Beispielaufgaben und Formeln zu Wärmezustandsänderungen, Wärmeübertragung und dem Black'schen Prinzip
Schmelzwärme
1. Die Schmelzwärme von Wasser beträgt 80 cal/g. Das bedeutet….
A. Es werden 80 Kalorien benötigt, um die Temperatur von 1 Gramm Wasser um 1 Grad zu erhöhen.
B. Es werden 80 Kalorien benötigt, um 1 Gramm Wasser vollständig in Dampf umzuwandeln.
C. Es werden 80 Kalorien benötigt, um die Temperatur von 1 Gramm Wasser aufrechtzuerhalten.
D. Es werden 80 Kalorien benötigt, um 1 Gramm Eis vollständig in Wasser umzuwandeln.
Diskussion
Die richtige Antwort ist D.
Formänderung
2.
Schauen Sie sich die Grafik mit den Ergebnissen des folgenden Experiments an!
2 kg Wasser mit einer Temperatur von 60 ° C verdampfen. Die Wärmekapazität von Wasserdampf beträgt 2,27 × 10⁶ J /kg, die spezifische Wärmekapazität von Wasser 4200 J/(kg ° C) und der Luftdruck 76 cmHg. Die für den BC-Prozess benötigte Wärmemenge beträgt dann …
A. 336 Kilojoule
B. 4540 Kilojoule
C. 4876 Kilojoule
D. 5212 Kilojoule
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Masse des Wassers (m) = 2 kg
Wassertemperatur (T) = 60oC
Wärme des Wasserdampfs (LV) = 2,27 x 106 J / kg
Spezifische Wärmekapazität von Wasser (c) = 4200 J/(kg oC)
Luftdruck (P) = 76 cmHg
Frage: Welche Wärmemenge wird für den BC-Prozess benötigt?
Antwort:
Prozess AB = Wasser wird von einer Temperatur von 60 °C erhitztoC bis 100oC. Bei diesem Prozess wird Wärme genutzt, um die Temperatur des Wassers zu erhöhen. Die Wärmemenge wird mit der Formel Q = mc ΔT berechnet.
Prozess BC = Wasser wird verdampft. Dabei wird keine Wärme zur Temperaturerhöhung, sondern zur Verdampfung des Wassers verwendet. Die Wärmemenge berechnet sich nach der Formel: Q = m LV
Prozess C – Dampf wird erhitzt. Dabei wird Wärme zugeführt, um die Temperatur des Dampfes zu erhöhen. Die Wärmemenge wird mit der Formel Q = mc ΔT berechnet.
Ändert sich also die Wassertemperatur, so gilt die Wärmeformel Q = mc ΔT; ändert sich hingegen der Aggregatzustand des Wassers, so gilt die Wärmeformel Q = m L.V.
Für den BC-Prozess benötigte Wärme:
Q = m LV
Q = (2 kg)(2,27 x 106 J/kg)
Q = 4,54 x 106 joule
Q = 4.540.000 Joule
Q = 4.540 Kilojoule
Die richtige Antwort ist B.
3. Folgende Gruppen von Zustandsänderungen setzen Wärme frei:
A. Gefrieren, Kondensieren, Sublimieren
B. Schmelzen, Verdampfen, Kristallisieren
C. Schmelzen, Verdampfen, Kondensieren
D. Gefrieren, Verdampfen, Sublimieren
Diskussion
Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Zustandsänderungen, nämlich Zustandsänderungen, die Wärme absorbieren, und Zustandsänderungen, die Wärme freisetzen.
Bei einer Aggregatzustandsänderung, die Wärme aufnimmt, nimmt ein Objekt Wärme auf, bis seine Wärmekapazität zunimmt; erst dann ändert sich sein Aggregatzustand. Bei einer Aggregatzustandsänderung, die Wärme abgibt, gibt ein Objekt Wärme ab, bis seine Wärmekapazität abnimmt; erst dann ändert sich sein Aggregatzustand.
Wenn ein Objekt Wärme aufnimmt, ändert sich sein Aggregatzustand von fest über flüssig zu gasförmig.
Wenn ein Objekt Wärme abgibt, ändert sich sein Aggregatzustand von gasförmig über flüssig zu fest.
Beachten Sie die Antwort auf die obige Frage.
Gefrieren = der Aggregatzustand eines Objekts ändert sich von flüssig zu fest (wobei Wärme freigesetzt wird).
Kondensation = der Übergang eines Objekts vom gasförmigen in den flüssigen Zustand (unter Freisetzung von Wärme).
Sublimation = der Aggregatzustandswechsel eines Objekts von gasförmig zu fest (unter Freisetzung von Wärme).
Schmelzen = der Aggregatzustand eines Objekts ändert sich von fest zu flüssig (nimmt Wärme auf).
Verdunstung = der Aggregatzustand eines Objekts ändert sich von flüssig zu gasförmig (nimmt Wärme auf)
Kristallisation = der Aggregatzustand eines Objekts ändert sich von fest zu gasförmig (nimmt Wärme auf)
Die richtige Antwort ist A.
Wärmeübertragung
4. Ein Glasfenster hat eine Dicke von 8 mm und eine Fläche von 1 m².2Wenn die Außentemperatur 30 beträgtoC und in 20oC und die Wärmeleitfähigkeit von Glas beträgt 0,8 W/m².oC, dann beträgt die Energiemenge, die in 1 Stunde durch das Glas fließt, … Megajoule.
Ein 360
B. 36
C. 6
D. 3,6
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Glasdicke (l) = 8 mm = 8 / 1000 = 0,008 m
Glasfläche (A) = 1 m²2
Temperaturdifferenz (ΔT) = 30oC–20oC = 10oC
Wärmeleitfähigkeit von Glas (k) = 0,8 W/moC
Zeitintervall (t) = 1 Stunde = 60 (60 Sekunden) = 3600 Sekunden
Frage: Welche Energiemenge durchdringt das Glas in einer Stunde?
Antwort:
Die Formel für die Wärmeübertragungsrate durch Wärmeleitung:
Die Energiemenge, die in 1 Stunde durch das Glas dringt:
Die richtige Antwort ist D.
5. Ein Metallstab ist 1 m lang. Ein Ende wird auf eine konstante Temperatur von 150 °C erhitzt.oC, während das andere Ende auf Raumtemperatur gehalten wird, nämlich 30oC. Die Temperatur des Teils des Stabes, der 30 cm vom erhitzten Ende entfernt ist, beträgt….
Ein 36oC
B. 84oC
C. 114oC
D. 125oC
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Länge des Metallstabs (l) = 1 Meter
Temperaturdifferenz (ΔT) = 150oC–30oC = 120oC
Frage: Die Temperatur des Teils des Stabes, der 30 cm vom erhitzten Ende entfernt ist.
Antwort:
Berechnen Sie die Wärmeleitungsrate:
Berechnen Sie die Temperatur des Teils des Stabes, der 30 cm vom erhitzten Ende entfernt ist:
Länge des Metallstabs (l) = 30 cm = 0,3 Meter
Temperaturdifferenz (ΔT) = 150–T
Die richtige Antwort ist C.
Fragequelle:
SBMPTN Physikfragen
