Mustade põhimõtete mõistmine
Kui segame avatud anumas (näiteks ämbris) kuuma ja külma vett, kandub soojus kuumast veest külma vette. Kuna anum on avatud, kandub osa soojusest õhku. Samuti muutub anum soojemaks. Kuumast veest eralduv soojus ei neeldu mitte ainult külmas vees, vaid ka õhus ja anumas. Sellisel juhul on ämber isoleerimata süsteem.
Kui suletud termoses segatakse kuuma ja külma vett, kandub soojus kuumast veest külma vette. Termos on isoleeritud süsteem , seega ei kandu soojust õhku ega termosesse. Kuumast veest eralduv soojus neeldub külma vette, kuni segu saavutab termilise tasakaalu.
Blacki printsiip väidab, et isoleeritud suletud süsteemis on kõrge temperatuuriga objekti poolt eraldatud soojus = madala temperatuuriga objekti poolt neeldunud soojus.
Blacki põhivalem
Qlepas = Qneelama
Kirjeldus: Qlepas = kõrge temperatuuriga objekti poolt eraldatav soojus, Qneelama = madala temperatuuriga objektide poolt neelduv soojus.
Näidisküsimused Blacki printsiibi kohta
1. Kuuma raua tükk massiga 1 kg ja temperatuuriga 100 oC pannakse 2 kg kaaluvasse ja 20 °C temperatuuriga veega anumasse. oC. Mis on segu lõpptemperatuur? Raua erisoojus = 450 J/kg Co, vee erisoojus = 4200 J/kg Co.
Arutelu:
On teada :
m rauda = 1 kg, Tnuumamine = 100 oC, m vesi = 2 kg, Tõhk = 20 oC, c raud = 450 J/kg Co, c vesi = 4200 J/kg Co.
Küsis :
T-segu?
Jawab :
Raual on kõrgem temperatuur kui veel, seega raud eraldab soojust, vesi neelab soojust.
(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
42 000 = 8850 tonni
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Kuiv Kuuma raua ja külma vee segu lõpptemperatuur, kui mõlemad on termilises tasakaalus, on 24 oC.
2. 2015/2016 SMA/MA füüsika riigieksami küsimus nr 20
75 grammi vett temperatuuril 0 ° C segatakse 50 grammi veega nii, et segu temperatuur on 40 ° C, seega 50 grammi vee algtemperatuur on...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
C. 110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Arutelu
On teada, et:
Vee mass 1 (m 1 ) = 75 grammi
Vee algtemperatuur 1 (T1 ) = 0 ° C
Vee mass 2 (m 2 ) = 50 grammi
Segu lõpptemperatuur (T) = 40 ° C
Massiühikud on samad, seega pole teisendamist vaja.
Otsitakse: Vee algtemperatuur 2 ( T2 )
Vastus:
Blacki printsiip väidab, et isoleeritud suletud süsteemis on kõrge temperatuuriga objekti poolt eraldatav soojus võrdne madala temperatuuriga objekti poolt neeldunud soojusega.
Vabanenud Q = neeldunud Q
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Vee erisoojus on sama, seega c jäetakse võrrandist välja.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T2 – 2000
42 000 + 21 000 = 50 T2
63 000 = 50 T2
T2 = 100
Õige vastus on D.
3. 2015/2016 SMA/MA füüsika riigieksami küsimus nr 20
200 grammi metalli kuumutatakse temperatuurini 120 ° C ja seejärel pannakse see 100 grammi vette temperatuuril 30 ° C. Pärast tasakaalu saavutamist saavutab segu temperatuur 60 ° C. Kui vee erisoojus on 4200 J.kg -1 o C -1 , siis metalli erisoojus on...
A. 10,5 J.kg -1o C -1
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
Arutelu
Massiühikute teisendamine grammidest kilogrammideks (rahvusvaheline ühikute süsteem)
On teada, et:
Metalli mass ( m1 ) = 200 grammi = 0,2 kg
Metalli temperatuur (T1 ) = 120 ° C
Vee mass (m² ) = 100 grammi = 0,1 kg
Vee temperatuur (T2 ) = 30 ° C
Segu lõpptemperatuur (T) = 60 ° C
Vee erisoojus (c2 ) = 4200 J.kg⁻¹ o C⁻¹
Küsiti: Metalli erisoojus ( c1 )
Vastus:
Vabanenud Q = neeldunud 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
Õige vastus on D.
4. 2018. aasta SMA/MA riikliku eksami küsimused
250 ml keeva vett (100 ° C) valatakse potti, mis sisaldab 400 ml vett temperatuuril 35 ° C. Pärast termilise tasakaalu saavutamist on segu temperatuur… (vee erisoojus 1,0 kcal⁻¹ . 0 C⁻¹ )
Arutelu
On teada:
Kuuma vee temperatuur = 100 ° C
Kuuma vee maht = 250 ml = 0,25 liitrit = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Külma vee temperatuur = 35 ° C
Külma vee maht = 400 ml = 0,4 liitrit = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Vee erisoojus = 1,0 kcal⁻¹.o C⁻¹
Vee tihedus = 1 g/ cm³
Küsiti: Segu temperatuur
Vastus:
Arvutage kuuma ja külma vee mass tihedusvalemi abil:
m = ρV
m = mass, ρ = tihedus, V = ruumala
Kuuma vee mass: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 grammi
Külma vee mass: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 grammi
Arvutage segu temperatuur Blacki põhimõttelise valemi abil:
Külma vee poolt neeldunud soojus = kuuma vee poolt eraldatud soojus
mcΔT = mcΔT
Erisoojus on sama, seega see võrrandist välja jäetakse.
m ΔT = m ΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 / 650
T = 60 ° C
