Pochopení principů černochů
Pokud smícháme horkou a studenou vodu v otevřené nádobě (například v kbelíku), teplo se přenáší z horké vody do studené vody. Protože je nádoba otevřená, část tepla se přenáší do vzduchu. Nádoba se také zahřívá. Teplo uvolněné horkou vodou není absorbováno pouze studenou vodou, ale také vzduchem a nádobou. V tomto případě je kbelík neizolovaný systém.
Když v uzavřené termosce smícháme horkou a studenou vodu, teplo se přenáší z horké vody do studené vody. Termoska je izolovaný systém , takže se žádné teplo nepřenáší do vzduchu ani do termosky. Teplo uvolněné horkou vodou je jednoduše absorbováno studenou vodou, dokud směs nedosáhne tepelné rovnováhy.
Blackův princip říká, že v izolovaném uzavřeném systému je teplo uvolněné objektem s vysokou teplotou stejné jako teplo absorbované objektem s nízkou teplotou.
Blackův základní vzorec
Qlepas = Qabsorbovat
Popis: Qlepas = teplo uvolněné objektem s vysokou teplotou, Qabsorbovat = teplo absorbované objekty s nízkou teplotou.
Příklady otázek k Blackovu principu
1. Kus horkého železa o hmotnosti 1 kg a teplotě 100 oC se vloží do nádoby obsahující vodu o hmotnosti 2 kg a teplotě 20 oC. Jaká je konečná teplota směsi? Měrná tepelná kapacita železa = 450 J/kg Coměrná tepelná kapacita vody = 4200 J/kg °Co.
Diskuse:
Je známo :
m železa = 1 kg, Tželezo = 100 oC, m vody = 2 kg, Tvzduch = 20 oC, c železa = 450 J/kg Co, c vody = 4200 J/kg Co.
Zeptal se :
T-mix?
Jawab :
Železo má vyšší teplotu než voda, takže železo uvolňuje teplo, zatímco voda teplo absorbuje.
(m)(c)(ΔT) = (m)(c)(ΔT)
(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 XNUMX oC
Suchý Konečná teplota směsi horkého železa a studené vody, když jsou obě látky v tepelné rovnováze, je 24 °C. oC.
2. Otázka č. 20 z celostátní zkoušky z fyziky pro akademický rok 2015/2016 SMA/MA
75 gramů vody o teplotě 0 ° C se smíchá s 50 gramy vody tak, že teplota směsi je 40 ° C, takže počáteční teplota 50 gramů vody je...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Diskuse
Je známo, že:
Hmotnost vody 1 (m 1 ) = 75 gramů
Počáteční teplota vody 1 (T1 ) = 0 ° C
Hmotnost vody 2 (m 2 ) = 50 gramů
Konečná teplota směsi (T) = 40 ° C
Jednotky hmotnosti jsou stejné, takže není nutný žádný přepočet.
Požadovaná: Počáteční teplota vody 2 ( T2 )
Odpověď:
Blackův princip říká, že v izolovaném uzavřeném systému je teplo uvolněné objektem s vysokou teplotou stejné jako teplo absorbované objektem s nízkou teplotou.
uvolněný Q = absorbovaný Q
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Měrná tepelná kapacita vody je stejná, takže c je z rovnice vyloučeno.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
42 000 + 21 000 = 50 T2
5000 2 = 50 T²
T2 = 100
Správná odpověď je D.
3. Otázka č. 20 z celostátní zkoušky z fyziky pro akademický rok 2015/2016 SMA/MA
Kov o hmotnosti 200 gramů se zahřeje na 120 ° C a poté se vloží do 100 gramů vody o teplotě 30 ° C. Po dosažení rovnováhy se teplota směsi zvýší na 60 ° C. Pokud je měrná tepelná kapacita vody 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹ , pak je měrná tepelná kapacita kovu...
A. 10,5 J.kg⁻¹ ° C
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
Diskuse
Převod jednotek hmotnosti z gramů na kilogramy (Mezinárodní systém jednotek)
Je známo, že:
Hmotnost kovu (m1 ) = 200 gramů = 0,2 kg
Teplota kovu (T1 ) = 120 ° C
Hmotnost vody (m² ) = 100 gramů = 0,1 kg
Teplota vody (T2 ) = 30 ° C
Konečná teplota směsi (T) = 60 ° C
Měrné teplo vody (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹
Otázka: Měrná tepelná kapacita kovu ( c1 )
Odpověď:
uvolněný Q = absorbovaný 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
Správná odpověď je D.
4. Otázky k celostátní zkoušce SMA/MA 2018
Do hrnce obsahujícího 400 ml vody o teplotě 35 ° C se nalije 250 ml vroucí vody (100 ° C ) . Po dosažení tepelné rovnováhy je teplota směsi… (měrné teplo vody 1,0 cal.gr⁻¹ ° C⁻¹ )
Diskuse
Je známo:
Teplota teplé vody = 100 ° C
Objem horké vody = 250 ml = 0,25 litru = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Teplota studené vody = 35 ° C
Objem studené vody = 400 ml = 0,4 litru = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Měrná tepelná kapacita vody = 1,0 cal.gr⁻¹ . ° C⁻¹
Hustota vody = 1 gr/ cm³
Otázka: Teplota směsi
Džaváb:
Vypočítejte hmotnost horké a studené vody pomocí vzorce pro hustotu:
m = ρV
m = hmotnost, ρ = hustota, V = objem
Hmotnost horké vody: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 gramů
Hmotnost studené vody: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 gramů
Vypočítejte teplotu směsi pomocí Blackova základního vzorce:
Teplo absorbované studenou vodou = teplo uvolněné horkou vodou
mcΔT = mcΔT
Měrné teplo je stejné, takže se z rovnice vylučuje.
mΔT = mΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000/650
T = 60 ° C
