450 J/kg Co, специфична топлина на водата = 4200 J/kg Co.
Дискусия:
Известно е :
m желязо = 1 kg, Tбеси = 100 oC, m вода = 2 kg, Tвъздух = 20 oC, c желязо = 450 J/kg Co, c вода = 4200 J/kg Co.
Попитан :
Т микс?
Джаваб :
Желязото има по-висока температура от водата, така че желязото отделя топлина, а водата я абсорбира.
(m)(c)(делта T) = (m)(c)(делта T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 Т + 450 Т
213000 = 8850 Т
Т = 213000 : 8850
Т = 24 oC
Суху Крайната температура на смес от горещо желязо и студена вода, когато и двете са в термично равновесие, е 24... oC.
2. Въпрос № 20 от националния изпит по физика за SMA/MA уч. година 2015/2016
75 грама вода с температура 0 ° C се смесват с 50 грама вода, така че температурата на сместа е 40 ° C, следователно началната температура на 50-те грама вода е...
A. 125 ° C
Б. 120 ° C
110 ° C
D. 100 ° C
80 ° C (източна)
Дискусия
Известно е, че:
Маса на водата 1 (m 1 ) = 75 грама
Начална температура на водата 1 (T1 ) = 0 ° C
Маса на водата 2 (m 2 ) = 50 грама
Крайна температура на сместа (T) = 40 ° C
Единиците за маса са едни и същи, така че не е необходимо преобразуване.
Търсена: Начална температура на водата 2 ( T2 )
Отговор:
Принципът на Блек гласи, че в изолирана затворена система топлината, отделена от обект с висока температура, е равна на топлината, абсорбирана от обект с ниска температура.
Освободен Q = абсорбиран Q
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Специфичната топлина на водата е същата, така че c се елиминира от уравнението.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 T 2
5000 = 50 T 2
Т2 = 100
Верният отговор е Д.
3. Въпрос № 20 от националния изпит по физика за SMA/MA уч. година 2015/2016
Метал с тегло 200 грама се нагрява до 120 ° C, след което се поставя в 100 грама вода с температура 30 ° C. След достигане на равновесие, температурата на сместа става 60 ° C. Ако специфичната топлина на водата е 4200 J.kg -1° C -1 , тогава специфичната топлина на метала е...
A. 10,5 Дж.кг -1 ° C -1
Б. 105 Дж.кг -1° C -1
C. 150 J· kg⁻¹ ° C
D. 1050 J· kg⁻¹ ° C
E. 1500 J· kg⁻¹ ° C
Дискусия
Преобразуване на единици за маса от грамове в килограми (Международна система от единици)
Известно е, че:
Маса на метала (m1 ) = 200 грама = 0,2 кг
Температура на метала (T1 ) = 120 ° C
Маса на водата (m² ) = 100 грама = 0,1 kg
Температура на водата (T2 ) = 30 ° C
Крайна температура на сместа (T) = 60 ° C
Специфична топлина на водата (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹
Зададено: Специфична топлина на метала ( c1 )
Отговор:
Освободен Q = абсорбиран 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 c 1 = 12600
c1 = 12600 / 12
c1 = 1050
Верният отговор е Д.
4. Въпроси за националния изпит SMA/MA за 2018 г.
250 мл вряща вода (100 ° C) се изсипва в тенджера, съдържаща 400 мл вода с температура 35 ° C . След достигане на термично равновесие, температурата на сместа е… (специфична топлина на водата 1,0 кал.гр⁻¹ · ° C )
Дискусия
Известно е:
Температура на топлата вода = 100 ° C
Обем на горещата вода = 250 мл = 0,25 литра = 0,25 дм³ = (0,25)(1000 см³ ) = 250 см³
Температура на студената вода = 35 ° C
Обем на студена вода = 400 мл = 0,4 литра = 0,4 дм³ = (0,4)(1000 см³ ) = 400 см³
Специфична топлина на водата = 1,0 кал.гр⁻¹ ⋅ C⁻¹
Плътност на водата = 1 gr/ cm³
Зададен въпрос: Температура на сместа
Джаваб:
Изчислете масата на топлата и студената вода, като използвате формулата за плътност:
m = ρV
m = маса, ρ = плътност, V = обем
Маса на горещата вода: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 грама
Маса на студената вода: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 грама
Изчислете температурата на сместа, използвайки основната формула на Блек:
Топлина, абсорбирана от студена вода = топлина, отделена от гореща вода
mcΔT = mcΔT
Специфичната топлина е същата, така че се елиминира от уравнението.
m ΔT = m ΔT
(400)(Т-35) = (250)(100-Т)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
Т = 39000 / 650
T = 60 ° C
