Waarmte en fazeferoaring - problemen en oplossingen

Waarmte en fazeferoaring - problemen en oplossingen

1. Wat is, neffens de grafyk, de waarmte dy't opnommen wurdt troch 5 kg wetter tidens it CD-proses? Spesifike waarmte fan wetter = 4,200 J/kg ^o C.

Bekend:

Massa (m) = 5 kg

Spesifike waarmte fan wetter (c) = 4200 J/kg ^o C

Begjintemperatuer (T1 ₎ = 0 ^° C

Eintemperatuer (T2 ₎ = 10 ^° C

De feroaring yn temperatuer (ΔT) = 10 ^o C – 0 ^o C = 10 ^o C

Socht: Waarmte (Q)

Oplossing:

Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ^o C)(10 ^o C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210,000 Joule

2. Wat is de waarmte dy't opnommen wurdt troch 20 gram iis tidens it AC-proses, as de spesifike waarmte fan iis 2100 J/kg ^o C is en de waarmte fan smelting foar iis 336,000 J/kg is.

Bekend:

Massa fan iis (m) = 200 gram = 200/1000 kilogram = 0.2 kilogram

Spesifike waarmte (c) = 2100 J/kg ^o C

Fúzjewaarmte foar iis (L _F ) = 336,000 J/kg

Winske: Waarmte opnommen troch iis tidens AC-proses

Oplossing:

Tidens proses AB wurdt waarmte opnommen troch iis om de temperatuer dêrfan te feroarjen fan -10 ^° C nei 0 ^° C.

Q = mc ΔT

Q = waarmte, m = massa fan iis, c = spesifike waarmte fan iis, ΔT = de feroaring yn temperatuer

Q1 = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = ₍ 0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 Joule

Tidens it BC-proses wurdt waarmte opnommen om al it iis yn wetter te smelten. Yn dit proses feroaret allinich yn faze en is der gjin feroaring yn temperatuer. De temperatuer fan it iis en it wetter bliuwt 0 ^° C.

Waarmte opnommen tidens proses BC:

Q² = m L _F = (0.2 kg)(336,000 J/kg) = 67,200 _Joule

Waarmte opnommen tidens AC-proses:

Q = _Q1 + Q2 ₌ 4200 Joule + 67,200 Joule = 71,400 Joule

3. In wettermassa fan 2 kg wurdt ferwaarme, en de ferdampingswaarmte foar wetter is 2.27 x 10⁶ ^J /kg, de spesifike waarmte foar wetter is 4,200 J/kg ^o⁻¹ en de atmosfearyske druk is 1 atm, wat is de waarmte dy't troch wetter opnommen wurdt tidens proses BC?

Bekend:

Massa (m) = 2 kg

Ferdampingswaarmte foar wetter (L₂V ₎ = 2.27 x 10⁶ ^J /kg

Spesifike waarmte foar wetter (c) = 4,200 J/kg ^o C

Winske: Waarmte opnommen tidens proses BC.

Oplossing:

Yn proses AB wurdt waarmte opnommen om de temperatuer fan wetter te ferheegjen fan 60 ^° C nei 100 ^° C.

Q = m L _V = (2 kg)(2.27 x 10⁶ ^J /kg) = 4.54 x 10⁶ ^Joule = 4540 x ^10⁶ Joule = 4540 kilojoule

4. Op basis fan de ûndersteande figuer, as de massa fan iis 500 gram is, is de spesifike waarmte 2100 J/kg ^o C en de latente waarmte fan smelten fan iis 336,000 J/kg. Bepale de waarmte dy't nedich is yn proses P–Q–R.

Bekend:

Massa fan iis (m) = 500 gram = 500/1000 kg = 0.5 kg

Spesifike waarmte foar iis (c) = 2100 J/kg ^o C

Latente waarmte fan fusje (L _F ) = 336,000 J/kg

Socht: Waarmte

Oplossing:

Proses PQ = waarmte opnommen om de iistemperatuer te ferheegjen fan -4 ^° C nei 0 ^° C

Proses QR = waarmte opnommen troch iis om al it iis yn wetter te smelten

Waarmte opnommen tidens proses PQ berekkene mei help fan fergeliking:

Q = mc ΔT

Q = waarmte, m = massa, c = spesifike waarmte fan iis, ΔT = de feroaring yn temperatuer

Waarmte-absorbearre iis tidens proses PQ berekkene mei dizze fergeliking:

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(0 ^o C-(-4 ^o C))

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(0 ^o C + 4 ^o C)

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(4 ^o C)

Q = (0.5)(2100 J)(4)

Q = 4200 Joule

Waarmte opnommen tidens proses QR berekkene mei dizze fergeliking:

Q = m L _F

Q = (0.5 kg)(336,000 J/kg)

Q = (0.5)(336,000 J)

Q = 168,000 Joule

Totale waarmte:

Q = 4200 Joule + 168,000 Joule

Q = 172,200 Joule

Q = 172.2 kilojoule

Q = 172.2 kJ

5. Iis mei in massa fan 50 gram ferwaarme fan -5 ^° C yn wetter by 60 ^° C. As de smeltewaarmte foar iis 80 kal/gram is, de spesifike waarmte foar iis 0.5 kal/gram ^° C, en de spesifike waarmte foar wetter 1 kal/gram ^° C, bepale dan de waarmte dy't nedich is yn proses CD.

Bekend:

Massa fan iis = massa fan wetter (m) = 50 gram

Latinte waarmte fan fusje foar iis (L _F ) = 80 kal/gram

Spesifike waarmte foar iis (c iis) = 0.5 kal/gram ^o C

Spesifike waarmte foar wetter (c wetter) = 1 kal/gram ^o C

Winske: Waarmte nedich yn proses CD

Oplossing:

Yn proses A oant en mei B wurdt waarmte brûkt om de temperatuer fan iis te ferheegjen fan -5 ^° C nei 0 ^° C. Waarmte wurdt berekkene mei dizze fergeliking: Q = mc ΔT, wêrby't Q = waarmte, m = massa fan iis, c = spesifike waarmte foar iis, ΔT = de feroaring yn temperatuer fan -5 ^° C nei 0 ^° C.

Yn proses B oant en mei C wurdt waarmte brûkt om al it iis ta wetter te smelten. Yn dit proses wurdt de temperatuer net feroare. Waarmte wurdt berekkene mei dizze fergeliking: Q = m L _F , wêrby't Q = waarmte, m = massa fan iis, L _F = latente waarmte fan smelten fan iis.

Yn proses C oant en mei D wurdt waarmte brûkt om de temperatuer fan wetter te ferheegjen fan 0 ^oC nei 60 ^oC . Waarmte wurdt berekkene mei dizze fergeliking: Q = mc ΔT, wêrby't Q = waarmte, m = massa fan wetter, c = spesifike waarmte fan wetter, ΔT = de feroaring yn temperatuer fan 0 ^oC nei 60 ^oC.

De waarmte dy't nedich is fan proses C oant D:

Q = mc ΔT = (50 gram)(1 kal/gram ^o C)(60 ^o C-0 ^o C) = (50)(1)(60) kal = 3000 kal

6. As de massa fan iis 1 kg is, de spesifike waarmte fan iis 2100 J/kg ^o C is, de latente waarmte fan smelting foar iis 336,000 J/kg en de spesifike waarmte fan wetter 4200 J/kg ^o C is, bepale dan de waarmte dy't nedich is yn proses PQR.

Bekend:

Massa fan iis = 1 kg

Latente waarmte fan fusje fan iis (L _F ) = 336,000 J/kg

Spesifike waarmte fan iis (c iis) = 2,100 J/kg ^o C

Spesifike waarmte fan wetter (c wetter) = 4,200 J/kg ^o C

Winske: Waarmte nedich yn proses PQR

Oplossing:

Yn proses P oant Q wurdt waarmte brûkt om de temperatuer fan iis te ferheegjen fan -5 ^° C nei 0 ^° C. Waarmte wurdt berekkene mei dizze fergeliking: Q = mc ΔT, wêrby't Q = waarmte , m = massa fan iis , c = spesifike waarmte fan iis, ΔT = de feroaring yn temperatuer fan -5 ^° C nei 0 ^° C.

Waarmte nedich yn proses P oant Q:

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

Yn proses Q nei R, de waarmte dy't nedich is om al it iis yn wetter te smelten. Yn dit proses bliuwt de temperatuer ûnferoare. Waarmte berekkene mei dizze fergeliking: Q = m L _F , wêrby't Q = waarmte , m = massa fan iis , L _F = latente waarmte fan smelten fan iis.

Waarmte nedich yn proses Q oant R:

Q = m L _F = (1)(336,000) = 336,000 Joule

Totale waarmte:

10,500 + 336,000 = 346,500 Joule

1. Wat is latinte waarmte?
   • antwurdLatinte waarmte is de waarmte-enerzjy dy't nedich is om de faze fan in stof te feroarjen sûnder de temperatuer te feroarjen. It fertsjintwurdiget de enerzjy dy't nedich is om yntermolekulêre bannen te brekken of te foarmjen tidens fazeferoarings.
2. Wêrom bliuwt de temperatuer konstant by in fazeferoaring?
   • antwurdTidens in fazeferoaring wurdt alle waarmte-enerzjy dy't levere of fuorthelle wurdt brûkt om de faze fan 'e stof te feroarjen. Dizze enerzjy wurdt brûkt om yntermolekulêre bannen te brekken of te foarmjen, net om de kinetyske enerzjy of temperatuer fan 'e stof te ferheegjen.
3. Wat is it ferskil tusken latinte waarmte fan fusje en latinte waarmte fan ferdamping?
   • antwurdDe latinte waarmte fan fúzje ferwiist nei de waarmte-enerzjy dy't nedich is om in stof fan fêst nei floeistof te feroarjen (of oarsom) by it smeltpunt. De latinte waarmte fan ferdamping ferwiist nei de waarmte-enerzjy dy't nedich is om in stof fan floeistof nei gasfoarmich te feroarjen (of oarsom) by it siedpunt.
4. Wêrom fiele wy ús kâld as wy op in wynige dei út in swimbad komme, sels as de lofttemperatuer waarm is?
   • antwurdAs wetter fan ús hûd ferdampt, ûndergiet it in fazeferoaring fan floeistof nei damp. Dit proses fereasket enerzjy, dy't yn 'e foarm fan waarmte fan ús hûd ôfnommen wurdt, wêrtroch't ús hûd koeler oanfielt.
5. Wêrom is stoom by 100 °C gefaarliker as siedend wetter by 100 °C?
   • antwurdStoom befettet mear enerzjy as siedend wetter, om't it de latinte waarmte fan ferdamping opnommen hat tidens de fazeferoaring fan wetter nei stoom. As stoom op 'e hûd kondinsearret, lit it dizze ekstra enerzjy frij, wêrtroch't slimmer brânwûnen ûntsteane as siedend wetter.
6. Hoe ferleget it tafoegjen fan sâlt oan iis it smeltpunt?
   • antwurdIt tafoegjen fan sâlt fersteurt it lykwicht tusken it smelten en befriezen fan it iis-wettermingsel. Dit feroarsaket dat mear iis smelt by in legere temperatuer as gewoanlik, wêrtroch it friespunt fan it mingsel effektyf ferlege wurdt.
7. Wêrom helpt switten it lichem ôf te koelen op in waarme dei?
   • antwurdSwit, as it fan 'e hûd ferdampt, ûndergiet in fazeferoaring fan floeistof nei gasfoarmich. Dit ferdampingsproses fereasket enerzjy, dy't fan 'e hûd helle wurdt, wêrtroch't it ôfkuolle wurdt.
8. Wat is sublimaasje yn 'e kontekst fan fazeferoaringen?
   • antwurdSublimaasje is de direkte fazeferoaring fan in fêste stof nei in gasfoarmich materiaal sûnder troch de floeibere faze te gean. In gewoan foarbyld is droech iis (fêste koalstofdiokside) dat direkt oergiet yn koalstofdioksidegas.
9. Wêrom is waarmte-enerzjy nedich om iis te smelten, sels as de temperatuer op 0 °C bliuwt?
   • antwurdDe waarmte-enerzjy wurdt brûkt om de yntermolekulêre bannen te brekken dy't it iis yn syn fêste struktuer hâlde. Sadree't dizze bannen brutsen binne, giet it iis oer yn 'e floeibere faze, ek al is der gjin feroaring yn temperatuer.
10. Hoe beynfloedet druk it siedpunt fan in floeistof?

• antwurdYn 't algemien ferheget it ferheegjen fan 'e eksterne druk it siedpunt fan in floeistof, wylst it ferminderjen fan 'e druk it siedpunt ferleget. Dêrom siedt wetter by temperatueren leger as 100 °C op grutte hichten, dêr't de atmosfearyske druk leger is.