Esimerkkikysymyksiä lämmöstä ja olomuodon muutoksista

15 Esimerkkejä lämmöstä ja olomuodon muutoksista

Keskustelu lämpöongelmista

1. Meriveden lämpötilan nostamiseksi 1 °C:lla tarvitaan 3900 joulea lämpöenergiaa . Jos meriveden ominaislämpökapasiteetti on 3,9 × ^10³ J/kg°C, niin meriveden massa on…

A. 100 kg

B. 10 kg

Noin 1 kg

D. 0,1 kg

Keskustelu

Tiedetään, että:

Lämpötilan muutos ( ΔT ) = 1 ^° C

Lämpö (Q) = 3900 joulea

Meriveden ominaislämpökapasiteetti (c) = 3,9 x 10³ ^J /kg°C = 3900 J/kg°C

Kysymys: Meriveden massa (m)

Vastaus:

Lämpökaava:

Q = mc ΔT

Kuvaus: Q = lämpö, ​​m = massa, c = ominaislämpö, ​​ΔT = lämpötilan muutos

m = Q / c ΔT = 3900 / (3900)(1) = 3900 / 3900 = 1

Joten meriveden massa (m3) = 1 kilogramma

Oikea vastaus on C.

2. Kupari, jonka massa on 2 kg 30 °C:n lämpötilassa. Vastaanottaa 39 000 J lämpöä. Jos kuparin ominaislämpökapasiteetti on 390 J/kg °C, niin kuparin lopullinen lämpötila on...

A. 80 °C

B. 50 °C

30 °C

D. 20 °C

Keskustelu

Tiedetään, että:

Massa (m) = 2 kg

Alkulämpötila (T1 ₎ = 30 ^° C

Lämpöä absorboituu (Q) = 39 000 joulea

Kuparin ominaislämpökapasiteetti (c) = 390 J/kg ^o C

Kysymys: Kuparin lopullinen lämpötila ( _T2 )

Vastaus:

Lämpökaava:

Q = mc ΔT

Kuvaus: Q = lämpö, ​​m = massa, c = ominaislämpö, ​​ΔT = lämpötilan muutos

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

Oikea vastaus on A.

3. 5 kg:n veden lämpötilan nostamiseksi 15 °C:sta 40 °C:seen tarvittava lämmön määrä on….

(veden ominaislämpökapasiteetti 4,2 × 10³ ^J /kg°C)

A. 525.000 J

B. 420.000 J

Noin 150.000 J

D. 21.000 J

Keskustelu

Tiedetään, että:

Massa (m) = 5 kg

Alkulämpötila (T1 ₎ = 15 °C

Loppulämpötila (T2 ₎ = 40 °C

Veden ominaislämpökapasiteetti (c) = 4,2 × 10³ ^J /kg°C

Kysytty: Lämpö (Q)

Vastaus:

Lämpökaava:

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 joulea

Oikea vastaus on A.

4. 2 kg vettä, jonka lämpötila on 24 °C, lämmitetään 90 °C:seen. Jos ominaislämpöarvo on 4 200 joulea/kg °C, niin veden vastaanottama lämpö on...

A. 336.000 joulea

Noin 259.200 joulea

Noin 554.400 joulea

D. 30 000 joulea

Keskustelu

Tiedetään, että:

Veden massa (m3) = 2 kg

Alkulämpötila (T1 ₎ = 24 °C

Loppulämpötila (T2 ₎ = 90 °C

Veden ominaislämpö (c) = 4 200 joulea/kg°C

Kysymys: Veden vastaanottama lämpö (Q) on….

Vastaus:

Kalorit:

Q = m c ΔT

Q = (2 kg) ( 4 200 joulea/kg °C) (90 °C – 24 °C)

Q = (2 kg) ( 4 200 joulea/kg °C) (66 °C)

Q = (132) ( 4 200 joulea)

Q = 525 000 joulea

Oikea vastaus on C.

5. 5 gramman massaista vettä lämmitetään 10 °C:sta 40 °C:seen. Jos veden ominaislämpökapasiteetti on 1 kcal/gr °C, veden lämpötilan nostamiseen tarvittava lämpömäärä on...

A. 100 kaloria

B. 150 kaloria

C. 200 kaloria

D. 400 kaloria

Keskustelu

Tiedetään, että:

Massa (m) = 5 grammaa

Alkulämpötila (T1 ₎ = 10 ^° C

Loppulämpötila (T2 ₎ = 40 ^° C

Veden ominaislämpö (c) = 1 kcal/gr°C

Kysymys: Kuinka paljon lämpöä tarvitaan veden lämpötilan nostamiseen?

Vastaus:

Lämpökaava:

Q = mc ΔT

Q = (5 grammaa)( 1 kcal/g°C)(40 ^° C – 10 ^° C)

Q = (5)( 1 kcal)(30)

Q = 150 kaloria

Oikea vastaus on B.

6. Paras lämmönjohdin on...

A. alumiini

B. elohopea

C. rauta

D. lasi

Keskustelu

Materiaalin lämmönjohtavuus riippuu materiaalin tyypistä. Fysikaalista suuretta, joka osoittaa materiaalin kyvyn johtaa lämpöä, kutsutaan lämmönjohtavuudeksi. Mitä suurempi lämmönjohtavuus, sitä parempi materiaalin kyky johtaa lämpöä.

Alla on useiden materiaalien lämmönjohtavuusarvot:

Alumiini = 200 J/ms ^C₂O

Rauta = 40 J/ms ^C₂O

Elohopea = 8,30 J/ms ^C₂O

Lasi = 0,84 J/ms ^C₂O

Yllä olevien tietojen perusteella suurin lämmönjohtavuusarvo on alumiinilla.

Oikea vastaus on A.

^{7. 0,2 kg 25 °} C :n lämpötilassa olevaa vettä lämmitetään 42 000 joulen lämmöllä. Jos veden ominaislämpökapasiteetti = 4200 J/kg ^° C, niin veden lopullinen lämpötila on…..

A. 100 ^° C

B. 80 ^° C

C. 75 ^° C

D. 50 ^° C

Keskustelu

Kaikki yksiköt ilmaistaan ​​kansainvälisinä yksiköinä lukuun ottamatta lämpötilayksiköitä, jotka pysyvät celsiusasteissa, koska lämmön yksikkönä käytetään J/kg ^o C.

Tiedetään, että:

Veden massa (m3) = 0,2 kg

Lämpö (Q) = 42.000 joulea

Veden ominaislämpö (c) = 4 200 J/kg ^o C

Alkulämpötila (T1 ₎ = 25 ^° C

Kysymys: Loppulämpötila ( _T2 )

Vastaus:

Lämpökaava:

Q = mc₀ ΔT = mc₀ ( _T² – _T¹ )

Kaavan kuvaus:

Q = lämpö, ​​m = massa, c = ominaislämpö, ​​ΔT = lämpötilan muutos, T1 ₌ alkulämpötila, T2 ₌ loppulämpötila

Veden lopullinen lämpötila on:

Q = mc( _T2 – _T1 )

42 000 = (0,2)(4200)(T2 _– 25)

42 000 = 840 (T ₂ – 25)

42 000 = 840 T2 _– 21 000

42 000 + 21 000 = 840 _T2

63 000 = 840 _T2

T2 = _63.000 / 840

T2 = ₇₅ ^° C

Oikea vastaus on C.

Lämpötilan ja muodon muutokset

8. Kuvaajan perusteella 5 kg veden vaatima lämpömäärä prosessissa C:stä D:hen (veden ominaislämpökapasiteetti = 4 200 J/kg ^o C) on…

A. 210.000 J

B. 420.000 J

Noin 21.000.000 J

D. 42.000.000 J

Keskustelu

Tiedetään, että:

Veden massa (m3) = 5 kg

Veden ominaislämpö (c) = 4 200 J/kg ^o C

Alkulämpötila (T1 ₎ = 0 ^° C

Loppulämpötila (T2 ₎ = 10 ^° C

Lämpötilan muutos ( ΔT) = 10 ^° C – 0 ^° C = 10 ^° C

Kysymys: Lämmön absorboituminen (Q)

Vastaus:

Lämpökaava:

Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ^° C)( 10 ^° C) = (5)(4200 J)( 10 ) = (50)(4200 J) = 210 000 joulea

Oikea vastaus on A.

9. Katso viereistä käyrää! Lämpömäärä, joka tarvitaan 200 gramman jään muuttamiseen prosessissa A muotoon C, jos jään ominaislämpö on 2100 J/kg ^° C ja jään sulamislämpö on 336 000 J/kg, on…..

A. 4.200 joulea

Noin 67.200 joulea

Noin 71.400 joulea

D. 30 000 joulea

Keskustelu

Tiedetään, että:

Kaikki yksiköt on ilmaistava kansainvälisen yksikköjärjestelmän mukaisesti.

Jään massa (m) = 200 grammaa = 200/1000 kilogrammaa = 0,2 kilogrammaa

Ominaislämpö (c) = 2100 J/kg ^° C

Jään sulamislämpö (L _F ) = 336 000 J/kg

Kysymys: Kuinka paljon lämpöä tarvitaan prosessissa A:sta C:hen?

Vastaus:

Prosessissa A–B jää absorboi lämpöä, jolloin sen lämpötila nousee -10 ^° C:sta 0 ^° C :een.

Prosessissa A–B absorboituneen lämmön määrä lasketaan lämpökaavalla:

Q = mc ΔT

Kaavan kuvaus: Q = absorboitunut lämpö, ​​m = jään massa, c = jään ominaislämpö, ​​ΔT = lämpötilan muutos

Joten absorboituneen lämmön määrä on:

Q1 = mc ΔT = (0,2)( 2100)(0-(-10) = ₍ 0,2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 joulea

Prosesseissa B–C lämpöä absorboituu, jolloin kaikki jää sulaa vedeksi. Tässä prosessissa tapahtuu vain olomuodon muutos, mutta lämpötilassa ei tapahdu muutosta. Jään ja veden lämpötila pysyy 0 ^° C :ssa.

Prosessissa B–C absorboituneen lämmön määrä lasketaan lämpökaavalla:

Q2 = mL F ₌ (0,2 kg)( 336 000 J _/ kg) = 67 200 joulea

Prosessissa A–C absorboituneen lämmön määrä:

Q = _Q1 + Q2 ₌ 4200 joulea + 67 200 joulea = 71 400 joulea

Oikea vastaus on C.

10. Katso seuraavaa kokeellisten tulosten kuvaajaa!

Jos lämmitetään 2 kg vettä ja vesihöyryn lämpöarvo = 2,27 x 10⁶ ^J /kg, veden ominaislämpöarvo = 6 4.200 J/kg ^° C ja ilmanpaine on 1 ilmakehä, niin prosessiin B:stä C:hen tarvittava lämpömäärä on...

A. 3 360 kilojoulea

B. 4 540 kilojoulea

Noin 4 876 kilojoulea

D. 5.212 kilojoulea

Keskustelu

Tiedetään, että:

Veden massa (m3) = 2 kg

Vesihöyryn lämpö (L _V ) = 2,27 x 10 ⁶ J/kg

Veden ominaislämpö (c) = 4 200 J/kg ^o C

Kysymys: Prosessissa B:stä C:hen absorboituneen lämmön määrä.

Vastaus:

Prosesseissa A–B veden absorboimaa lämpöä käytetään veden lämpötilan nostamiseen 60 ^° C:sta 100 ^° C:seen. Yhden ilmakehän ilmanpaineessa veden kiehumislämpötila on 100 ^{° C, ja 100 °} C :n lämpötilan saavuttamisen jälkeen veden lämpötila ei enää muutu, vaan se muuttuu nesteestä kaasuksi.

Prosesseissa B–C absorboitunut lämpö käytetään kaiken veden haihduttamiseen kaasuksi. Absorboituneen lämmön määrä lasketaan kaavalla:

Q = m L _V = (2 kg)(2,27 x 10 ⁶ J/kg) = 4,54 x 10 ⁶ Joulea = 4540 x 10 ³ Joulea = 4540 kilojoulea

Oikea vastaus on B.

11.

Kiinnitä huomiota seuraavaan kaavioon
50 gramman massaista jäätä lämmitetään -5 asteesta^oC veteen, jonka lämpötila on 60^oC vettä. Jos jään sulamislämpö = 80 kcal/gramma, jään ominaislämpöarvo = 0,5 kcal/gramma ^oC, veden ominaislämpö = 1 kcal/gramma ^oC, niin prosessin aikana C:stä D:hen tarvittava lämmön määrä on…

A. 125 kaloria
B. 3.000 kaloria
C. 4.000 kaloria
D. 7.125 kaloria

Keskustelu

Tiedetään, että:
Jään massa (m³/s) = 50 grammaa
Jään lämpötila (T es) = -5 ^oC
Jään ominaislämpö (c es) = 0,5 kcal/gramma ^oC
Jään sulamislämpö (L jäätä) = 80 kcal/gramma
Veden lämpötila (T vesi) = 60 ^oC
Veden ominaislämpö (c vesi) = 1 kcal/gramma ^oC
Kysymys: Lämmön määrä prosessissa C–D
Vastaus:

Prosessissa A–B jään lämpötila muuttuu -5 asteesta ^oC:stä tulee 0 ^oC
Prosesseissa B–C kaikki jää muuttuu vedeksi (kiinteä aine muuttuu nesteeksi). Tässä prosessissa lämpötila ei muutu.
Prosessissa C–D veden lämpötila muuttuu 0:sta ^oC:stä tulee 60 ^oC

Prosessissa A–B tarvittava lämpö:
Q = mc ΔT
Q = (m_es)(c_es)(0 – T_es)
Q = (50)(0,5)(0-(-5)) = (50)(0,5)(5) = 125 kaloria
Prosessissa B–C tarvittava lämpö:
Q = mL
Q = m_es L_es
Q = (50)(80) = 4000 kaloria
Prosesseissa C–D tarvittava lämpö:
Q = mc ΔT
Q = (m_ilma)(c_ilma)(T_ilma - 0)
Q = (50)(1)(60 - 0) = (50)(1)(60) = 3000 kaloria

Prosesseissa A–D tarvittava lämpö:
Q = 125 + 4000 + 3000
Q = 7125 kaloria

Kirjoittaja laskee kunkin prosessin vaatiman lämmön määrän auttaakseen sinua ymmärtämään, miten tämän tyyppinen ongelma ratkaistaan. Kysymys on prosessien C–D vaatima lämpömäärä.

Oikea vastaus on B.

12.

Numeron vieressä olevan kaavion perusteella lämpö ABC:n prosessissa tarvitaan 3 kg jäätä… (ominaislämpö es = 2 100 J/kg^oC, sulamislämpö es = 336 000 J/kg)

A. 630 kJ
Noin 819 kJ
Noin 1071 kJ
D. 3276 kJ

Keskustelu

Yllä oleva kaavio havainnollistaa jään olomuodon muuttumista vedeksi.
AB-prosessissa lämpöä käytetään jään lämpötilan nostamiseen -10 celsiusasteesta^oC:stä 0:aan^oC.
Q = mc (delta T)
Q = (3)(2100)(0-(-10)) = (3)(2100)(10) = 63 000 joulea = 63 kJ (kj = kilojoulea)
BC-prosessissa lämpöä käytetään kaiken jään sulattamiseen vedeksi. Tässä prosessissa jään lämpötila ei muutu.
Q = mL_F
Q = (3)(336 000) = 1 008 000 joulea
Jään vaatima lämmön määrä ABC-prosessissa on:
63 kJ + 1 008 kJ = 1071 kJ
Oikea vastaus on C.

13.

Kiinnitä huomiota 500 gramman jään lämmityskäyrään -10 °C:n lämpötilassa^oC alle! Jos jään ominaislämpö on 2100 J/kg^oC, veden ominaislämpökapasiteetti 4 200 J/kg^oC, ja jään sulamislämpö on 336 000 J/kg. Kuinka paljon lämpöä BCD-prosessiin tarvitaan?

A. 31.500 J
B. 63.000 J
Noin 168.000 J
D. 231.000 J

Keskustelu
Jään massa ilmaistaan ​​grammoina, joten muunna se kilogrammoiksi (kansainvälisiksi yksiköiksi). 500 grammaa = 0,5 kg.
BC-prosessissa lämpöä käytetään kaiken jään sulattamiseen vedeksi.
Q = mL_F
Q = (0,5)(336 000) = 1 008 000 joulea
CD-prosessissa lämpöä käytetään veden lämpötilan nostamiseen 0 celsiusasteesta^oC:stä 30:aan^oC
Q = mc (delta T)
Q = (0,5)(4200)(30 - 0) = (0,5)(4200)(30) = 63 000 joulea
Jään vaatima lämmön määrä BCD-prosessissa:
168 000 joulea + 63 000 joulea = 231 000 joulea
Oikea vastaus on D.

14.
Katso alla olevaa 1 kg:n jään lämmityskäyrää! Jos jään ominaislämpö on 2 100 J/kg^oC, jään sulamislämpö on 336 000 J/kg ja veden ominaislämpöarvo on 4 200 J/kg^oC, niin PQR-prosessissa tarvittava lämpö on…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
Noin 336.000 J
D. 346.500 J
Keskustelu
PQ-prosessissa jään lämpötilaa nostetaan -5 celsiusasteesta lämpöä käyttäen.^oC:stä 0:aan^oC
Q = mc (delta T)
Q = (1)(2100)(0-(-5)) = (1)(2100)(5) = 10 500 joulea
QR-prosessissa lämpöä käytetään kaiken jään sulattamiseen vedeksi.
Q = mL_F
Q = (1)(336 000) = 1 008 000 joulea
Jään PQR-prosessissa tarvittava lämmön määrä on:
168 000 joulea + 63 000 joulea = 231 000 joulea
Oikea vastaus on D.

15. Katso alla olevaa 1 kg:n jään lämmityskäyrää!

Jos jään ominaislämpö on 2 100 J/kg ^o C, jään sulamislämpö on 336 000 J/kg ja veden ominaislämpö on 4 200 J/kg ^o C, niin PQR-prosessissa tarvittava lämpö on…

A. 10.500 J

B. 21.000 J

Noin 336.000 J

D. 346.500 J

Keskustelu

Tiedetään, että:

Jään massa = 1 kg

Jään sulamislämpö (L _F ) = 336 000 J/kg

Jään ominaislämpökapasiteetti (c es) = 2 100 J/kg ^o C

Veden ominaislämpökapasiteetti (c vesi) = 4 200 J/kg ^o C

Kysymys: PQR-prosessissa tarvittava lämpö

Vastaus:

P-Q-prosessissa lämpöä käytetään jään lämpötilan nostamiseen -5 ^° C:sta 0 ^° C:seen. Lämpö lasketaan kaavalla: Q = mc ΔT, jossa Q = lämpö, ​​m = jään massa, c = jään ominaislämpö, ​​ΔT = lämpötilan muutos -5 ^° C:sta 0 ^° C :seen.

Prosessissa P–Q tarvittava lämpö:

Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 joulea

Q-R-prosessissa lämpöä käytetään kaiken jään sulattamiseen vedeksi. Tässä prosessissa lämpötila ei muutu. Lämpö lasketaan kaavalla: Q = m L _F , jossa Q = lämpö, ​​m = jään massa, L _F = jään sulamislämpö.

Prosessissa tarvittava lämpö Q:sta R:ään:

Q = m L _F = (1) (336 000) = 336 000 joulea

Kokonaiskalorit:

10500 + 336 000 = 346 500 joulea

Oikea vastaus on D.

Kysymyksen lähde:

Yläasteen/islamilaisen yläasteen luonnontieteiden kansalliset koekysymykset