Razumijevanje crnačkih principa
Ako pomiješamo toplu i hladnu vodu u otvorenoj posudi (na primjer, kanti), toplota se prenosi sa tople na hladnu vodu. Budući da je posuda otvorena, dio toplote se prenosi na zrak. Posuda također postaje toplija. Toplotu koju oslobađa topla voda ne apsorbira samo hladna voda, već i zrak i posuda. U ovom slučaju, kanta je neizolirani sistem.
Kada miješamo vruću i hladnu vodu u zatvorenom termosu, toplota se prenosi sa vruće na hladnu vodu. Termos je izolovani sistem , tako da se toplota ne prenosi na vazduh ili termos. Toplotu koju oslobađa vruća voda jednostavno apsorbuje hladna voda dok smjesa ne dostigne termičku ravnotežu.
Blackov princip kaže da je u izolovanom zatvorenom sistemu toplota koju oslobađa objekat visoke temperature jednaka toploti koju apsorbuje objekat niske temperature.
Blackova osnovna formula
Qoff = Qserap
Opis: Qoff = toplota koju oslobađa objekat visoke temperature, Qserap = toplota koju apsorbuju objekti niske temperature.
Primjeri pitanja o Blackovom principu
1. Komad vrućeg željeza mase 1 kg i temperature 100 oC se stavlja u posudu koja sadrži vodu mase 2 kg i temperature 20 oC. Kolika je konačna temperatura smjese? Specifična toplina željeza = 450 J/kg Co, specifična toplota vode = 4200 J/kg Co.
Diskusija:
Poznato je :
m željeza = 1 kg, Tbesi = 100 oC, m vode = 2 kg, Tzrak = 20 oC, c željeza = 450 J/kg Co, c vode = 4200 J/kg Co.
Pitao :
T miks?
Jawab :
Željezo ima višu temperaturu od vode, pa željezo oslobađa toplotu, a voda apsorbira toplotu.
(m)(c)(delta T) = (m)(c)(delta T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Suhu Konačna temperatura smjese vrućeg željeza i hladne vode kada su oba u termičkoj ravnoteži je 24 oC.
2. Pitanje br. 20 za Nacionalni ispit iz fizike za akademsku godinu 2015/2016.
75 grama vode temperature 0 ° C pomiješa se sa 50 grama vode tako da temperatura smjese bude 40 ° C, pa je početna temperatura 50 grama vode...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
C. 110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Diskusija
Poznato je da:
Masa vode 1 (m 1 ) = 75 grama
Početna temperatura vode 1 (T1 ) = 0 ° C
Masa vode 2 (m 2 ) = 50 grama
Konačna temperatura smjese (T) = 40 ° C
Jedinice za masu su iste tako da nije potrebna konverzija.
Željena: Početna temperatura vode 2 ( T2 )
Odgovor:
Blackov princip kaže da je u izolovanom zatvorenom sistemu toplota koju oslobađa objekat visoke temperature jednaka toploti koju apsorbuje objekat niske temperature.
Oslobođen Q = apsorbovan Q
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Specifična toplota vode je ista, tako da se c eliminiše iz jednačine.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 T2
5000 = 50 T2
T2 = 100
Tačan odgovor je D.
3. Pitanje br. 20 za Nacionalni ispit iz fizike za akademsku godinu 2015/2016.
Metal mase 200 grama zagrije se na 120 ° C, a zatim se stavi u 100 grama vode temperature 30 ° C. Nakon postizanja ravnoteže, temperatura smjese postaje 60 ° C. Ako je specifična toplina vode 4200 J.kg -1 ° C -1 , tada je specifična toplina metala...
A. 10,5 J.kg -1o C -1
B. 105 J.kg -1o C -1
C. 150 J.kg -1o C -1
D. 1050 J.kg -1o C -1
E. 1500 J.kg -1o C -1
Diskusija
Konverzija jedinica mase iz grama u kilograme (Međunarodni sistem jedinica)
Poznato je da:
Masa metala (m1 ) = 200 grama = 0,2 kg
Temperatura metala (T1 ) = 120 ° C
Masa vode (m² ) = 100 grama = 0,1 kg
Temperatura vode (T2 ) = 30 ° C
Konačna temperatura smjese (T) = 60 ° C
Specifična toplota vode (c² ) = 4200 J· kg⁻¹ ° C⁻¹
Pitanje: Specifična toplota metala ( c1 )
Odgovor:
Oslobođen Q = apsorbovan Q
m1 c1 (ΔT1) = m2 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
Tačan odgovor je D.
4. Pitanja za nacionalni ispit 2018. za srednju školu/srednju stručnu školu
250 ml ključale vode (100 ° C) se sipa u šerpu koja sadrži 400 ml vode temperature 35 ° C. Nakon što se postigne termička ravnoteža, temperatura smjese je… (specifična toplota vode 1,0 cal.gr -1 . ° C -1 )
Diskusija
Poznato je:
Temperatura tople vode = 100 ° C
Zapremina tople vode = 250 ml = 0,25 litara = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Temperatura hladne vode = 35 ° C
Zapremina hladne vode = 400 ml = 0,4 litra = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Specifična toplota vode = 1,0 cal.gr -1 . ° C -1
Gustoća vode = 1 gr/ cm³
Pitanje: Temperatura smjese
Odgovor:
Izračunajte masu tople i hladne vode koristeći formulu gustoće:
m = ρV
m = masa, ρ = gustoća, V = zapremina
Masa vruće vode: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 grama
Masa hladne vode: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 grama
Izračunajte temperaturu smjese koristeći Blackovu glavnu formulu:
Toplota koju apsorbuje hladna voda = toplota koju oslobađa topla voda
mcΔT = mcΔT
Specifična toplota je ista, tako da se eliminiše iz jednačine.
m ΔT = m ΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 / 650
T = 60 ° C
