15 Näiteid soojusest ja oleku muutustest
Soojusprobleemide arutelu
1. Merevee temperatuuri tõstmiseks 1 °C võrra on vaja 3900 džauli soojust . Kui merevee erisoojus on 3,9 × 10³ J/kg °C, siis merevee mass on…
A. 100 kg
B. 10 kg
U. 1 kg
D. 0,1 kg
Arutelu
On teada, et:
Temperatuuri muutus ( ΔT ) = 1 ° C
Soojus (Q) = 3900 džauli
Merevee erisoojus (c) = 3,9 x 10³ J /kg°C = 3900 J/kg°C
Küsimus: Merevee mass (m)
Vastus:
Soojusvalem:
Q = mc ΔT
Kirjeldus: Q = soojus, m = mass, c = erisoojus, ΔT = temperatuuri muutus
m = Q / c ΔT = 3900 / (3900)(1) = 3900 / 3900 = 1
Seega merevee mass (m3) = 1 kilogramm
Õige vastus on C.
2. Vask massiga 2 kg temperatuuril 30 °C. Saab 39 000 J soojust. Kui vase erisoojus on 390 J/kg °C, siis vase lõpptemperatuur on...
A. 80°C
B. 50°C
30 °C
D. 20°C
Arutelu
On teada, et:
Mass (m) = 2 kg
Algtemperatuur (T1 ) = 30 ° C
Neeldunud soojus (Q) = 39 000 džauli
Vase erisoojus (c) = 390 J/kg o C
Küsimus: Vase lõpptemperatuur ( T2 )
Vastus:
Soojusvalem:
Q = mc ΔT
Kirjeldus: Q = soojus, m = mass, c = erisoojus, ΔT = temperatuuri muutus
Q = mc₀, ΔT = mc₀ ( T² – T¹ )
39 000 = (2)( 390)(T2 – 30)
100 = (2)(1)(T2 – 30)
100 = (2)(T2 – 30)
50 = T 2 – 30
T2 = 50 + 30
T2 = 80 ° C
Õige vastus on A.
3. 5 kg vee temperatuuri tõstmiseks 15 °C-lt 40 °C-ni on vajalik soojushulk….
(vee erisoojus 4,2 × 10³ J /kg°C)
A. 525.000 J
B. 420.000 J
C. 150.000 J
D. 21.000 J
Arutelu
On teada, et:
Mass (m) = 5 kg
Algtemperatuur (T1 ) = 15°C
Lõpptemperatuur (T2 ) = 40 °C
Vee erisoojus (c) = 4,2 × 10³ J /kg°C
Küsiti: Soojus (Q)
Vastus:
Soojusvalem:
Q = mc ΔT
Q = (5 kg)( 4,2 × 10³ J /kg°C)(40°C – 15°C)
Q = (5)( 4,2 × 10³ J )(25)
Q = 525 × 10³ J
Q = 525.000 džauli
Õige vastus on A.
4. 2 kg vett temperatuurilt 24 °C kuumutatakse temperatuurini 90 °C. Kui erisoojus on 4.200 džauli/kg °C, siis vee poolt vastuvõetud soojus on...
A. 336.000 džauli
Umbes 259.200 džauli
U. 554.400 džauli
D. 543.600 džauli
Arutelu
On teada, et:
Vee mass (m3) = 2 kg
Algtemperatuur (T1 ) = 24°C
Lõpptemperatuur (T2 ) = 90 °C
Vee erisoojus (c) = 4.200 džauli/kg°C
Küsimus: Vee poolt vastuvõetud soojushulk (Q) on….
Vastus:
Kalorid:
Q = m c ΔT
Q = (2 kg) ( 4.200 džauli/kg °C) (90 °C – 24 °C)
Q = (2 kg) ( 4.200 džauli/kg °C) (66 °C)
Q = (132) ( 4.200 džauli)
Q = 554.400 džauli
Õige vastus on C.
5. 5 grammi massiga vett kuumutatakse temperatuurini 10 °C temperatuurini 40 °C. Kui vee erisoojus on 1 kcal/gr °C, siis vee temperatuuri tõstmiseks vajalik soojushulk on...
A. 100 kalorit
B. 150 kalorit
C. 200 kalorit
D. 400 kalorit
Arutelu
On teada, et:
Mass (m) = 5 grammi
Algtemperatuur (T1 ) = 10 ° C
Lõpptemperatuur (T2 ) = 40 ° C
Vee erisoojus (c) = 1 kcal/gr°C
Küsimus: Soojus, mis on vajalik vee temperatuuri tõstmiseks
Vastus:
Soojusvalem:
Q = mc ΔT
Q = (5 grammi)( 1 kcal/gr°C)(40 ° C – 10 ° C)
Q = (5)( 1 kcal)(30)
Q = 150 kalorit
Õige vastus on B.
6. Parim soojusjuht on...
A. alumiinium
B. elavhõbe
C. raud
D. klaas
Arutelu
See, kas materjal juhib soojust hästi või mitte, sõltub materjali tüübist. Füüsikalist suurust, mis näitab materjali võimet soojust juhtida, nimetatakse soojusjuhtivuseks. Mida suurem on soojusjuhtivus, seda parem on materjali võime soojust juhtida.
Allpool on toodud mitme materjali soojusjuhtivuse väärtused:
Alumiinium = 200 J/ms C₂O
Raud = 40 J/ms C₂O
Elavhõbe = 8,30 J/ms C₂O₃
Klaas = 0,84 J/ms C₂O
Ülaltoodud andmete põhjal on suurim soojusjuhtivuse väärtus alumiiniumil.
Õige vastus on A.
7. 0,2 kg vett temperatuuril 25 ° C kuumutatakse 42 000 džauli suuruse soojusega. Kui vee erisoojus = 4200 J/kg ° C, siis vee lõpptemperatuur on…
A. 100 ° C
B. 80 ° C
C. 75 ° C
D. 50 ° C
Arutelu
Kõik ühikud on väljendatud rahvusvahelistes ühikutes, välja arvatud temperatuuriühikud, mis jäävad Celsiuse järgi, kuna soojuse mõõtmiseks kasutatakse ühikut J/kg o C.
On teada, et:
Vee mass (m3) = 0,2 kg
Soojus (Q) = 42.000 džauli
Vee erisoojus (c) = 4200 J/kg o C
Algtemperatuur (T1 ) = 25 ° C
Küsimus: Lõplik temperatuur ( T2 )
Vastus:
Soojusvalem:
Q = mc₀, ΔT = mc₀ ( T² – T¹ )
Valemi kirjeldus:
Q = soojus, m = mass, c = erisoojus, ΔT = temperatuuri muutus, T1 = algtemperatuur, T2 = lõpptemperatuur
Vee lõplik temperatuur on:
Q = mc( T2 – T1 )
42 000 = (0,2)(4200)(T2 – 25)
42 000 = 840 (T2 – 25)
42 000 = 840 T2 – 21 000
42 000 + 21 000 = 840 T2
63 000 = 840 T2
T2 = 63 000 / 840
T2 = 75 ° C
Õige vastus on C.
Temperatuuri muutused ja vormi muutused
8. Graafiku põhjal on 5 kg vee töötlemisprotsessis punktist C punkti D vajalik soojushulk (vee erisoojus = 4.200 J/kg o C)…
A. 210.000 J
B. 420.000 J
C. 21.000.000 J
D. 42.000.000 J
Arutelu
On teada, et:
Vee mass (m3) = 5 kg
Vee erisoojus (c) = 4200 J/kg o C
Algtemperatuur (T1 ) = 0 ° C
Lõpptemperatuur (T2 ) = 10 ° C
Temperatuuri muutus ( ΔT) = 10 ° C – 0 ° C = 10 ° C
Küsimus: Neeldunud soojus (Q)
Vastus:
Soojusvalem:
Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ° C)( 10 ° C) = (5)(4200 J)( 10 ) = (50)(4200 J) = 210 000 džauli
Õige vastus on A.
9. Vaata kõrvalolevat graafikut! Soojushulk, mis on vajalik 200 grammi jää muutmiseks protsessis A olekuks C, kui jää erisoojus on 2100 J/kg ° C ja jää sulamissoojus on 336 000 J/kg, on…..
A. 4.200 džauli
Umbes 67.200 džauli
U. 71.400 džauli
D. 75.600 džauli
Arutelu
On teada, et:
Kõik ühikud tuleb väljendada rahvusvahelises ühikute süsteemis.
Jää mass (m) = 200 grammi = 200/1000 kilogrammi = 0,2 kilogrammi
Erisoojus (c) = 2100 J/kg ° C
Jää sulamise soojus (L F ) = 336 000 J/kg
Küsimus: Kui palju soojust on vaja protsessiks A-st C-ni?
Vastus:
Protsessis A kuni B neelab jää soojust, tõstes selle temperatuuri -10 ° C-lt 0 ° C-ni.
Protsessis A kuni B neeldunud soojushulk arvutatakse soojusvalemi abil:
Q = mc ΔT
Valemi kirjeldus: Q = neeldunud soojus, m = jää mass, c = jää erisoojus, ΔT = temperatuuri muutus
Seega on neeldunud soojushulk:
Q1 = mcΔT = (0,2)( 2100)(0-(-10) = ( 0,2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 džauli
Protsessides B kuni C neeldub soojus, mis sulatab kogu jää veeks. Selle protsessi käigus toimub ainult oleku muutus, kuid temperatuuri muutust ei toimu. Jää ja vee temperatuur jääb 0 ° C juurde.
Protsessis B kuni C neeldunud soojushulk arvutatakse soojusvalemi abil:
Q2 = mL F = (0,2 kg)( 336 000 J/kg) = 67 200 džauli
Protsessis A kuni C neeldunud soojushulk:
Q = Q1 + Q2 = 4200 džauli + 67 200 džauli = 71 400 džauli
Õige vastus on C.
10. Vaata järgmist eksperimentaalsete tulemuste graafikut!
Kui kuumutada 2 kg vett ja veeauru soojus on 2,27 x 10⁶ J /kg, vee erisoojus on 4.200 J/kg ° C ja õhurõhk on 1 atmosfäär, siis protsessiks B-st C-ni vajalik soojushulk on...
A. 3.360 kilodžauli
B. 4.540 kilodžauli
C. 4.876 kilodžauli
D. 5.212 kilodžauli
Arutelu
On teada, et:
Vee mass (m3) = 2 kg
Veeauru soojus (L V ) = 2,27 x 10 6 J/kg
Vee erisoojus (c) = 4.200 J/kg o C
Küsimus: B-st C-ni toimuva protsessi käigus neeldunud soojushulk.
Vastus:
Protsessis A kuni B kasutatakse vee poolt neeldunud soojust vee temperatuuri tõstmiseks 60 ° C-lt 100 ° C-ni. 1 atmosfääri õhurõhul on vee keemistemperatuur 100 ° C ja pärast temperatuurini 100 ° C jõudmist vesi enam temperatuurimuutusi ei koge, vaid muutub vedelast gaasiliseks.
Protsessides B kuni C kasutatakse neeldunud soojust kogu vee gaasiks aurustamiseks. Neeldunud soojuse hulk arvutatakse järgmise valemi abil:
Q = m L V = (2 kg)(2,27 x 10 6 J/kg) = 4,54 x 10 6 džauli = 4540 x 10 3 džauli = 4540 kilodžauli
Õige vastus on B.
11.
Pöörake tähelepanu järgmisele graafikule
50-grammise massiga jääd kuumutatakse temperatuuril -5oC vee suhtes temperatuuril 60oC vesi. Kui jää sulamissoojus = 80 kcal/gramm, siis jää erisoojus = 0,5 kcal/gramm oC, vee erisoojus = 1 kcal/gramm oC, siis C-st D-ni protsessi käigus vajalik soojushulk on….
A. 125 kalorit
B. 3.000 kalorit
C. 4.000 kalorit
D. 7.125 kalorit
Arutelu
On teada, et:
Jää mass (m³/s) = 50 grammi
Jää temperatuur (T es) = -5 oC
Jää erisoojus (c es) = 0,5 kcal/gramm oC
Jää sulamise soojus (L jää) = 80 kcal/gramm
Vee temperatuur (T vesi) = 60 oC
Vee erisoojus (c vesi) = 1 kcal/gramm oC
Küsimus: Soojushulk protsessis C-st D-ni
Vastus:
Protsessis A kuni B muutub jää temperatuur -5 kraadist oC-st saab 0 oC
Protsessis B kuni C muutub kogu jää veeks (tahke aine muutub vedelikuks). Selle protsessi käigus temperatuur ei muutu.
Protsessis C kuni D muutub vee temperatuur 0-st oC-st saab 60 oC
Protsessis A kuni B vajalik soojus:
Q = mc ΔT
Q = (mes)(ces)(0 – Tes)
Q = (50)(0,5)(0-(-5)) = (50)(0,5)(5) = 125 kalorit
Protsessis B kuni C vajalik soojus:
Q = m L
Q = mes Les
Q = (50)(80) = 4000 kalorit
Protsessides C kuni D vajalik soojus:
Q = mc ΔT
Q = (mõhk)(cõhk)(Tõhk - 0)
Q = (50)(1)(60 - 0) = (50)(1)(60) = 3000 kalorit
Protsessides A kuni D vajalik soojus:
Q = 125 + 4000 + 3000
Q = 7125 kalorit
Autor arvutab iga protsessi jaoks vajaliku soojushulga, et aidata teil mõista, kuidas seda tüüpi probleemi lahendada. Küsimus on protsesside C kuni D jaoks vajaliku soojuse osas.
Õige vastus on B.
12.
Arvu kõrval oleva graafiku põhjal kuumus ABC protsessi jaoks on vaja 3 kg jääd… (erisoojus es = 2.100 J/kgoC, sulamissoojus es = 336 000 J/kg)
A. 630 kJ
B. 819 kJ
U. 1071 kJ
D. 3276 kJ
Arutelu
Ülaltoodud graafik illustreerib jää oleku veeks muutmise protsessi.
AB-protsessis kasutatakse jää temperatuuri tõstmiseks -10 kraadilt kuumust.oC kuni 0oC.
Q = mc (ΔT)
Q = (3)(2100)(0-(-10)) = (3)(2100)(10) = 63 000 džauli = 63 kJ (kj = kilodžaulid)
BC protsessis kasutatakse kogu jää veeks sulatamiseks kuumust. Selle protsessi käigus jää temperatuur ei muutu.
Q = m LF
Q = (3)(336 000) = 1 008 000 džauli
ABC protsessis jää tekitamiseks vajalik soojushulk on:
63 kJ + 1.008 kJ = 1071 kJ
Õige vastus on C.
13.
Pöörake tähelepanu 500 grammi jää kuumutusgraafikule temperatuuril -10oC alla! Kui jää erisoojus on 2100 J/kgoC, vee erisoojus 4.200 J/kgoC ja jää sulamissoojus on 336 000 J/kg. Kui palju soojust on vaja BCD protsessiks?
A. 31.500 J
B. 63.000 J
C. 168.000 J
D. 231.000 J
Arutelu
Jää massi väljendatakse grammides, seega teisenda see kilogrammideks (rahvusvahelised ühikud). 500 grammi = 0,5 kg.
BC protsessis kasutatakse kogu jää veeks sulatamiseks kuumust.
Q = m LF
Q = (0,5)(336 000) = 1 008 000 džauli
CD-protsessis kasutatakse vee temperatuuri tõstmiseks 0-st kuumustoC kuni 30oC
Q = mc (ΔT)
Q = (0,5)(4200)(30 - 0) = (0,5)(4200)(30) = 63 000 džauli
BCD protsessis jää tekitamiseks vajalik soojushulk:
168.000 džauli + 63.000 džauli = 231.000 džauli
Õige vastus on D.
14.
Vaadake allolevat 1 kg jää kuumenemisgraafikut! Kui jää erisoojus on 2.100 J/kgoC, jää sulamissoojus on 336 000 J/kg ja vee erisoojus on 4.200 J/kgoC, siis PQR protsessis vajalik soojus on…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 336.000 J
D. 346.500 J
Arutelu
PQ protsessis kasutatakse jää temperatuuri tõstmiseks -5 kraadilt kuumust.oC kuni 0oC
Q = mc (ΔT)
Q = (1)(2100)(0-(-5)) = (1)(2100)(5) = 10 500 džauli
QR-protsessis kasutatakse kogu jää veeks sulatamiseks kuumust.
Q = m LF
Q = (1)(336 000) = 1 008 000 džauli
PQR protsessis jää tekitamiseks vajalik soojushulk on:
10.500 džauli + 336.000 džauli = 346.500 džauli
Õige vastus on D.
15. Vaata allolevat 1 kg jää kuumenemisgraafikut!
Kui jää erisoojus on 2.100 J/kg o C, jää sulamissoojus on 336 000 J/kg ja vee erisoojus on 4.200 J/kg o C, siis PQR protsessiks vajalik soojus on…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 336.000 J
D. 346.500 J
Arutelu
On teada, et:
Jää mass = 1 kg
Jää sulamise soojus (L F ) = 336 000 J/kg
Jää erisoojus (c es) = 2.100 J/kg o C
Vee erisoojus (c vesi) = 4.200 J/kg o C
Küsimus: PQR protsessis vajalik soojus
Vastus:
P-Q protsessis kasutatakse jää temperatuuri tõstmiseks -5 ° C-lt 0 ° C-ni soojust. Soojus arvutatakse järgmise valemi abil: Q = mc ΔT, kus Q = soojus, m = jää mass, c = jää erisoojus, ΔT = temperatuuri muutus -5 ° C-lt 0 ° C-ni.
Protsessis P-st Q-ni vajalik soojus:
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 džauli
Q-st R-ks protsessis kasutatakse kogu jää veeks sulatamiseks soojust. Selle protsessi käigus temperatuur ei muutu. Soojus arvutatakse järgmise valemi abil: Q = m L F , kus Q = soojus, m = jää mass, L F = jää sulamissoojus.
Protsessis vajalik soojus Q-st R-ni:
Q = m L F = (1) (336 000) = 336 000 džauli
Kogukalorid:
10 500 + 336 000 = 346 500 džauli
Õige vastus on D.
Küsimuse allikas:
Põhikooli/islami põhikooli loodusteaduste riikliku eksami küsimused
