1. Printzipio Beltzaren definizioa
Ontzi ireki batean (adibidez, ontzi batean) ur beroa eta hotza nahasten baditugu, beroa ur berotik ur hotzera transferitzen da. Ontzia irekita dagoenez, bero pixka bat airera mugitzen da. Ontzia ere beroago bihurtzen da. Ur beroak askatzen duen beroa ez du ur hotzak xurgatzen bakarrik, atmosferak eta ontziek ere xurgatzen dute. Kasu honetan, ontzia sistema ez-isolatu bat da. Termos itxi batean ur beroa eta hotza nahasten ditugunean, beroa ur berotik ur hotzera transferitzen da. Termosak sistema isolatuak dira, beraz, ez da berorik mugitzen airera edo termosera. Ur hotzak ur beroak askatzen duen beroa bakarrik xurgatzen du, ur beroaren eta ur hotzaren nahasketak oreka termikora iritsi arte.
Printzipio Beltzak dioenez, sistema itxi isolatu batean, tenperatura altuko objektu batek askatzen duen beroa tenperatura baxuko objektu batek xurgatzen duen beroa da.
2. Printzipio beltzaren formula
Q askapena = Q xurgapena
Q askapena = tenperatura altuko objektuek askatzen duten beroa, Q xurgapena = tenperatura baxuko objektuek xurgatzen duten beroa.
3. Galdera eta eztabaiden adibideak
1. arazoaren adibidea.
1 kg-ko masa eta 100 ° C-ko tenperatura duen burdina bero bat 2 kg ur dituen eta 20 ° C-ko tenperatura duen ontzi batean sartzen da. Zein da azken nahastearen tenperatura? Burdinaren bero espezifikoa = 450 J/kg C₂O , uraren bero espezifikoa = 4200 J/kg C₂O.
Ezaguna:
Burdinaren masa (m) = 1 kg
Burdinaren tenperatura (T) = 100 ° C
Uraren masa (m) = 2 kg
Uraren tenperatura (T) = 20 ° C
Burdinaren bero espezifikoa (c) = 450 J/kg C o
Uraren bero espezifikoa (c) = 4200 J/kg C o
Bilatzen da: T?
irtenbidea:
Burdinak urak baino tenperatura altuagoa du, beraz, burdinak beroa askatzen du, urak beroa xurgatzen duen bitartean.
Q askapena = Q xurgapena
mc ΔT = mc ΔT
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 ° C
Burdin beroaren eta ur hotzaren nahastearen azken tenperatura, biak oreka termikoan daudenean, 24 ° C -koa da.
2. arazoaren adibidea.
0.2 kg-ko izotz masa, 0.2 kg-ko te epelarekin nahastuta. Izotzaren tenperatura = -10 ° C, te epelaren tenperatura = 40 ° C. Izotzaren bero espezifikoa = 2100 J/kg C₂O , uraren bero espezifikoa = 4200 J/kg C₂O , uraren fusio-beroa = 334000 J/kg. Izotza eta tea sistema itxi eta isolatu batean nahasten dira.
Ezaguna:
Izotzaren masa (m) = 0.2 kg
Tearen masa (m) = 0.2 kg
Uraren bero espezifikoa (c) = 4180 J/kg C o
Izotzaren bero espezifikoa (c) = 2100 J/kg C o
Uraren fusio-beroa (L F ) = 334 x 10³ J /kg
Izotzaren tenperatura (T izotza ) = -10 ° C
Tearen tenperatura (T tea ) = 40 ° C
Bilatzen dena: T nahasketa
irtenbidea:
Lehen urratsa, azken egoera kalkulatu
0.2 kg te epelaren tenperatura 40 °C-tik 0 °C-ra jaisteko urak askatu behar duen beroa
Q askapena = mc ∆T
Q askapena = (0.2 kg) (4180 J/Kg C o ) (40 ° C – 0 ° C)
Q askapena = (0.2 kg) (4180 J/Kg C o ) (40 ° C)
Q askapena = 33,440 Joule
Q askapena = 33.44 kJ
0.2 kg izotzek beroa xurgatzen dute tenperatura -10 ° C-tik 0 ° C -ra igotzeko.
Xurgatutako Q = mc ∆T
Xurgatutako Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (0 ° C – (-10 ° C))
Xurgatutako Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (10 ° C)
Q xurgatua = 4,200 Joule
Q xurgatua = 4.2 kJ
0.2 kg izotz urtzeko xurgatutako beroa (izotz guztia uretan urtzeko behar den beroa)
Q fusioa = m L F
Q fusioa = (0.2 kg) (334 x 10³ J /kg)
Q fusioa = 66.8 x 10³ Joule
Q fusioa = 66.8 kJ
Goiko kalkuluen arabera, emaitzak:
Q askapena = 33.44 kJ
Q xurgapena = 4.2 kJ
Q fusioa = 66.8 kJ
Teak 33.44 kJ-ko beroa askatzen duenean, tearen tenperatura 40 ° C-tik 0 ° C-ra aldatzen da. Askatzen den beroaren zati bat (4.2 kJ inguru) erabiltzen da izotzaren tenperatura -10 ° C-tik 0 ° C-ra igotzeko. 33.44 kJ – 4.2 kJ = 29.24 kJ. Geratzen den beroa = 29.24 kJ. Izotz guztia urtzeko 66.8 kJ-ko beroa behar da. Geratzen den beroa 29.24 kJ-koa baino ez da.
Ondorioz, te epelak askatzen duen beroa izotzaren tenperatura -10 ° C-tik 0 ° C-ra igotzeko eta izotz zati bat urtzeko bakarrik erabiltzen da. Izotz zati bat urtu da; beste batzuk ez. Solido bat likido bihurtzeko prozesuan, tenperatura ez da aldatzen. Beraz, azken nahastearen tenperatura = 0 ° C da.
3. problemaren adibidea.
te beroaren masa (m) = 0.4 kg,
izotzaren masa (m)= 0.2 kg,
izotzaren tenperatura = -10 ° C
Te beroaren tenperatura = 90 ° C.
Biak nahasten badira, zein da azken nahastearen tenperatura?
Uraren bero espezifikoa (c) = 4180 J/kg C o ,
Izotzaren bero espezifikoa (c) = 2100 J/kg C o ,
Uraren fusio-beroa (L F ) = 334 x 103³ J/kg
irtenbidea:
Lehen urratsa: Azken egoera kalkulatu
0.4 kg te beroaren tenperatura 90 ° C-tik 0 ° C -ra jaisteko urak askatu behar duen beroa
Q askapena = mc ∆T
Q askapena = (0.4 kg) (4180 J/Kg C o ) (90 ° C – 0 ° C)
Q askapena = (0.4 kg) (4180 J/Kg C o ) (90 ° C)
Q askapena = 150,480 Joule
Q askapena = 150.48 kJ
0.2 kg izotzek xurgatutako beroa bere tenperatura -10 ° C-tik 0 ° C -ra igotzeko
Xurgatutako Q = mc ∆T
Xurgatutako Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (0 ° C – (-10 ° C))
Xurgatutako Q = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (10 ° C)
Q xurgatua = 4,200 Joule
Q xurgatua = 4.2 kJ
0.2 kg izotz urtzeko behar den beroa (izotz guztia ur bihurtzeko behar den beroa)
Q fusioa = m L F
Q fusioa = (0.2 kg) (334 x 10³ J /Kg)
Q fusioa = 66.8 x 10³ Joule
Q fusioa = 66.8 kJ
Goiko kalkuluen arabera, emaitzak:
Q askapena = 150.48 kJ
Q xurgatua = 4.2 kJ
Q fusioa = 66.8 kJ
Te beroak 150.48 kJ bero askatu zituenean, te beroaren tenperatura 90 ° C-tik 0 ° C-ra aldatu zen. Askatutako beroaren zati bat (4.2 kJ inguru) erabili zen izotzaren tenperatura -10 ° C-tik 0 ° C -ra igotzeko.
150.48 kJ – 4.2 kJ = 146.28 kJ. Gainerako beroa = 146.28 kJ.
Izotz guztia urtzeko behar den beroa 66.8 kJ baino ez da. 146.28 kJ – 66.8 kJ = 79.48 kJ. Gehiegizko kopurua 79.48 kJ zela ikusi zen. Te beroak ez du bero guztia askatzen tenperatura 0 ° C-ra jaitsi arte. Ondorioa: azken nahastearen tenperatura 0 ° C baino handiagoa izan behar da.
Bigarren urratsa: Azken tenperatura (T) zehaztu
Izotzaren tenperatura -10 ° C-tik 0 ° C-ra igotzeko behar den beroa = 4200 Joule
Beroak izotz guztia urtu behar zuen, hau da, bero latentea = 66,800 Joule
Beroak uraren tenperatura (izotz-fusio osoko ura) 0 ° C-tik T = (izotz-masa) (uraren beroa) (T – 0 ° C) = (0.2 kg) (4180 J/kg C o )(T) = (836 T) J/C o
Te epelak tenperatura 90 ° C-tik T-ra jaisteko askatzen duen beroa = (ur beroaren masa) (uraren bero mota) (90 ° C – T) = (0.4 kg) (4180 J/kg C o ) (90 ° C – T) = 1672 J/C o (90 ° C – T) = 150,480 J – (1672 T) J/C o
4200 J + 66,800 J + (836 T) J/C₂o = 150,480 J – (1672 T) J/ C₂o
71,000 J + (836 T) J/C₂o = 150,480 J – (1672 T) J/ C₂o
(836 T) J/C₂O + (1672 T) J/C₂O = 150,480 J – 71,000 J
(2508 T) J/C o = 79,480 J
T = 31.7 ° C
Azken tenperatura = 31.7 ° C
