Gwres a newid cyfnod – problemau ac atebion

Gwres a newid cyfnod – problemau ac atebion

1. Yn seiliedig ar y graff, beth yw'r gwres sy'n cael ei amsugno gan ddŵr 5 kg yn ystod y broses CD? Gwres penodol dŵr = 4,200 J/kg ^o C.

Adnabyddus:

Màs (m) = 5 kg

Gwres penodol dŵr (c) = 4200 J/kg ^o C

Tymheredd cychwynnol (T1 ₎ = 0 ^° C

Tymheredd terfynol (T2 ₎ = 10 ^° C

Y newid mewn tymheredd (ΔT) = 10 ^o C – 0 ^o C = 10 ^o C

Eisiau: Gwres (Q)

Datrysiad:

Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ^o C)(10 ^o C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210,000 Joule

2. Beth yw'r gwres sy'n cael ei amsugno gan 20 gram o iâ yn ystod y broses AC, os yw gwres penodol iâ yn 2100 J/kg ^o C a gwres uno iâ yn 336,000 J/kg.

Adnabyddus:

Màs yr iâ (m) = 200 gram = 200/1000 cilogram = 0.2 cilogram

Gwres penodol (c) = 2100 J/kg ^o C

Gwres asio ar gyfer iâ (L _F ) = 336,000 J/kg

Eisiau: Gwres yn cael ei amsugno gan iâ yn ystod y broses AC

Datrysiad:

Yn ystod proses AB, mae gwres yn cael ei amsugno gan iâ i newid ei dymheredd o -10 ^oC i 0 ^oC.

Q = mc ΔT

Q = gwres, m = màs yr iâ, c = gwres penodol yr iâ, ΔT = y newid mewn tymheredd

Q ₁ = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 Joule

Yn ystod y broses BC, mae gwres yn cael ei amsugno i doddi'r holl iâ yn ddŵr. Yn y broses hon dim ond newid mewn cyfnod y mae'n ei wneud ac nid oes unrhyw newid mewn tymheredd. Mae tymheredd yr iâ a'r dŵr yn aros yn 0 ^o C.

Gwres a amsugnwyd yn ystod y broses BC:

Q2 = m L _F = (0.2 kg)(336,000 J/kg) = 67,200 _Joule

Gwres a amsugnir yn ystod y broses AC:

Q = _Q1 + Q2 ₌ 4200 Joule + 67,200 Joule = 71,400 Joule

3. Mae dŵr 2 kg yn cael ei gynhesu, ac mae gwres anweddu dŵr = 2.27 x 10⁶ ^J /kg, gwres penodol dŵr = 4,200 J/kg ^o C a phwysedd atmosfferig yn 1 atm, beth yw'r gwres sy'n cael ei amsugno gan ddŵr yn ystod y broses BC?

Adnabyddus:

Màs (m) = 2 kg

Gwres anweddu dŵr (L _V ) = 2.27 x 10 ⁶ J/kg

Gwres penodol ar gyfer dŵr (c) = 4,200 J/kg ^o C

Eisiau: Gwres a amsugnwyd yn ystod y broses BC.

Datrysiad:

Ym mhroses AB, mae gwres yn cael ei amsugno i gynyddu tymheredd dŵr o 60 ^oC i 100 ^oC.

Q = m L _V = (2 kg)(2.27 x 10 ⁶ J/kg) = 4.54 x 10 ⁶ Joule = 4540 x 10 ³ Joule = 4540 kilo Joule

4. Yn seiliedig ar y ffigur isod, os yw màs yr iâ yn 500 gram, mae gwres penodol yn 2100 J/kg ^o C a gwres cudd asio'r iâ yn 336,000 J/kg. Pennwch y gwres sydd ei angen yn y broses P–Q–R.

Adnabyddus:

Màs yr iâ (m) = 500 gram = 500/1000 kg = 0.5 kg

Gwres penodol ar gyfer iâ (c) = 2100 J/kg ^o C

Gwres cudd asio (L _F ) = 336,000 J/kg

Eisiau: Gwres

Datrysiad:

Proses PQ = gwres sy'n cael ei amsugno i godi tymheredd yr iâ o -4 ^° C i 0 ^° C

Proses QR = gwres sy'n cael ei amsugno gan iâ i doddi'r holl iâ yn ddŵr

Gwres a amsugnwyd yn ystod y broses PQ a gyfrifwyd gan ddefnyddio'r hafaliad:

Q = mc ΔT

Q = gwres, m = màs, c = gwres penodol yr iâ, ΔT = y newid mewn tymheredd

Iâ wedi'i amsugno â gwres yn ystod y broses PQ wedi'i gyfrifo gan ddefnyddio'r hafaliad hwn:

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(0 ^o C-(-4 ^o C))

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(0 ^o C + 4 ^o C)

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(4 ^o C)

Q = (0.5)(2100 J)(4)

Q = 4200 Joule

Gwres a amsugnwyd yn ystod y broses QR a gyfrifwyd gan ddefnyddio'r hafaliad hwn:

Q = m L _F

Q = (0.5 kg)(336,000 J/kg)

Q = (0.5)(336,000 J)

Q = 168,000 Joule

Cyfanswm gwres:

Q = 4200 Joule + 168,000 Joule

Q = 172,200 Joule

Q = 172.2 kilo Joule

Q = 172.2 kJ

5. Iâ gyda màs o 50 gram wedi'i gynhesu o -5 ^o C i ddŵr ar 60 ^o C. Os yw gwres uno iâ yn 80 cal/gram, gwres penodol iâ yw 0.5 cal/gram ^o C, gwres penodol dŵr yw 1 cal/gram ^o C, pennwch y gwres sydd ei angen yn y broses CD.

Adnabyddus:

Màs yr iâ = màs y dŵr (m) = 50 gram

Gwres cudd asio ar gyfer iâ (L _F ) = 80 cal/gram

Gwres penodol ar gyfer iâ (c iâ) = 0.5 cal/gram ^o C

Gwres penodol ar gyfer dŵr (c dŵr) = 1 cal/gram ^o C

Eisiau: Gwres sydd ei angen yn y broses CD

Datrysiad:

Ym mhroses A i B, defnyddir gwres i godi tymheredd yr iâ o -5 ^o C i 0 ^o C. Cyfrifir gwres gan ddefnyddio'r hafaliad hwn: Q = mc ΔT, lle mae Q = gwres, m = màs yr iâ, c = gwres penodol ar gyfer yr iâ, ΔT = y newid mewn tymheredd o -5 ^o C i 0 ^o C.

Ym mhroses B i C, defnyddir gwres i doddi'r holl iâ i ddŵr. Yn y broses hon, nid yw'r tymheredd yn newid. Cyfrifir gwres gan ddefnyddio'r hafaliad hwn: Q = m L _F , lle mae Q = gwres, m = màs yr iâ, L _F = gwres cudd uno'r iâ.

Ym mhroses C i D, defnyddir gwres i godi tymheredd dŵr o 0 ^o C i 60 ^o C. Cyfrifir gwres gan ddefnyddio'r hafaliad hwn: Q = mc ΔT, lle mae Q = gwres, m = màs y dŵr, c = gwres penodol y dŵr, ΔT = y newid mewn tymheredd o 0 ^o C i 60 ^o C.

Y gwres sydd ei angen o broses C i D:

Q = mc ΔT = (50 gram)(1 cal/gram ^o C)(60 ^o C-0 ^o C) = (50)(1)(60) cal = 3000 cal

6. Os yw màs yr iâ yn 1 kg, mae gwres penodol yr iâ yn 2100 J/kg ^o C, mae gwres cudd y cyfuniad ar gyfer iâ yn 336,000 J/kg a mae gwres penodol dŵr yn 4200 J/kg ^o C, yna pennwch y gwres sydd ei angen yn y broses PQR.

Adnabyddus:

Màs yr iâ = 1 kg

Gwres cudd asio iâ (L _F ) = 336,000 J/kg

Gwres penodol iâ (c iâ) = 2,100 J/kg ^o C

Gwres penodol dŵr (c dŵr) = 4,200 J/kg ^o C

Eisiau: Gwres sydd ei angen yn y broses PQR

Datrysiad:

Yn y broses P i Q, defnyddir gwres i godi tymheredd yr iâ o -5 ^o C i 0 ^o C. Cyfrifir gwres gan ddefnyddio'r hafaliad hwn: Q = mc ΔT, lle mae Q = gwres , m = màs yr iâ , c = gwres penodol yr iâ, ΔT = y newid mewn tymheredd o -5 ^o C i 0 ^o C.

Gwres sydd ei angen ym mhroses P i Q:

Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 Joule

Yn y broses Q i R, y gwres sydd ei angen i doddi'r holl iâ yn ddŵr. Yn y broses hon, nid yw'r tymheredd wedi newid. Cyfrifir y gwres gan ddefnyddio'r hafaliad hwn: Q = m L _F , lle mae Q = gwres , m = màs yr iâ , L _F = gwres cudd uno'r iâ.

Gwres sydd ei angen yn y broses Q i R:

Q = m L _F = (1)(336,000) = 336,000 Joule

Cyfanswm gwres:

10,500 + 336,000 = 346,500 Joule

1. Beth yw gwres cudd?
   • AtebGwres cudd yw'r ynni gwres sydd ei angen i newid cyfnod sylwedd heb newid ei dymheredd. Mae'n cynrychioli'r ynni sydd ei angen i dorri neu ffurfio bondiau rhyngfoleciwlaidd yn ystod newidiadau cyfnod.
2. Pam mae'r tymheredd yn aros yn gyson yn ystod newid cyfnod?
   • AtebYn ystod newid cyfnod, defnyddir yr holl egni gwres a ddarperir neu a dynnir i newid cyfnod y sylwedd. Defnyddir yr egni hwn i dorri neu ffurfio bondiau rhyngfoleciwlaidd, nid i gynyddu egni cinetig na thymheredd y sylwedd.
3. Beth yw'r gwahaniaeth rhwng gwres cudd asio a gwres cudd anweddu?
   • AtebMae gwres cudd uno yn cyfeirio at yr egni gwres sydd ei angen i newid sylwedd o solid i hylif (neu i'r gwrthwyneb) ar ei bwynt toddi. Mae gwres cudd anweddu yn cyfeirio at yr egni gwres sydd ei angen i newid sylwedd o hylif i nwy (neu i'r gwrthwyneb) ar ei bwynt berwi.
4. Pam rydyn ni'n teimlo'n oer pan rydyn ni'n dod allan o bwll nofio ar ddiwrnod gwyntog, hyd yn oed os yw tymheredd yr aer yn gynnes?
   • AtebWrth i ddŵr anweddu o'n croen, mae'n newid cyfnod o hylif i anwedd. Mae'r broses hon yn gofyn am egni, sy'n cael ei gymryd o'n croen ar ffurf gwres, gan achosi i'n croen deimlo'n oerach.
5. Pam mae stêm ar 100°C yn fwy peryglus na dŵr berwedig ar 100°C?
   • AtebMae stêm yn cynnwys mwy o egni na dŵr berwedig oherwydd ei fod wedi amsugno gwres cudd anweddu yn ystod y newid cyfnod o ddŵr i stêm. Pan fydd stêm yn cyddwyso ar y croen, mae'n rhyddhau'r egni ychwanegol hwn, gan achosi llosgiadau mwy difrifol na dŵr berwedig.
6. Sut mae ychwanegu halen at iâ yn gostwng ei bwynt toddi?
   • AtebMae ychwanegu halen yn tarfu ar y cydbwysedd rhwng toddi a rhewi'r cymysgedd iâ-dŵr. Mae hyn yn achosi i fwy o iâ doddi ar dymheredd is nag arfer, gan ostwng pwynt rhewi'r cymysgedd yn effeithiol.
7. Pam mae chwysu'n helpu i oeri'r corff ar ddiwrnod poeth?
   • AtebPan fydd chwys yn anweddu o'r croen, mae'n newid cyfnod o hylif i nwy. Mae'r broses anweddu hon yn gofyn am egni, sy'n cael ei gymryd o'r croen, gan ei oeri felly.
8. Beth yw sublimiad yng nghyd-destun newidiadau cyfnod?
   • AtebSublimiad yw'r newid cyfnod uniongyrchol o solid i nwy heb fynd trwy'r cyfnod hylif. Enghraifft gyffredin yw iâ sych (carbon deuocsid solet) yn trawsnewid yn uniongyrchol i nwy carbon deuocsid.
9. Pam mae angen egni gwres i doddi iâ er bod y tymheredd yn aros ar 0°C?
   • AtebDefnyddir yr egni gwres i dorri'r bondiau rhyngfoleciwlaidd sy'n dal yr iâ yn ei strwythur solet. Unwaith y bydd y bondiau hyn wedi torri, mae'r iâ yn newid i'r cyfnod hylif, er nad oes unrhyw newid yn y tymheredd.
10. Sut mae pwysau'n effeithio ar berwbwynt hylif?

• AtebYn gyffredinol, mae cynyddu'r pwysau allanol yn codi pwynt berwi hylif, tra bod lleihau'r pwysau yn gostwng y pwynt berwi. Dyma pam mae dŵr yn berwi ar dymheredd is na 100°C mewn uchderau uchel, lle mae'r pwysau atmosfferig yn is.