1. Kahulugan sa prinsipyo sa Itom
Kon atong isagol ang init ug bugnaw nga tubig sa usa ka bukas nga sudlanan (pananglitan usa ka balde), ang kainit mobalhin gikan sa init nga tubig ngadto sa bugnaw nga tubig. Tungod kay bukas ang sudlanan, ang ubang kainit mobalhin ngadto sa hangin. Ang sudlanan moinit usab. Ang kainit nga gipagawas sa init nga tubig dili lamang masuhop sa bugnaw nga tubig, apan masuhop usab sa atmospera ug mga sudlanan. Niini nga kaso, ang balde usa ka dili-nahimulag nga sistema. Kon atong isagol ang init ug bugnaw nga tubig sa usa ka sirado nga termos, ang kainit mobalhin gikan sa init nga tubig ngadto sa bugnaw nga tubig. Ang mga termos mga nahimulag nga sistema, busa walay kainit nga mobalhin ngadto sa hangin o sa usa ka termos. Ang bugnaw nga tubig mosuhop lamang sa kainit nga gipagawas sa init nga tubig hangtod nga ang sagol nga init nga tubig ug bugnaw nga tubig makaabot sa thermal equilibrium.
Ang Itom nga Prinsipyo nag-ingon nga sa usa ka nahimulag ug sirado nga sistema, ang kainit nga gipagawas sa usa ka butang nga taas og temperatura = kainit nga nasuhop sa usa ka butang nga ubos og temperatura.
2. Itom nga prinsipyo nga pormula
Pagpagawas sa Q = pagsuhop sa Q
Q release = kainit nga gipagawas sa mga butang nga taas og temperatura, Q absorption = kainit nga nasuhop sa mga butang nga ubos og temperatura.
3. Mga ehemplo sa mga pangutana ug mga diskusyon
Pananglitan sa problema 1.
Usa ka init nga puthaw nga may gibug-aton nga 1 kg ug temperatura nga 100 o C ang gibutang sa usa ka sudlanan nga adunay sulod nga 2 kg nga tubig ug temperatura nga 20 o C. Unsa ang temperatura sa katapusang sagol? Ang espesipikong kainit sa puthaw = 450 J/kg C₂o , ang espesipikong kainit sa tubig = 4200 J/kg C₂o.
Nailhan:
Misa sa puthaw (m) = 1 kg
Temperatura sa puthaw (T) = 100 o C
Misa sa tubig (m) = 2 kg
Temperatura sa tubig (T) = 20 o C
Espesipikong kainit para sa puthaw (c) = 450 J/kg C o
Espesipikong kainit para sa tubig (c) = 4200 J/kg C o
Gipangita: T?
Solusyon:
Ang puthaw adunay mas taas nga temperatura kay sa tubig mao nga ang puthaw mopagawas ug kainit, ang tubig mosuhop ug kainit.
Pagpagawas sa Q = pagsuhop sa Q
mc ΔT = mc ΔT
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 ka tonelada
T = 213000 : 8850
T = 24 ° C
Ang katapusang temperatura sa sagol nga init nga puthaw ug bugnaw nga tubig kung pareho nga naa sa thermal equilibrium kay 24 o C.
Pananglitan sa isyu 2.
0.2 kg nga masa sa yelo nga gisagol sa init nga tsa nga may masa nga 0.2 kg. Temperatura sa yelo = -10 o C, temperatura sa init nga tsa = 40 o C. Ang espesipikong kainit sa yelo = 2100 J/kg C₂o , ang espesipikong kainit sa tubig = 4200 J/kg C₂o , ang kainit sa pagsagol sa tubig = 334000 J/kg. Ang yelo ug tsa gisagol sa usa ka nahimulag ug sirado nga sistema.
Nailhan:
Misa sa yelo (m) = 0.2 kg
Timbang sa tsa (m) = 0.2 kg
Espesipikong kainit sa tubig (c) = 4180 J/kg C o
Espesipikong kainit sa yelo (c) = 2100 J/kg C o
Kainit sa pagsagol sa tubig (L F ) = 334 x 10 3 J/kg
Temperatura sa yelo (T yelo ) = -10 o C
Temperatura sa tsa (T tea ) = 40 o C
Gipangita: T nga sagol
Solusyon:
Unang lakang, banabanaa ang katapusang kahimtang
Ang kainit nga kinahanglan ipagawas sa tubig aron makunhuran ang temperatura sa 0.2 kg nga init nga tsa, gikan sa 40 oC ngadto sa 0 oC
Q nga pagpagawas = mc ∆T
Q nga pagpagawas = (0.2 kg) (4180 J/Kg C o ) (40 o C – 0 o C)
Q nga pagpagawas = (0.2 kg) (4180 J/Kg C o ) (40 C )
Q nga pagpagawas = 33,440 Joule
Q nga pagpagawas = 33.44 kJ
Ang kainit masuhop sa 0.2 kg nga yelo aron mapataas ang temperatura gikan sa -10 ° C ngadto sa 0 ° C.
Q nga nasuhop = mc ∆T
Q nga nasuhop = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (0 o C – (-10 o C))
Q nga nasuhop = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (10 o C)
Q nga nasuhop = 4,200 Joule
Q nga nasuhop = 4.2 kJ
Ang kainit nga nasuhop aron matunaw ang 0.2 kg nga yelo (kainit nga gikinahanglan aron matunaw ang tanang yelo ngadto sa tubig)
Q fusion = m L F
Q fusion = (0.2 kg) (334 x 103 J /kg)
Q nga paghiusa = 66.8 x 103 Joule
Q fusion = 66.8 kJ
Base sa mga kalkulasyon sa ibabaw, ang mga resulta:
Q nga pagpagawas = 33.44 kJ
Q mosuhop = 4.2 kJ
Q fusion = 66.8 kJ
Kon ang tsa mopagawas ug kainit nga moabot ug 33.44 kJ, ang temperatura sa tsa mausab gikan sa 40 o C ngadto sa 0 o C. Ang ubang kainit nga gipagawas (mga 4.2 kJ) gigamit sa pagpataas sa temperatura sa yelo gikan sa -10 o C ngadto sa 0 o C. 33.44 kJ – 4.2 kJ = 29.24 kJ. Ang nahibiling kainit = 29.24 kJ. Aron matunaw ang tanang yelo ngadto sa tubig, nagkinahanglan ug kainit nga 66.8 kJ. Ang nahibiling kainit kay 29.24 kJ lamang.
Sa konklusyon, ang kainit nga gipagawas sa init nga tsa gigamit lamang aron mapataas ang temperatura sa yelo gikan sa -10 o C ngadto sa 0 o C ug matunaw ang ubang yelo. Ang ubang yelo natunaw na ngadto sa tubig; ang uban wala. Atol sa proseso sa pag-usab sa solido ngadto sa likido, ang temperatura wala mausab. Busa, ang temperatura sa katapusang sagol = 0 o C.
Pananglitan sa problema 3.
masa sa init nga tsa (m) = 0.4 kg,
masa sa yelo (m) = 0.2 kg,
temperatura sa yelo = -10 o C
temperatura sa init nga tsa = 90 o C.
Kon pareho nga gisagol, unsa ang temperatura sa katapusang sagol?
Ang espesipikong kainit para sa tubig ( c) = 4180 J/kg C₂o
Ang espesipikong kainit para sa yelo (c) = 2100 J/kg C₂o
Kainit sa pagsagol sa tubig (L F ) = 334 x 103 J/kg
Solusyon:
Unang Lakang: Banabanaa ang Katapusang Estado
Ang kainit nga kinahanglan ipagawas sa tubig aron makunhuran ang temperatura sa 0.4 kg nga init nga tsa, gikan sa 90 ° C ngadto sa 0 ° C.
Q nga pagpagawas = mc ∆T
Q nga pagpagawas = (0.4 kg) (4180 J/Kg C o ) (90 o C – 0 o C)
Q nga pagpagawas = (0.4 kg) (4180 J/Kg C o ) (90 C )
Q nga pagpagawas = 150,480 Joule
Q nga pagpagawas = 150.48 kJ
Ang kainit nga masuhop sa 0.2 kg nga yelo aron mapataas ang temperatura niini gikan sa -10 ° C ngadto sa 0 ° C
Q nga nasuhop = mc ∆T
Q nga nasuhop = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (0 o C – (-10 o C))
Q nga nasuhop = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (10 o C)
Q nga nasuhop = 4,200 Joule
Q nga nasuhop = 4.2 kJ
Ang kainit nga gikinahanglan aron matunaw ang 0.2 kg nga yelo (kainit nga gikinahanglan aron mahimo nga tubig ang tanang yelo)
Q fusion = m L F
Q fusion = (0.2 kg) (334 x 103 J /Kg)
Q nga paghiusa = 66.8 x 103 Joule
Q fusion = 66.8 kJ
Base sa mga kalkulasyon sa ibabaw, ang mga resulta:
Q nga pagpagawas = 150.48 kJ
Q nga nasuhop = 4.2 kJ
Q fusion = 66.8 kJ
Sa dihang ang init nga tsa mipagawas ug 150.48 kJ nga kainit, ang temperatura sa init nga tsa nausab gikan sa 90 o C ngadto sa 0 o C. Ang ubang kainit nga gipagawas (mga 4.2 kJ) gigamit aron mapataas ang temperatura sa yelo gikan sa -10 o C ngadto sa 0 o C.
150.48 kJ – 4.2 kJ = 146.28 kJ. Ang nahibiling kainit = 146.28 kJ.
Ang kainit nga gikinahanglan aron matunaw ang tanang yelo ngadto sa tubig kay 66.8 kJ lamang. 146.28 kJ – 66.8 kJ = 79.48 kJ. Migawas nga ang sobra kay 79.48 kJ. Ang init nga tsa dili mopagawas sa tanang kainit hangtod nga ang temperatura mokunhod ngadto sa 0 o C. Konklusyon: ang temperatura sa katapusang sagol kinahanglan nga labaw sa 0 o C.
Ikaduhang Lakang: Tinoa ang katapusang temperatura (T)
Ang kainit nga gikinahanglan aron mapataas ang temperatura sa yelo gikan sa -10 o C ngadto sa 0 o C = 4200 Joules
Ang kainit kinahanglan nga matunaw ang tanang yelo ngadto sa tubig aka latent heat = 66,800 Joules
Ang kainit kinahanglan nga mopataas sa temperatura sa tubig (tubig gikan sa tanang ice fusion) gikan sa 0 o C ngadto sa T = (masa sa yelo) (kainit sa tubig) (T – 0 o C) = (0.2 kg) (4180 J/kg C o )(T) = (836 T) J/C o
Ang kainit nga gipagawas sa init nga tsa aron makunhuran ang temperatura gikan sa 90 o C ngadto sa T = (gibug-aton sa init nga tubig) (klase sa kainit sa tubig) (90 o C – T) = (0.4 kg) (4180 J/kg C o ) (90 o C – T) = 1672 J/C o (90 o C – T) = 150,480 J – (1672 T) J/C o
4200 J + 66,800 J + (836 T) J/C o = 150,480 J – (1672 T) J/C o
71,000 J + (836 T) J/C o = 150,480 J – (1672 T) J/C o
(836 T) J/C o + (1672 T) J/C o = 150,480 J – 71,000 J
(2508 T) J/C = 79,480 J
T = 31.7 ° C
Katapusang temperatura = 31.7 o C
