Lämpökaava Olomuodon muutos Lämmönsiirto

Esimerkkikysymyksiä ja kaavoja lämmön olomuodon muutoksille, lämmönsiirrolle, Blackin periaatteelle

Sulamislämpö

1. Veden sulamislämpö on 80 kcal/gramma. Tämä tarkoittaa….

A. Yhden vesigramman lämpötilan nostamiseen yhdellä asteella kuluu 80 kaloria.
B. Yhden gramman veden muuttaminen kokonaan höyryksi kuluu 80 kaloria.
C. Yhden gramman veden lämpötilan ylläpitämiseen kuluu 80 kaloria.
D. Yhden gramman jään muuttaminen kokonaan vedeksi vaatii 80 kaloria.

Keskustelu
Oikea vastaus on D.

Muodonmuutos

2.
Katso seuraavan kokeen tulosten kuvaajaa!

2 kg vettä, jonka lämpötila on 60 ^° C, haihtuu. Jos vesihöyryn lämpöarvo on 2,27 x 106 ^J /kg, veden ominaislämpöarvo on 4200 J/(kg ^o C) ja ilmanpaine on 76 cmHg, niin BC-prosessiin tarvittava lämpömäärä on….

A. 336 kilojoulea
B. 4540 kilojoulea
Noin 4876 kilojoulea
D. 5212 kilojoulea

Keskustelu
Tiedetään, että:
Veden massa (m3) = 2 kg
Veden lämpötila (T) = 60^oC
Vesihöyryn lämpö (L_V) = 2,27 x 10⁶ J / kg
Veden ominaislämpökapasiteetti (c) = 4200 J/(kg ^oC)
Ilmanpaine (P) = 76 cmHg
Kysymys: BC-prosessiin tarvittava lämpö
Vastaus:
Prosessi AB = Vesi lämmitetään 60 asteen lämpötilasta^oC:stä 100:aan^oC. Tässä prosessissa lämpöä käytetään veden lämpötilan nostamiseen. Lämpö lasketaan kaavalla: Q = mc ΔT
Prosessi BC = Vesi haihtuu. Tässä prosessissa lämpöä ei käytetä lämpötilan nostamiseen, vaan veden haihduttamiseen. Lämpö lasketaan kaavalla: Q = m L_V
Prosessi C- = Höyryä lämmitetään. Tässä prosessissa lämpöä käytetään höyryn lämpötilan nostamiseen. Lämpö lasketaan kaavalla: Q = mc ΔT.
Jos veden lämpötila muuttuu, käytetään lämpökaavaa Q = mc₁₀ ΔT ja jos veden olomuoto muuttuu, käytetään lämpökaavaa Q = m₁L._V.

BC-prosessiin tarvittava lämpö:
Q = mL_V
Q = (2 kg)(2,27 x 10⁶ joulea/kg)
Q = 4,54 x 10⁶ Joule
Q = 525 000 joulea
Q = 4 540 kilojoulea
Oikea vastaus on B.

3. Seuraavat ovat lämpöä vapauttavien olomuodonmuutosten ryhmiä:
A. Jäätyminen, tiivistyminen, sublimaatio
B. Sulaminen, haihtuminen, kiteytyminen
C. Sulaminen, haihtuminen, tiivistyminen
D. Jäädyttäminen, haihduttaminen, sublimointi
Keskustelu
Yleisesti ottaen on olemassa kahdenlaisia ​​olomuodon muutoksia: olomuodon muutoksia, jotka sitovat lämpöä, ja olomuodon muutoksia, jotka vapauttavat/vapauttavat lämpöä.
Lämpöä absorboivassa olomuodonmuutoksessa kappale absorboi lämpöä, kunnes kappaleen lämpöpitoisuus kasvaa, minkä jälkeen kappaleen olomuoto muuttuu. Lämpöä vapauttavassa olomuodonmuutoksessa kappale vapauttaa lämpöä, kunnes kappaleen lämpöpitoisuus laskee, minkä jälkeen kappaleen olomuoto muuttuu.
Jos kappale absorboi lämpöä, kappaleen olomuoto muuttuu kiinteästä nesteestä kaasuun.
Jos kappale vapauttaa lämpöä, kappaleen olomuoto muuttuu kaasusta nesteeksi ja sieltä kiinteäksi.

Kiinnitä huomiota yllä olevan kysymyksen vastaukseen.
Jäätyminen = kappaleen olomuodon muutos nesteestä kiinteään (lämpöä vapautuu)
Tiivistyminen = kappaleen olomuodon muutos kaasusta nesteeksi (lämpöä vapautuu)
Sublimaatio = kappaleen olomuodon muutos kaasusta kiinteään (lämpöä vapauttaen)
Sulaminen = kappaleen olomuoto muuttuu kiinteästä nestemäiseksi (absorboi lämpöä)
Haihtuminen = kappaleen olomuodon muutos nesteestä kaasuun (absorboi lämpöä)
Kiteytyminen = kappaleen olomuodon muutos kiinteästä kaasumaiseksi (absorboi lämpöä)
Oikea vastaus on A.

Lämmönsiirto

4. Lasi-ikkunan paksuus on 8 mm ja pinta-ala 1 m²²Jos ulkolämpötila on 30^oC ja 20^oC ja lasin lämmönjohtavuus on 0,8 W/m^oC, niin lasin läpi tunnissa kulkeva energiamäärä on… megajoulea
360
B. 36
C. 6
D. 3,6
Keskustelu
Tiedetään, että:
Lasin paksuus (l) = 8 mm = 8 / 1000 = 0,008 m
Lasipinta-ala (A) = 1 m²²
Lämpötilaero (ΔT) = 30^oC-20^oC = 10^oC
Lasin lämmönjohtavuus (k) = 0,8 W/m²^oC
Aikaväli (t) = 1 tunti = 60 (60 sekuntia) = 3600 sekuntia
Kysymys: Lasin läpi tunnissa kulkevan energian määrä
Vastaus:
Lämmönjohtavuuden lämmönsiirtonopeuden kaava:

Lasin läpi tunnissa kulkevan energian määrä:

Oikea vastaus on D.

5. Metallitanko on 1 m pitkä. Toista päätä kuumennetaan vakiolämpötilassa 150 astetta.^oC, kun taas toinen pää pidetään huoneenlämmössä, eli 30^oC. Tangon lämmitetystä päästä 30 cm:n päässä olevan osan lämpötila on….
36^oC
B. 84^oC
C. 114^oC
D. 125^oC
Keskustelu
Tiedetään, että:
Metallitangon pituus (l) = 1 metri
Lämpötilaero (ΔT) = 150^oC-30^oC = 120^oC
Kysymys: Tangon sen osan lämpötila, joka on 30 cm päässä lämmitetystä päästä
Vastaus:
Laske lämmönjohtavuuden aiheuttama lämmönsiirtonopeus:

Laske sauvan sen osan lämpötila, joka on 30 cm:n päässä lämmitetystä päästä:
Metallitangon pituus (l) = 30 cm = 0,3 metriä
Lämpötilaero (ΔT) = 150–T

Oikea vastaus on C.

Kysymyksen lähde:

SBMPTN:n fysiikan kysymykset