Varmo kaj ŝanĝo de fazo - problemoj kaj solvoj
1. Surbaze de la grafikaĵo, kia estas la varmo absorbita de 5 kg da akvo dum la KD-procezo? Specifa varmo de akvo = 4 200 J/kg ° C.
Konata:
Maso (m) = 5 kg
Specifa varmo de akvo (c) = 4200 J/kg ° C
Komenca temperaturo (T1 ) = 0 ° C
Fina temperaturo (T² ) = 10 ° C
La ŝanĝo de temperaturo (ΔT) = 10 ° C – 0 ° C = 10 ° C
Dezirata: Varmeco (Q)
Solvo:
Q = mc² ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ° C)(10 ° C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210 000 Ĵuloj
2. Kio estas la varmo sorbita de 20 gramoj da glacio dum la AC-procezo, se la specifa varmo de glacio estas 2100 J/kg ° C kaj la fuziovarmo por glacio estas 336 000 J/kg?
Konata:
Maso de glacio (m) = 200 gramoj = 200/1000 kilogramoj = 0.2 kilogramoj
Specifa varmo (c) = 2100 J/kg ° C
Fuziovarmo por glacio (L F ) = 336 000 J/kg
Dezirata: Varmo absorbita de glacio dum AC-procezo
Solvo:
Dum la procezo AB, varmo estas absorbita de glacio por ŝanĝi ĝian temperaturon de -10 ° C al 0 ° C.
Q = mc² ΔT
Q = varmo, m = maso de glacio, c = specifa varmo de glacio, ΔT = la ŝanĝo de temperaturo
Q 1 = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 Ĵuloj
Dum la BC-procezo, varmo estas absorbita por fandi la tutan glacion en akvon. En ĉi tiu procezo nur ŝanĝiĝas la fazo kaj ne estas ŝanĝo en temperaturo. La glacio kaj akvotemperaturo restas 0 ° C.
Varmo absorbita dum la procezo BC:
Q² = m L F = (0.2 kg)(336 000 J/kg) = 67 200 Ĵuloj
Varmo absorbita dum AC-procezo:
Q = Q₁ + Q₂ = 4200 Ĵuloj + 67,200 Ĵuloj = 71,400 Ĵuloj
3. 2-kg da akvo estas varmigita, kaj la vaporiĝa varmo por akvo = 2.27 × 10⁶ J /kg, specifa varmo por akvo = 4,200 J/kg ° C kaj atmosfera premo estas 1 atmosfero, kio estas la varmo absorbita de akvo dum la procezo BC?
Konata:
Maso (m) = 2 kg
Vaporiĝa varmo por akvo (L V ) = 2.27 × 10⁶ J/kg
Specifa varmo por akvo (c) = 4,200 J/kg ° C
Dezirata: Varmo absorbita dum la procezo BC.
Solvo:
En la procezo AB, varmo estas absorbita por pliigi la temperaturon de akvo de 60 ° C ĝis 100 ° C.
Q = m L V = (2 kg)(2.27 x 10⁶ J /kg) = 4.54 x 10⁶ Ĵuloj = 4540 x 10⁶ Ĵuloj = 4540 kilo Ĵuloj
4. Surbaze de la suba figuro, se la maso de glacio estas 500 gramoj, la specifa varmo estas 2100 J/kg ° C kaj latenta varmo de fuzio de glacio estas 336 000 J/kg. Determinu la varmon bezonatan en la procezo P–Q–R.
Konata:
Maso de glacio (m) = 500 gramoj = 500/1000 kg = 0.5 kg
Specifa varmo por glacio (c) = 2100 J/kg ° C
Latenta fuziovarmo (L F ) = 336 000 J/kg
Bezonata: Varmeco
Solvo:
Proceza PQ = varmo absorbita por levi la glacitemperaturon de -4 ° C ĝis 0 ° C
Proceza QR = varmo absorbita de glacio por fandi la tutan glacion en akvon
Varmo absorbita dum la procezo PQ kalkulita per ekvacio:
Q = mc² ΔT
Q = varmo, m = maso, c = specifa varmo de glacio, ΔT = la ŝanĝo de temperaturo
Varmo absorbita de glacio dum la procezo PQ kalkulita per ĉi tiu ekvacio:
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 Ĵuloj
Varmo absorbita dum la procezo QR kalkulita per ĉi tiu ekvacio:
Q = m L F
Q = (0.5 kg)(336 000 J/kg)
Q = (0.5)(336 000 J)
Q = 168,000 Ĵuloj
Totala varmo:
Q = 4200 Ĵuloj + 168 000 Ĵuloj
Q = 172,200 Ĵuloj
Q = 172.2 kiloĵuloj
Q = 172.2 kJ
5. Glacio kun maso de 50 gramoj varmigita de -5 ° C en akvon je 60 ° C. Se la fuziovarmo por glacio estas 80 kal/gramo, la specifa varmo por glacio estas 0.5 kal/gramo ° C, la specifa varmo por akvo estas 1 kal/gramo ° C, determinu la varmon bezonatan en la procezo KD.
Konata:
Maso de glacio = maso de akvo (m²) = 50 gramoj 
Latenta fuziovarmo por glacio (L F ) = 80 kalorioj/gramo
Specifa varmo por glacio (c glacio) = 0.5 kal/gramo ° C
Specifa varmo por akvo (c akvo) = 1 kal/gramo ° C
Bezonata: Varmo bezonata en la procezo KD
Solvo:
En la procezoj A ĝis B, varmo estas uzata por levi la temperaturon de glacio de -5 ° C ĝis 0 ° C. Varmo estas kalkulata per ĉi tiu ekvacio: Q = mc₂ ΔT, kie Q = varmo, m = maso de glacio, c = specifa varmo por glacio, ΔT = la ŝanĝo de temperaturo de -5 ° C ĝis 0 ° C.
En la procezoj B ĝis C, varmo estas uzata por fandi la tutan glacion al akvo. En ĉi tiu procezo, la temperaturo ne ŝanĝiĝas. Varmo kalkulita per ĉi tiu ekvacio: Q = m L F , kie Q = varmo, m = maso de glacio, L F = latenta varmo de fuzio de glacio.
En la procezo C ĝis D, varmo estas uzata por levi la temperaturon de akvo de 0 ° C ĝis 60 ° C. Varmo estas kalkulata per ĉi tiu ekvacio: Q = mc₂ ΔT, kie Q = varmo, m = maso de akvo, c = specifa varmo de akvo, ΔT = la ŝanĝo de temperaturo de 0 ° C ĝis 60 ° C.
La varmo bezonata de procezo C ĝis D:
Q = mc ΔT = (50 gramoj)(1 kal/gramo o C)(60 o C-0 o C) = (50)(1)(60) kal = 3000 kal
6. Se la maso de glacio estas 1 kg, la specifa varmo de glacio estas 2100 J/kg ° C, latenta fuziovarmo por glacio estas 336 000 J/kg kaj la specifa varmo de akvo estas 4200 J/kg ° C, tiam determinu la varmon bezonatan en la procezo PQR.
Konata:
Maso de glacio = 1 kg
Latenta varmo de fuzio de glacio (L F ) = 336 000 J/kg
Specifa varmo de glacio (c glacio) = 2,100 J/kg ° C
Specifa varmo de akvo (c akvo) = 4,200 J/kg o C
Dezirata: Varmo bezonata en procezo PQR
Solvo:
En la procezo P ĝis Q, varmo estas uzata por altigi la temperaturon de glacio de -5 ° C ĝis 0 ° C. Varmo estas kalkulata per ĉi tiu ekvacio: Q = mc⁻¹ ΔT, kie Q = varmo , m = maso de glacio , c = specifa varmo de glacio, ΔT = la ŝanĝo de temperaturo de -5 ° C ĝis 0 ° C.
Varmo bezonata en procezo P al Q:
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 Ĵuloj
En la procezo Q ĝis R, la varmo bezonata por fandi la tutan glacion en akvon. En ĉi tiu procezo, la temperaturo restas senŝanĝa. Varmo kalkulita per ĉi tiu ekvacio: Q = m L F , kie Q = varmo , m = maso de glacio , L F = latenta varmo de fuzio de glacio.
Varmo bezonata en procezo Q al R:
Q = m L F = (1)(336,000) = 336,000 Juloj
Totala varmo:
10,500 + 336,000 = 346,500 Ĵuloj
- Kio estas latenta varmo?
- respondoLatenta varmo estas la varmenergio bezonata por ŝanĝi la fazon de substanco sen ŝanĝi ĝian temperaturon. Ĝi reprezentas la energion bezonatan por rompi aŭ formi intermolekulajn ligojn dum fazŝanĝoj.
- Kial la temperaturo restas konstanta dum fazoŝanĝo?
- respondoDum fazŝanĝo, la tuta provizita aŭ forigita varmenergio estas uzata por ŝanĝi la fazon de la substanco. Ĉi tiu energio estas uzata por rompi aŭ formi intermolekulajn ligojn, ne por pliigi la kinetan energion aŭ temperaturon de la substanco.
- Kio estas la diferenco inter latenta varmo de fuzio kaj latenta varmo de vaporiĝo?
- respondoLa latenta varmo de fuzio rilatas al la varmenergio bezonata por ŝanĝi substancon de solida al likva (aŭ inverse) ĉe ĝia fandopunkto. La latenta varmo de vaporiĝo rilatas al la varmenergio bezonata por ŝanĝi substancon de likva al gasa (aŭ inverse) ĉe ĝia bolpunkto.
- Kial ni sentas malvarmon kiam ni eliras el naĝejo en venta tago, eĉ se la aertemperaturo estas varma?
- respondoDum akvo vaporiĝas de nia haŭto, ĝi spertas fazŝanĝon de likvaĵo al vaporo. Ĉi tiu procezo postulas energion, kiu estas prenita de nia haŭto en la formo de varmo, igante nian haŭton sentiĝi pli malvarmeta.
- Kial vaporo je 100 °C estas pli danĝera ol bolanta akvo je 100 °C?
- respondoVaporo enhavas pli da energio ol bolanta akvo ĉar ĝi sorbis la latentan varmon de vaporiĝo dum la fazoŝanĝo de akvo al vaporo. Kiam vaporo kondensiĝas sur la haŭto, ĝi liberigas ĉi tiun ekstran energion, kaŭzante pli severajn brulvundojn ol bolanta akvo.
- Kiel aldono de salo al glacio malaltigas ĝian fandopunkton?
- respondoAldono de salo interrompas la ekvilibron inter la fandado kaj frostiĝado de la glaciakva miksaĵo. Tio kaŭzas, ke pli da glacio fandiĝas je pli malalta temperaturo ol kutime, efike malaltigante la frostpunkton de la miksaĵo.
- Kial ŝvitado helpas malvarmigi la korpon en varmega tago?
- respondoŜvito, kiam vaporiĝas de la haŭto, spertas fazŝanĝon de likvaĵo al gaso. Ĉi tiu vaporiĝa procezo postulas energion, kiu estas prenita de la haŭto, tiel malvarmigante ĝin.
- Kio estas sublimado en la kunteksto de fazŝanĝoj?
- respondoSublimado estas la rekta fazŝanĝo de solido al gaso sen trapasi la likvan fazon. Ofta ekzemplo estas sekglacio (solida karbondioksido) kiu rekte transiras al karbondioksida gaso.
- Kial necesas varmenergio por fandi glacion eĉ se la temperaturo restas je 0 °C?
- respondoLa varmenergio estas uzata por rompi la intermolekulajn ligojn, kiuj tenas la glacion en ĝia solida strukturo. Post kiam ĉi tiuj ligoj estas rompitaj, la glacio transiras al la likva fazo, eĉ se ne estas ŝanĝo en temperaturo.
- Kiel premo influas la bolpunkton de likvaĵo?
- respondoĜenerale, pliigo de la ekstera premo levas la bolpunkton de likvaĵo, dum malpliigo de la premo malaltigas la bolpunkton. Tial akvo bolas je temperaturoj sub 100 °C ĉe altaj altitudoj, kie atmosfera premo estas pli malalta.
