Примерни въпроси за Черния принцип

15 примера за принципните въпроси на Блек

1. Лед с тегло 0,2 кг се смесва с топъл чай с тегло 0,2 кг. Температурата на леда = –10^oC, температура на топлия чай = 40^oC. Специфична топлина на леда = 2100 J/kg C^o, специфична топлина на водата = 4200 J/kg C^o, топлината на топене на водата = 334 000 J/kg. Ако лед и горещ чай се смесват в изолирана затворена система, определете крайната температура на сместа.

Дискусия
Известно е :
Маса на леда (m es) = 0,2 kg
Маса на топлата чаена вода (m чай) = 0,2 кг
Специфична топлина на водата (c вода) = 4180 J/kg C^o
Специфична топлина на леда (c es) = 2100 J/kg C^o
Топлина на топене на водата (L)_f вода) = 334 000 J/kg
Температура на леда (T es) = -10^oC
Температура на топлата чайна вода (T чай) = 40^oC
Попитан крайна температура на сместа (T смес) ?
Джаваб :
Първа стъпка, оценка на крайното състояние.
Топлината, която трябва да се отдели от водата, за да се понижи температурата на 0,2 кг топъл чай от 40^oC до 0^o° С :
Топлината, абсорбирана от 0,2 кг лед, за да повиши температурата си от -10^oC до 0^o° С :
Топлина, абсорбирана за топене на 0,2 кг лед (топлина, необходима за превръщането на целия лед във вода):
Въз основа на горните изчисления бяха получени следните резултати:
Q освободен = 33,444 kJ
Q получено = 4,2 kJ
Q точка на топене = 66,8 kJ

Когато горещият чай освободи 33,44 kJ топлина, температурата на горещия чай се променя от 40°C на 0°C. Част от освободената топлина (около 4,2 kJ) се използва за повишаване на температурата на леда от -10°C до 0°C. ^oC до 0^oC. 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. За да се разтопи целият лед във вода, са необходими 66,8 kJ топлина. Останалата топлина е 29,24 kJ.

Може да се заключи, че топлината, отделена от топлия чай, се използва само за повишаване на температурата на леда от -10 ^oC до 0^oC и разтопява част от леда. Част от леда се е превърнал във вода, друга част не. По време на процеса на преминаване от твърдо в течно състояние температурата не се променя. Следователно, крайната температура на сместа е 0^oC.

2. Маса на горещия чай = 0,4 кг, маса на леда = 0,2 кг, температура на кубчетата лед = -10^oC, температура на горещия чай = 90^oC. Ако и двете се смесят, каква е крайната температура на сместа?
Дискусия
Първа стъпка: оценка на крайното състояние
Топлината, която трябва да се отдели от водата, за да понижи температурата на 0,4 кг гореща вода за чай от 90...^oC до 0^o° С :
Топлината, получена от 0,2 кг лед, за да повиши температурата си от -10^oC до 0^o° С :
Топлината, необходима за топене на 0,2 кг лед (топлината, необходима за превръщането на целия лед във вода):
Въз основа на горните изчисления бяха получени следните резултати:
Q освободен = 150,48 kJ
Q получено = 4,2 kJ
Q точка на топене = 66,8 kJ
Когато горещ чай освободи 150,48 kJ топлина, температурата на горещия чай се променя от 90°C на 0°C. Част от освободената топлина (4,2 J) се използва за повишаване на температурата на леда от -10°C на 0°C. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Останалата топлина = 146,28 kJ.
Топлината, необходима за разтопяването на целия лед във вода, е само 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Горещият чай не е необходимо да отделя цялата си топлина, докато температурата му не падне до 0°C.^oC. В заключение, крайната температура на сместа трябва да бъде по-висока от 0^oC.

Втора стъпка: определяне на крайната температура (T)
Топлината, необходима за повишаване на температурата на леда от -10^oC до 0^oC е 4200 Дж.
Топлината, необходима за разтопяване на целия лед във вода (латентна топлина) = 66 800 J
Топлината, необходима за повишаване на температурата на водата (водата, получена от топенето на целия лед) от 0^oC до T^oC = (маса на леда)(специфична топлина на водата)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Топлината, отделена от топлия чай, за да понижи температурата му от 90°C до T = (плътност на водата)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150 480 – 1672 T

 

3. 60 грама вода с температура 90^oC (специфична топлина на водата = 1 cal.g^-1.^oC^-1) смесен с 40 грама подобна вода при температура 25^oC. Ако други фактори не влияят на този процес, тогава крайната температура на сместа е…

А. 15,4 ^oC
Б. 23,0 ^oC
В. 46,0 ^oC
D. 64,0 ^oC
Д. 77,0 ^oC

Дискусия
Известно е :
Маса на водата 1 (m₁) = 60 грама
Температура на водата 1 (T₁) = 90^oC
Маса на водата 2 (m₂) = 40 грама
Температура на водата 2 (T₂) = 25^oC
Специфична топлина вода (c) = 1 кал.г^-1.^oC^-1
Попитан : суху финална смес
Джаваб :
Топлина, отделена от вода с висока температура (Q освободена) = топлина, погълната от вода с ниска температура (Q абсорбирана)
m₁ c (ΔT) = m₂ c (ΔT)
(60)(1)(90 – Т) = (40)(1)(Т – 25)
(60)(90 – Т) = (40)(Т – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
Т = 6400/100
Т = 64^oC
Верният отговор е Д.

4. Парче алуминий има маса от 500 грама и температура от 30 ^oC се поставя в съд, съдържащ вода с маса 200 грама и температура 90 ^oC. Ако е известно, че специфичната топлина на алуминия е 0,22 cal/g C^o а специфичната топлина на водата е 1 cal/g C^o, тогава крайната температура на водата и алуминия е...
А. 20,3 ^oC
Б. 42,2 ^oC
В. 68,7 ^oC
D. 80,5 ^oC
Д. 100 ^oC
Дискусия:
Единицата за маса, грамове (g), не е необходимо да се преобразува в килограми (kg), тъй като специфичната топлина на алуминия и специфичната топлина на водата се изразяват в cal/g C.^o.
Известно е :
m алуминий = 500 грама
c алуминий = 0,22 кал/гК^o
T алуминий = 30 ^oC
м вода = 200 грама
c вода = 1 кал/гК^o
T вода = 90 ^oC
Попитан :
Крайна температура (T) на водата и алуминия?
Джаваб :

Формула за топлина Q = (m)(c)(делта T)

Q вода = = (200 грама)(1 кал/гК^o)(90 ^oC – T)
Q алуминий = (500 грама)(0,22 кал/гК^o)(Т– 30 ^oC)

Основната формула на Блек :Q _лепас = Q _{абсорбират}

Водата има по-висока начална температура (90 ^oC), така че водата да отделя топлина, алуминият има по-ниска начална температура (30 ^oC), така че алуминият да абсорбира топлина. Крайната температура на сместа от вода и алуминий трябва да бъде по-ниска от началната температура на водата и по-висока от началната температура на алуминия.
(200 грама)(1 кал/гК^o)(90 ^oC – T) = (500 грама)(0,22 кал/г C^o)(Т– 30 ^oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-T) = (110)(T-30)
18000 – 200 T = 110 T – 3300
18000 + 3300 = 110 Т + 200 Т
21300 = 310 Т
Т = 68,7 ^oC
Крайната температура на сместа от вода и алуминий е 68,7 градуса. ^oC.
Верният отговор е C.

5. Парче метал с маса 300 грама при температура 80 ^oC, потопено в 200 грама вода при 40 ^oC. Специфична топлина на водата = 1 cal/g C^oАко крайната температура на сместа от метал и вода е 50^o C и контейнерът не абсорбира топлина, тогава специфичната топлина на метала е…
A. 0,15 кал/г C^o
Б. 0,22 кал/г С^o
1,50 кал/г C^o
D. 4,8 кал/г C^o
E. 7,2 кал/г C^o
Дискусия:
Известно е :
m метал = 300 грама
T метал = 80 ^oC
м вода = 200 грама
T вода = 40 ^oC
c вода = 1 кал/г C^o
T крайна смес от метал и вода = 50 ^oC
Попитан :
в метал?
Джаваб :
Q метал = (m)(c)(ΔT) = (300 грама)(c метал)(80^oС - 50^oC) = (300 грама)(c метал)(30 C^o)
Q вода = (m)(c)(delta T) = (200 грама)(1 cal/g C^o)(60^oС - 50^oC) = (200 грама)(1 кал/г C^o)(10°C^o)

Основната формула на Блек :Q _лепас = Q _{абсорбират}

Металът има по-висока начална температура (80 ^oC), така че металът да отделя топлина, водата има по-ниска начална температура (40 ^oВ) така че водата да абсорбира топлина.
(300 грама)(c метал)(30°C^o) = (200 грама)(1 кал/г C^o)(10°C^o)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 c = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 кал/г C^o
Специфичната топлина на метала е 0,22 cal/g C^o.
Верният отговор е Б.

6. Две еднакви топки имат еднаква температура от 40 ^oC, двете топки имат маси съответно 10 грама и 40 грама. И двете топки са поставени в течност, така че температурата им се повишава до 60^oC. Ако специфичната топлина на топката е 2 кал/гр C^o и 1 калория = 4,2 джаула, тогава разликата в топлината, абсорбирана от всяка топка, е...
A. 5,04 x 10³ джаул
Б. 7,50 х 10³ джаул
C. 10,6 x 10³ джаул
Г. 40 x 10³ джаул
Д. 42 x 10³ джаул
Дискусия:
Известно е :
m₁ = 10 грама
m₂ = 40 грама
T₁ = Т₂ = 40 ^oC
T _ахир = 60 ^oC
c топка = 2 кал/гр C^o
Попитан :
Каква е разликата в топлината, абсорбирана от всяка топка?
Джаваб :
Температурата на двете топки се повишава, защото и двете топки трябва да абсорбират топлина.
Q₁ = (10 гр)(2 кал/гр C^o)(60^oС–40^oC) = (10 гр)(2 кал/гр C^o)(20°C^o) = 400 кал = (400)(4,2 J) = 1680 джаула
Q₂ = (40 гр)(2 кал/гр C^o)(60^oС–40^oC) = (40 гр)(2 кал/гр C^o)(20°C^o) = 1600 кал = (1600)(4,2 J) = 6720 джаула
Разликата в топлината, абсорбирана от всяка топка:
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 10³ J
Верният отговор е А.

7. Вода с маса 200 грама при температура 30°C се смесва с вряща вода с маса 100 грама и температура 90°C. (Специфична топлина на водата = 1 кал.грам^-1° C^-1). Температурата на смесената вода в момента на термично равновесие е….

А. 10°C

Б. 30°C

50°C

Г. 75°C

E. 150°C

Дискусия

Известно е :

Маса на водата 1 (m₁) = 200 грама

Температура на водата 1 (T₁) = 30^oC

Маса на водата 2 (m₂) = 100 грама

Температура на водата 2 (T₂) = 90^oC

Специфична топлина на водата (c) = 1 кал.грам^-1° C^-1

Попитан крайна температура на сместа

Джаваб :

Топлина, отделена от вода с висока температура (Q освободена) = топлина, погълната от вода с ниска температура (Q абсорбирана)

Верният отговор е C.

8. Вдо 60 грама при температура от 90 градуса^oC (специфична топлина на водата = 1 cal.g^-1.^oC^-1) смесен с 40 грама подобна вода при температура 25^oC. Ако други фактори не влияят на този процес, тогава крайната температура на сместа е…

А. 15,4 ^oC

Б. 23,0 ^oC

В. 46,0 ^oC

D. 64,0 ^oC

Д. 77,0 ^oC

Дискусия

Известно е :

Маса на водата 1 (m₁) = 60 грама

Температура на водата 1 (T₁) = 90^oC

Маса на водата 2 (m₂) = 40 грама

Температура на водата 2 (T₂) = 25^oC

Специфична топлина на водата (c) = 1 cal.g^-1.^oC^-1

Попитан крайна температура на сместа

Джаваб :

Топлина, отделена от вода с висока температура (Q освободена) = топлина, погълната от вода с ниска температура (Q абсорбирана)

Верният отговор е Д.

9. Лед с маса M грама при температура 0^oC, поставени във вода с тегло 340 грама при температура 20^oC, поставен в специален съд. Да приемем, че съдът не абсорбира/отделя топлина. Ако L_es = 80 кал. г^-1, ° С_въздух = 1 кал. г^{-1 o}C^-1, целият лед се топи и термичното равновесие се достига при температура от 5^oC, тогава масата на леда (M) е…

А. 60 грама

Б. 68 грама

C. 75 грама

Г. 80 грама

Д. 170 грама

Дискусия

Известно е :

Маса на водата (m) = 340 грама

Температура на леда (T_es) = 0^oC

Температура на водата (T_въздух) = 20^oC

Термична равновесна температура (T) = 5^oC

Топлина на топене на леда (L)_es) = 80 кал. г^-1

Специфична топлина на водата (c_въздух) = 1 кал. г^{-1 o}C^-1

Попитан Маса на леда (M)

Джаваб :

Черен принцип гласи, че в изолирана затворена система топлината, отделена от обект с висока температура, е същата като топлината, абсорбирана от обект с ниска температура.

Топлина, отделена от водата (Q освободена) = топлина, погълната от леда (Q абсорбирана)

Верният отговор е А.

Кататански:

Ако се твърди, че ледът има температура 0^o тогава водата е все още в твърдо състояние. Ако се посочи, че температурата на водата е 0^oC тогава водата е в течна форма. Разграничете употребата на думите лед и вода. Тъй като водата е все още в твърда или ледена форма, първо абсорбираната топлина се използва за топене на целия лед във вода, следователно от дясната страна на уравнението по-горе е добавена формула за изчисляване на количеството топлина, необходимо за топене на леда (m_es L_esСлед като целият лед се разтопи и се превърне във вода, се използва допълнителна топлина, за да се повиши температурата на леда от 0^oC става 5^oC.

10. Метална мед при температура от 100^oC се поставя във вода с маса 128 грама и температура 30 ^oC. Специфична топлина на водата 1 cal.g^-1C^-1 а специфичната топлина на медта е 0,1 кал.г^-1C^-1Ако термичното равновесие настъпи при температура от 36 ^oC, тогава масата на метала е….

А. 140 грама

Б. 120 грама

C. 100 грама

Г. 80 грама

Д. 75 грама

Дискусия

Известно е, че:

Температура на медта (T₁) = 100 ^oC

Специфична топлина на медта (c₁) = 0,1 кал.г^-1C^-1

Водна маса (м₂) = 128 грама

Температура на водата (T₂) = 30 ^oC

Специфична топлина на водата (c₂) = 1 кал.г^-1C^-1

Термична равновесна температура (T) = 36 ^oC

Попитано: Маса на медта (m₁)

Отговор:

Принципът на Блек гласи, че топлината, отделена от обект с висока температура, е равна на топлината, получена от обект с ниска температура.

Верният отговор е Б.

11. Три килограма черен оловен прът със специфична топлина 1400 J.kg^-1C^-1 температура 80^oC е потопен в 10 kg вода със специфична топлина 4200 J.kg.^-1C^-1След достигане на термично равновесие, крайната температура на сместа е 20^oC. Началната температура на водата е….

А. 20 ^oC

Б. 18 ^oC

В. 14 ^oC

D. 12 ^oC

Д. 10 ^oC

Дискусия

Известно е, че:

Маса на оловото (m₁) = 3 кг

Специфична топлина на калай (c₁) = 1400 Дж.кг^-1C^-1

Температура на калай (T₁) = 80 ^oC

Водна маса (м₂) = 10 кг

Специфична топлина на водата (c₂) = 4200 Дж.кг^-1C^-1

Термична равновесна температура (T) = 20 ^oC

Попитано: Начална температура на водата (T₂)

Отговор:

Верният отговор е C.

12. Монета от 50 грама се нагрява до температура от 85 градуса.^oC, след което се потапя в съд, съдържащ 50 грама вода с температура 29,8^oC (специфична топлина на водата = 1 cal.g^-1.^oC^-1). Ако крайната температура на системата е 37^oC и приемем, че няма пренос на топлина през съда, тогава специфичната топлина на метала е…

A. 0,12 кал. г^-1.^oC^-1

Б. 0,30 кал. г^-1.^oC^-1

C. 1,50 кал. г^-1.^oC^-1

D. 4,8 кал. г^-1.^oC^-1

E. 7,2 кал. г^-1.^oC^-1

Дискусия

Известно е, че:

Маса на монетата (m) = 50 грама

Начална температура на монетата (T₁) = 85^oC

Маса на водата (m) = 50 грама

Начална температура на водата (T₂) = 29,8^oC

Специфична топлина на водата = 1 cal.g^-1.^oC^-1

Крайна температура на системата (T) = 37^oC

Попитано: Специфична топлина на метала (c)

Отговор:

Принципът на Блек гласи, че освободената топлина = абсорбираната топлина. Топлината се отделя от монетата, а топлината се абсорбира от водата, докато се достигне термично равновесие.

Всички мерни единици са изразени в грамове, така че няма нужда да се преобразуват.

Q _лепас = Q _{абсорбират}

m_метал c ΔT = m_въздух c ΔT

(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)

(50)(в)(48) = (50)(7,2)

(50)(в)(48) = (50)(7,2)

(в)(48) = 7,2

c = 7,2 / 48

c = 0,15 кал.г^-1.^oC^-1

13. Метална мед при температура от 100°C^oC се поставя във вода с маса 128 грама и температура 30 ^oC. Специфична топлина на водата 1 cal.g^-1°CC^-1 а специфичната топлина на медта е 0,1 кал.г^{-1 o}C^-1Ако термичното равновесие настъпи при температура от 36 ^oC, тогава масата на метала е….

А. 140 грама
Б. 120 грама
C. 100 грама
Г. 80 грама
Д. 75 грама

Дискусия
Известно е, че:
Температура на медта (T₁) = 100 ^oC
Специфична топлина на медта (c₁) = 0,1 кал.г^{-1 o}C^-1

Водна маса (м₂) = 128 грама
Температура на водата (T₂) = 30 ^oC
Специфична топлина на водата (c₂) = 1 кал.г^{-1 o}C^-1

Термична равновесна температура (T) = 36 ^oC
Въпрос: Маса на медта (m₁)
Отговор:

Принципът на Блек гласи, че топлината, отделена от обект с висока температура, е равна на топлината, получена от обект с ниска температура.
Q мед = Q вода
m₁ c₁ ΔT = m₂ c₂ ΔT
(m₁)(0,1)(100-36) = (128)(1)(36-30)
(m₁)(0,1)(64) = (128)(1)(6)
(m₁)(6,4) = 768
m₁ = 768/6,4
m₁ = 120
Масата на медта е 120 грама.
Верният отговор е Б.

14. Три килограма черен оловен прът със специфична топлина 1400 J.kg^-1 C^-1 температура 80^oC е потопен в 10 kg вода със специфична топлина 4200 J.kg.^-1 C^-1След достигане на термично равновесие, крайната температура на сместа е 20^oC. Началната температура на водата е….

А. 20 ^oC
Б. 18 ^oC
В. 14 ^oC
D. 12 ^oC
Д. 10 ^oC

Дискусия
Известно е, че:
Маса на оловото (m₁) = 3 кг
Специфична топлина на калай (c₁) = 1400 Дж.кг^-1 C^-1
Температура на калай (T₁) = 80 ^oC

Водна маса (м₂) = 10 кг
Специфична топлина на водата (c₂) = 4200 Дж.кг^-1 C^-1

Термична равновесна температура (T) = 20 ^oC
Търсена: Начална температура на водата (T₂)
Отговор:
Q освободен = Q получен
Q калай = Q вода
m₁ c₁ ΔT = m₂ c₂ ΔT
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4 200)(60) = (42 000)(20-T)
252 000 = 840 000 – 42 000 T
42 000 T = 840 000 – 252 000
42 000 Т = 588 000
Т = 588.000 / 42.000
Т = 14
Началната температура на водата е 14^oC.
Верният отговор е C.

15. Лед с маса M грама при температура 0^oC, поставени във вода с тегло 340 грама при температура 20^oC, поставен в специален съд. Да приемем, че съдът не абсорбира/отделя топлина. Ако L_es = 80 кал. г^-1, ° С_въздух = 1 кал. г^{-1 o}C^-1, целият лед се стопи и термично равновесие постигнато при температура от 5^oC, тогава масата на леда (M) е…

А. 60 грама
Б. 68 грама
C. 75 грама
Г. 80 грама
Д. 170 грама

Дискусия
Известно е :
Маса на водата (m) = 340 грама
Температура на леда (T_es) = 0^oC
Суху вода (Т_въздух) = 20^oC
Термична равновесна температура (T) = 5^oC
Топлина на топене на леда (L)_es) = 80 кал. г^-1
Специфична топлина на водата (c_въздух) = 1 кал. г^{-1 o}C^-1
Попитан Маса на леда (M)
Джаваб :

Черен принцип гласи, че в изолирана затворена система топлината, отделена от обект с висока температура, е същата като топлината, абсорбирана от обект с ниска температура.
Топлина, отделена от водата (Q освободена) = топлина, погълната от леда (Q абсорбирана)
m_въздух c_въздух (Т) = м_es L_es + м_es c_въздух (Т)
(340)(1)(20-5) = М(80) + М(1)(5-0)
(340)(15) = 80 млн. + 5 млн.
5100 = 85 милиона
М = 5100/85
M = 60 грама
Верният отговор е А.

Кататански:
Ако се твърди, че ледът има температура 0^o тогава водата е все още в твърдо състояние. Ако се посочи, че температурата на водата е 0^oC тогава водата е в течна форма. Разграничете употребата на думите лед и вода. Тъй като водата е все още в твърда или ледена форма, първо абсорбираната топлина се използва за топене на целия лед във вода, следователно от дясната страна на уравнението по-горе е добавена формула за изчисляване на количеството топлина, необходимо за топене на леда (m_es L_esСлед като целият лед се разтопи и се превърне във вода, се използва допълнителна топлина, за да се повиши температурата на леда от 0^oC става 5^oC.

Източник на въпроса:

Въпроси по физика за националния изпит за гимназия/професионална гимназия