Capiscendu i Principii Neri
Sè mischiemu acqua calda è acqua fredda in un cuntainer apertu (per esempiu, un bucket), u calore si trasferisce da l'acqua calda à l'acqua fredda. Siccomu u cuntainer hè apertu, una parte di u calore si trasferisce à l'aria. U cuntainer diventa ancu più caldu. U calore liberatu da l'acqua calda ùn hè micca solu assorbitu da l'acqua fredda, ma ancu da l'aria è da u cuntainer. In questu casu, u bucket hè un sistema micca isulatu.
Quandu mischiemu acqua calda è acqua fredda in un termos chjusu, u calore si trasferisce da l'acqua calda à l'acqua fredda. U termos hè un sistema isolatu , dunque ùn ci hè trasferimentu di calore à l'aria o à u termos. U calore liberatu da l'acqua calda hè semplicemente assorbitu da l'acqua fredda finu à chì a mistura righjunghji l'equilibriu termicu.
U principiu di Black dice chì in un sistema chjusu isulatu, u calore liberatu da un oggettu à alta temperatura hè u calore assorbitu da un oggettu à bassa temperatura.
A formula basica di Black
Qlepas =Qserap
Descrizzione: Qlepas = calore liberatu da un oggettu à alta temperatura, Qserap = calore assorbitu da l'uggetti à bassa temperatura.
Esempi di dumande nantu à u principiu di Black
1. Un pezzu di ferru caldu cù una massa di 1 kg è una temperatura di 100 oC hè messu in un cuntinente chì cuntene acqua cù una massa di 2 kg è una temperatura di 20 oC. Chì ghjè a temperatura finale di a mistura ? Calore specificu di u ferru = 450 J/kg Co, calore specificu di l'acqua = 4200 J/kg Co.
Discussione:
Hè cunnisciutu :
m ferru = 1 kg, Tcrede = 100 oC, m acqua = 2 kg, Taria = 20 oC, c ferru = 450 J/kg Co, c acqua = 4200 J/kg Co.
Dumandatu :
T mischju ?
Jawab :
U ferru hà una temperatura più alta chè l'acqua, dunque u ferru libera calore, l'acqua assorbe u calore.
(m)(c)(delta T) = (m)(c)(delta T)
(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 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Suhu A temperatura finale di una mistura di ferru caldu è acqua fredda quandu tramindui sò in equilibriu termicu hè 24 oC.
2. 2015/2016 SMA/MA Esame Naziunale di Fisica Quistione N. 20
75 grammi d'acqua à una temperatura di 0 ° C sò mischiati cù 50 grammi d'acqua in modu chì a temperatura di a mistura sia di 40 ° C, dunque a temperatura iniziale di i 50 grammi d'acqua hè...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Discussione
Hè cunnisciutu chì:
Massa d'acqua 1 (m 1 ) = 75 grammi
Temperatura iniziale di l'acqua 1 (T 1 ) = 0 ° C
Massa d'acqua 2 (m 2 ) = 50 grammi
Temperatura finale di a mistura (T) = 40 ° C
L'unità di massa sò listesse dunque ùn hè necessaria alcuna cunversione.
Cercata: Temperatura iniziale di l'acqua 2 (T 2 )
Risposta:
U principiu di Black dice chì in un sistema chjusu isulatu, u calore liberatu da un oggettu à alta temperatura hè uguale à u calore assorbitu da un oggettu à bassa temperatura.
Q liberatu = Q assorbitu
m₁ c ( ΔT₁ ) = m₂ c ( ΔT₂ )
U calore specificu di l'acqua hè u listessu dunque c hè eliminatu da l'equazioni.
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
A risposta curretta hè D.
3. Dumande d'esame naziunale di fisica SMA/MA 2015/2016 n. 20
Un metallu di 200 grammi hè riscaldatu à 120 ° C poi messu in 100 grammi d'acqua à una temperatura di 30 ° C. Dopu à l'equilibriu, a temperatura di a mistura diventa 60 ° C. Sè u calore specificu di l'acqua hè 4200 J.kg -1 ° C -1 , tandu u calore specificu di u metallu hè...
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
Discussione
Cunversione di unità di massa da grammi à chilogrammi (Sistema Internaziunale di Unità)
Hè cunnisciutu chì:
Massa metallica (m1 ) = 200 grammi = 0,2 kg
Temperatura di u metallu (T1 ) = 120 ° C
Massa d'acqua (m² ) = 100 grammi = 0,1 kg
Temperatura di l'acqua (T2 ) = 30 ° C
Temperatura finale di a mistura (T) = 60 ° C
Calore specificu di l'acqua (c 2 ) = 4200 J.kg -1 o C -1
Dumandatu: Calore specificu di u metallu (c 1 )
Risposta:
Q liberatu = Q assorbitu
m1 c1 (ΔT1) = m2 c2 (ΔT2)
(0,2)(c1 ) (120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(c 1 )(60) = (0,1)(4200)(30)
12 c 1 = 12600
c 1 = 12600 / 12
c 1 = 1050
A risposta curretta hè D.
4. Dumande d'esame naziunale 2018 per u liceu / liceu prufessiunale
250 ml d'acqua bullente (100 ° C) hè versatu in una pignatta chì cuntene 400 ml d'acqua à una temperatura di 35 ° C. Dopu chì si verifica l'equilibriu termicu, a temperatura di a mistura hè... (calore specificu di l'acqua 1,0 cal.gr -1 . ° C -1 )
Discussione
Hè cunnisciutu:
Temperatura di l'acqua calda = 100 ° C
Volume d'acqua calda = 250 ml = 0,25 litri = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Temperatura di l'acqua fredda = 35 ° C
Volume d'acqua fredda = 400 ml = 0,4 litri = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Calore specificu di l'acqua = 1,0 cal.gr -1 . o C -1
Densità di l'acqua = 1 gr/ cm³
Dumandatu: Temperatura di a mistura
Risposta:
Calcula a massa di l'acqua calda è fredda aduprendu a formula di densità:
m = ρV
m = massa, ρ = densità, V = vulume
Massa di l'acqua calda: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 grammi
Massa d'acqua fredda: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 grammi
Calcula a temperatura di a mistura aduprendu a formula di u principiu di Black:
Calore assorbitu da l'acqua fredda = calore liberatu da l'acqua calda
mc Δ T = mc Δ T
U calore specificu hè u listessu dunque hè eliminatu da l'equazioni.
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
