15 příkladů Blackových principálních otázek
1. Led o hmotnosti 0,2 kg se smíchá s teplým čajem o hmotnosti 0,2 kg. Teplota ledu = –10 ° C, teplota teplého čaje = 40 ° C. Měrné teplo ledu = 2100 J/kg C₂o₂ , měrné teplo vody = 4200 J/kg C₂o₂ , teplo tání vody = 334 000 J/kg. Pokud se led a teplý čaj smíchají v izolovaném uzavřeném systému, určete konečnou teplotu směsi.
Diskuse
Je známo :
Hmotnost ledu (m es) = 0,2 kg
Hmotnost teplé čajové vody (m čaje) = 0,2 kg
Měrné teplo vody (c vody) = 4180 J/kg Co
Měrná tepelná kapacita ledu (c es) = 2100 J/kg Co
Teplo tání vody (L)f voda) = 334 000 J/kg
Teplota ledu (T es) = -10oC
Teplota teplé čajové vody (T čaje) = 40oC
Zeptal se konečná teplota směsi (T směsi) ?
Jawab :
Prvním krokem je odhad konečného stavu.
Teplo, které musí voda uvolnit, aby snížila teplotu 0,2 kg teplého čaje z 40 °CoC až 0oC:
Teplo absorbované 0,2 kg ledu pro zvýšení jeho teploty z -10oC až 0oC:
Teplo absorbované k roztavení 0,2 kg ledu (teplo potřebné k přeměně veškerého ledu na vodu):
Na základě výše uvedených výpočtů byly získány následující výsledky:
uvolněné Q = 33,444 kJ
přijaté Q = 4,2 kJ
Q bod tání = 66,8 kJ
Když se z horkého čaje uvolní 33,44 kJ tepla, teplota horkého čaje se změní ze 40 °C na 0 °C. Část uvolněného tepla (asi 4,2 kJ) se využije ke zvýšení teploty ledu z -10 °C na 0 °C . 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. K roztavení veškerého ledu na vodu je zapotřebí 66,8 kJ tepla. Zbývající teplo je 29,24 kJ.
Lze konstatovat, že teplo uvolněné horkým čajem se používá pouze ke zvýšení teploty ledu z -10 ° C na 0 ° C a k roztavení části ledu. Část ledu se přeměnila na vodu, zatímco část ne. Během procesu přeměny z pevného na kapalné skupenství se teplota nemění. Konečná teplota směsi je proto 0 ° C.
2. Hmotnost horkého čaje = 0,4 kg, hmotnost ledu = 0,2 kg, teplota kostek ledu = -10oC, teplota horkého čaje = 90oC. Pokud se obě látky smísí, jaká je konečná teplota směsi?
Diskuse
První krok: odhad konečného stavu
Teplo, které musí voda uvolnit, aby snížila teplotu 0,4 kg horké čajové vody z 90 °CoC až 0oC:
Teplo, které 0,2 kg ledu přijme ke zvýšení své teploty z -10oC až 0oC:
Teplo potřebné k roztavení 0,2 kg ledu (teplo potřebné k přeměně veškerého ledu na vodu):
Na základě výše uvedených výpočtů byly získány následující výsledky:
uvolněné Q = 150,48 kJ
přijaté Q = 4,2 kJ
Q bod tání = 66,8 kJ
Když se z horkého čaje uvolní 150,48 kJ tepla, teplota horkého čaje se změní z 90 °C na 0 °C. Část uvolněného tepla (4,2 J) se využije ke zvýšení teploty ledu z -10 °C na 0 °C. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Zbývající teplo = 146,28 kJ.
Teplo potřebné k roztavení veškerého ledu na vodu je pouze 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Horký čaj nemusí uvolnit veškeré své teplo, dokud jeho teplota neklesne na 0 °C.oC. Závěrem lze říci, že konečná teplota směsi musí být vyšší než 0oC.
Druhý krok: stanovení konečné teploty (T)
Teplo potřebné ke zvýšení teploty ledu z -10oC až 0oC je 4200 J.
Teplo potřebné k roztavení veškerého ledu na vodu (latentní teplo) = 66 800 J
Teplo potřebné ke zvýšení teploty vody (vody vzniklé roztavením veškerého ledu) z 0oC až ToC = (hmotnost ledu)(měrné teplo vody)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Teplo uvolněné teplým čajem ke snížení jeho teploty z 90 °C na T = (hustota vody)(90 - T) = (0,4)(4180)(90 - T) = 1672 (90 - T) = 150 480 - 1672 T

3. 60 gramů vody o teplotě 90 ° C (měrná tepelná kapacita vody = 1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹ ) se smíchá se 40 gramy podobné vody o teplotě 25 ° C . Pokud neexistují žádné další faktory , které by tento proces ovlivňovaly, pak je konečná teplota směsi...
A. 15,4 oC
B. 23,0 oC
C. 46,0 oC
D. 64,0 oC
E. 77,0 oC
Diskuse
Je známo :
Hmotnost vody 1 (m1) = 60 gramů
Teplota vody 1 (T1) = 90oC
Hmotnost vody 2 (m2) = 40 gramů
Teplota vody 2 (T2) = 25oC
Měrné teplo voda (c) = 1 cal.g-1.oC-1
Zeptal se : suhu finální směs
Jawab :
Teplo uvolněné vodou s vysokou teplotou (Q uvolněné) = teplo absorbované vodou s nízkou teplotou (Q absorbované)
m1 c (ΔT) = m2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
T = 6400/100
T = 64 XNUMXoC
Správná odpověď je D.
4. Kus hliníku má hmotnost 500 gramů a teplotu 30 oC se vloží do nádoby obsahující vodu o hmotnosti 200 gramů a teplotě 90 oC. Pokud je známo, že měrná tepelná kapacita hliníku je 0,22 cal/g Co a měrná tepelná kapacita vody je 1 cal/g Co, pak je konečná teplota vody a hliníku...
A. 20,3 oC
B. 42,2 oC
C. 68,7 oC
D. 80,5 oC
E. 100 oC
Diskuse:
Jednotku hmotnosti, gramy (g), není nutné převádět na kilogramy (kg), protože měrná tepelná kapacita hliníku a měrná tepelná kapacita vody se vyjadřují v cal/g C.o.
Je známo :
m hliníku = 500 gramů
c hliníku = 0,22 cal/gCo
T hliníku = 30 oC
m vody = 200 gramů
c vody = 1 kcal/gCo
T vody = 90 oC
Zeptal se :
Konečná teplota (T) vody a hliníku?
Jawab :
Tepelný vzorec : Q = (m)(c)(ΔT)
Q vody = = (200 gramů)(1 kcal/gCo)(90 oC – T)
Q hliníku = (500 gramů)(0,22 cal/gCo)(T– 30 oC)
Blackův základní vzorec : uvolněné Q = absorbované Q
Voda má vyšší počáteční teplotu (90 oC), aby voda uvolňovala teplo, má hliník nižší počáteční teplotu (30 oC) aby hliník absorboval teplo. Konečná teplota směsi vody a hliníku musí být nižší než počáteční teplota vody a vyšší než počáteční teplota hliníku.
(200 gramů)(1 kcal/gCo)(90 oC – T) = (500 gramů)(0,22 kcal/g Co)(T– 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 T + 200 T
21300 = 310 T
T = 68,7 XNUMX oC
Konečná teplota směsi vody a hliníku je 68,7 °C. oC.
Správná odpověď je C.
5. Kus kovu o hmotnosti 300 gramů při teplotě 80 oC ponořené do 200 gramů vody o teplotě 40 oMěrná tepelná kapacita vody = 1 cal/g CoPokud je konečná teplota směsi kovu a vody 50 °Co C a nádoba neabsorbuje teplo, pak je měrná tepelná kapacita kovu…
A. 0,15 kcal/g Co
B. 0,22 kcal/g Co
C. 1,50 kcal/g Co
D. 4,8 kcal/g Co
E. 7,2 kcal/g Co
Diskuse:
Je známo :
m kovu = 300 gramů
T kov = 80 oC
m vody = 200 gramů
T vody = 40 oC
c vody = 1 kcal/g Co
T konečné směsi kovu a vody = 50 oC
Zeptal se :
c kov?
Jawab :
Q kov = (m)(c)(ΔT) = (300 gramů)(c kov)(80oC - 50oC) = (300 gramů)(c kov)(30 Co)
Q voda = (m)(c)(ΔT) = (200 gramů)(1 kcal/g Co)(60oC - 50oC) = (200 gramů)(1 kcal/g Co)(10 °Co)
Blackův základní vzorec : uvolněné Q = absorbované Q
Kov má vyšší počáteční teplotu (80 oC) aby kov uvolňoval teplo, má voda nižší počáteční teplotu (40 oC) aby voda absorbovala teplo.
(300 gramů)(c kov)(30 °Co) = (200 gramů)(1 kcal/g Co)(10 °Co)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 c = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 kcal/g Co
Měrná tepelná kapacita kovu je 0,22 cal/g C.o.
Správná odpověď je B.
6. Dvě stejné koule mají stejnou teplotu 40 oC, obě kuličky mají hmotnosti 10 gramů a 40 gramů. Obě kuličky jsou umístěny v kapalině tak, že teplota obou kuliček stoupne na 60oC. Pokud je měrná tepelná kapacita koule 2 kcal/gr Co a 1 kalorie = 4,2 Joulů, pak rozdíl v teple absorbovaném každou kuličkou je...
A. 5,04 x 103 joule
B. 7,50 x 103 joule
cca 10,6 x 103 joule
D. 40 x 103 joule
E. 42 x 103 joule
Diskuse:
Je známo :
m1 = 10 gramu
m2 = 40 gramu
T1 = T2 = 40 oC
T konec = 60 oC
c kulička = 2 kcal/g Co
Zeptal se :
Jaký je rozdíl v teple absorbovaném jednotlivými kuličkami?
Jawab :
Teplota obou kuliček se zvyšuje, protože obě kuličky musí absorbovat teplo.
Q1 = (10 g)(2 kcal/g Co)(60oC–40oC) = (10 g)(2 kcal/g Co)(20 °Co) = 400 cal = (400) (4,2 J) = 1680 joulů
Q2 = (40 g)(2 kcal/g Co)(60oC–40oC) = (40 g)(2 kcal/g Co)(20 °Co) = 1600 cal = (1600) (4,2 J) = 6720 joulů
Rozdíl v teple absorbovaném každou kuličkou:
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 103 J
Správná odpověď je A.
7. Voda o hmotnosti 200 gramů a teplotě 30 °C se smíchá s vroucí vodou o hmotnosti 100 gramů a teplotě 90 °C. (Měrná spotřeba vody = 1 kal.gram -1 °C -1 ). Teplota smíchané vody v okamžiku tepelné rovnováhy je….
A. 10 °C
B. 30 °C
50 °C
D. 75 °C
V. 150 °C
Diskuse
Je známo, že :
Hmotnost vody 1 (m 1 ) = 200 gramů
Teplota vody 1 (T 1 ) = 30 ° C
Hmotnost vody 2 (m 2 ) = 100 gramů
Teplota vody 2 (T 2 ) = 90 ° C
Měrné teplo vody (c) = 1 kal.gram −1 °C −1
Otázka : konečná teplota směsi
Odpověď :
Teplo uvolněné vodou s vysokou teplotou (Q uvolněné) = teplo absorbované vodou s nízkou teplotou (Q absorbované)

Správná odpověď je C.
8. 60 gramů vody o teplotě 90 ° C (měrná tepelná kapacita vody = 1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹ ) se smíchá se 40 gramy podobné vody o teplotě 25 ° C . Pokud neexistují žádné další faktory , které by tento proces ovlivňovaly, pak je konečná teplota směsi...
A. 15,4 ° C
B. 23,0 ° C
46,0 ° C
D. 64,0 ° C
E. 77,0 ° C
Diskuse
Je známo, že :
Hmotnost vody 1 (m 1 ) = 60 gramů
Teplota vody 1 (T 1 ) = 90 ° C
Hmotnost vody 2 (m 2 ) = 40 gramů
Teplota vody 2 (T 2 ) = 25 ° C
Měrná tepelná kapacita vody (c) = 1 cal· g⁻¹ · ° C⁻¹
Otázka : konečná teplota směsi
Odpověď :
Teplo uvolněné vodou s vysokou teplotou (Q uvolněné) = teplo absorbované vodou s nízkou teplotou (Q absorbované)

Správná odpověď je D.
9. Led o hmotnosti M gramů při teplotě 0 ° C je vložen do vody o hmotnosti 340 gramů při teplotě 20 ° C, která je umístěna ve speciální nádobě. Předpokládejme, že nádoba neabsorbuje/neuvolňuje teplo. Pokud L ledu = 80 cal g -1 , c vody = 1 cal g -1 ° C -1 , veškerý led roztaje a tepelná rovnováha je dosažena při teplotě 5 ° C, pak hmotnost ledu (M) je...
A. 60 gramů
B. 68 gramů
C. 75 gramů
D. 80 gramů
E. 170 gramů
Diskuse
Je známo, že :
Hmotnost vody (m) = 340 gramů
Teplota ledu (T es ) = 0 ° C
Teplota vody (T vody ) = 20 ° C
Teplota tepelné rovnováhy (T) = 5 ° C
Teplo tání ledu (L ledu ) = 80 cal g⁻¹
Měrné teplo vody (c vody ) = 1 cal g⁻¹ ° C⁻¹
Otázka : Hmotnost ledu (M)
Odpověď :
Blackův princip říká, že v izolovaném uzavřeném systému je teplo uvolněné objektem s vysokou teplotou stejné jako teplo absorbované objektem s nízkou teplotou.
Teplo uvolněné vodou (Q uvolněné) = teplo absorbované ledem (Q absorbované)

Správná odpověď je A.
Catatan:
Pokud je uvedeno, že led má teplotu 0 °C, pak je voda stále v pevném skupenství. Pokud je uvedeno, že voda má teplotu 0 ° C, pak je voda v kapalném skupenství. Rozlišujte použití slov led a voda. Protože je voda stále v pevném skupenství neboli ledu, absorbované teplo se nejprve použije k roztavení veškerého ledu na vodu, proto je na pravé straně výše uvedené rovnice přidán vzorec pro výpočet množství tepla potřebného k roztavení ledu (m es L es ) . Poté, co se veškerý led roztaví na vodu, se další teplo použije ke zvýšení teploty ledu z 0 ° C na 5 ° C.
10. Kovová měď o teplotě 100 ° C je vložena do vody o hmotnosti 128 gramů a teplotě 30 ° C . Měrná tepelná kapacita vody je 1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹ a měrná tepelná kapacita mědi je 0,1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹ . Pokud tepelná rovnováha nastane při teplotě 36 ° C, pak hmotnost kovu je…
A. 140 gramů
B. 120 gramů
C. 100 gramů
D. 80 gramů
E. 75 gramů
Diskuse
Je známo, že:
Teplota mědi (T1 ) = 100 ° C
Měrná tepelná kapacita mědi (c1 ) = 0,1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹
Hmotnost vody (m² ) = 128 gramů
Teplota vody (T2 ) = 30 ° C
Měrná tepelná kapacita vody (c² ) = 1 cal· g⁻¹ ° C⁻¹
Teplota tepelné rovnováhy (T) = 36 ° C
Otázka: Hmotnost mědi ( m1 )
Odpověď:
Blackův princip říká, že teplo uvolněné objektem s vysokou teplotou = teplo přijaté objektem s nízkou teplotou.

Správná odpověď je B.
11. Tři kilogramy černé olověné tyče s měrnou tepelnou výhřevností 1400 J.kg -1 C -1 o teplotě 80 ° C se ponoří do 10 kg vody s měrnou tepelnou výhřevností 4200 J.kg -1 C -1 . Po dosažení tepelné rovnováhy je konečná teplota směsi 20 ° C. Počáteční teplota vody je….
A. 20 ° C
B. 18 ° C
14 ° C
D. 12 ° C
E. 10 ° C
Diskuse
Je známo, že:
Hmotnost olova (m1 ) = 3 kg
Měrná tepelná kapacita cínu (c1 ) = 1400 J.kg⁻¹ C⁻¹
Teplota cínu (T1 ) = 80 ° C
Hmotnost vody (m² ) = 10 kg
Měrné teplo vody (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ C⁻¹
Teplota tepelné rovnováhy (T) = 20 ° C
Požadovaná: Počáteční teplota vody ( T2 )
Odpověď:

Správná odpověď je C.
12. Mince o hmotnosti 50 gramů se zahřeje na teplotu 85 ° C a poté se ponoří do nádoby obsahující 50 gramů vody o teplotě 29,8 ° C (měrná tepelná kapacita vody = 1 cal.g -1 . ° C -1 ). Pokud je konečná teplota systému 37 ° C a předpokládáme, že v nádobě nedochází ke změně tepla, pak je měrná tepelná kapacita kovu...
A. 0,12 kal.g⁻¹ . o C⁻¹
B. 0,30 kal.g⁻¹ . o C⁻¹
C. 1,50 kal.g⁻¹ . ° C⁻¹
D. 4,8 kal.g⁻¹ . ° C⁻¹
E. 7,2 kcal / g⁻¹ ° C
Diskuse
Je známo, že:
Hmotnost mince (m) = 50 gramů
Počáteční teplota mince (T1 ) = 85 ° C
Hmotnost vody (m) = 50 gramů
Počáteční teplota vody (T2 ) = 29,8 ° C
Měrná tepelná kapacita vody = 1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹
Konečná teplota systému (T) = 37 ° C
Otázka: Měrná tepelná kapacita kovu (c)
Odpověď:
Blackův princip říká, že uvolněné teplo = teplo absorbované. Teplo je uvolňováno mincí a teplo absorbováno vodou, dokud není dosaženo tepelné rovnováhy.
Všechny jednotky jsou vyjádřeny v gramech, takže není třeba jednotky převádět.
uvolněný Q = absorbovaný Q
m kov c ΔT = m voda c ΔT
(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(c)(48) = 7,2
c = 7,2 / 48
c = 0,15 kal.g⁻¹ . ° C⁻¹
13. Kovová měď o teplotě 100 ° C je vložena do vody o hmotnosti 128 gramů a teplotě 30 ° C . Měrná tepelná spotřeba vody je 1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹ a měrná tepelná spotřeba mědi je 0,1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹ . Pokud tepelná rovnováha nastane při teplotě 36 ° C, pak hmotnost kovu je….
A. 140 gramů
B. 120 gramů
C. 100 gramů
D. 80 gramů
E. 75 gramů
Diskuse
Je známo, že:
Teplota mědi (T1) = 100 oC
Měrná tepelná kapacita mědi (c1) = 0,1 kcal/g-1 oC-1
Hmotnost vody (m2) = 128 gramů
Teplota vody (T2) = 30 oC
Měrné teplo vody (c2) = 1 kcal/g-1 oC-1
Teplota tepelné rovnováhy (T) = 36 oC
Otázka: Hmotnost mědi (m1)
Odpověď:
Blackův princip říká, že teplo uvolněné objektem s vysokou teplotou = teplo přijaté objektem s nízkou teplotou.
Q mědi = Q vody
m1 c1 ΔT = m2 c2 ∆T
(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
Hmotnost mědi je 120 gramů.
Správná odpověď je B.
14. Tři kilogramy černé olověné tyče s měrnou tepelnou výhřevností 1400 J.kg -1 C -1 o teplotě 80 ° C se ponoří do 10 kg vody s měrnou tepelnou výhřevností 4200 J.kg -1 C -1 . Po dosažení tepelné rovnováhy je konečná teplota směsi 20 ° C. Počáteční teplota vody je….
A. 20 oC
B. 18 oC
C. 14 oC
D. 12 oC
E. 10 oC
Diskuse
Je známo, že:
Hmotnost olova (m1) = 3 kg
Měrná tepelná kapacita cínu (c1) = 1400 J.kg-1 C-1
Teplota cínu (T1) = 80 oC
Hmotnost vody (m2) = 10 kg
Měrné teplo vody (c2) = 4200 J.kg-1 C-1
Teplota tepelné rovnováhy (T) = 20 oC
Požadovaná: Počáteční teplota vody (T2)
Odpověď:
Q uvolněno = Q přijato
Q cínu = Q vody
m1 c1 ΔT = m2 c2 ∆T
(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 T = 588 000
T = 588.000/42.000
T = 14 XNUMX
Počáteční teplota vody je 14oC.
Správná odpověď je C.
15. Led o hmotnosti M gramů při teplotě 0 ° C je vložen do vody o hmotnosti 340 gramů při teplotě 20 ° C, která je umístěna ve speciální nádobě. Předpokládejme, že nádoba neabsorbuje/neuvolňuje teplo. Pokud L ledu = 80 cal g -1 , c vody = 1 cal g -1 ° C -1 , veškerý led roztaje a tepelná rovnováha je dosažena při teplotě 5 ° C, pak hmotnost ledu (M) je...
A. 60 gramů
B. 68 gramů
C. 75 gramů
D. 80 gramů
E. 170 gramů
Diskuse
Je známo :
Hmotnost vody (m) = 340 gramů
Teplota ledu (Tes) = 0oC
Suchý voda (Tvzduch) = 20oC
Teplota tepelné rovnováhy (T) = 5oC
Teplo tání ledu (Les) = 80 kcal g-1
Měrné teplo vody (cvzduch) = 1 kcal g-1 oC-1
Zeptal se Hmotnost ledu (M)
Jawab :
Černý princip uvádí, že v izolovaném uzavřeném systému je teplo uvolněné objektem s vysokou teplotou stejné jako teplo absorbované objektem s nízkou teplotou.
Teplo uvolněné vodou (Q uvolněné) = teplo absorbované ledem (Q absorbované)
mvzduch cvzduch (T) = mes Les +mes cvzduch (T)
(340)(1)(20-5) = M(80) + M(1)(5-0)
(340)(15) = 80 milionů + 5 milionů
5100 = 85 milionů
M = 5100/85
M = 60 gramů
Správná odpověď je A.
Catatan:
Pokud se uvede, že led má teplotu 0o pak je voda stále v pevném skupenství. Pokud se uvede, že teplota vody je 0oC pak je voda v kapalném skupenství. Rozlišujte použití slov led a voda. Protože je voda stále v pevném nebo ledovém skupenství, teplo absorbované jako první se použije k roztavení veškerého ledu na vodu, proto je na pravé straně výše uvedené rovnice přidán vzorec pro výpočet množství tepla potřebného k roztavení ledu (mes Les). Poté, co se veškerý led roztaví na vodu, se použije další teplo ke zvýšení teploty ledu z 0oC se stane 5oC.
Zdroj otázky:
Otázky z fyziky k celostátní zkoušce pro středoškolské/odborné gymnázium